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Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen elektrischen Antrieb mit dieser Getriebeanordnung.
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Bei Elektrofahrzeugen werden Elektromotoren zur Erzeugung des Antriebsmoments verwendet. Dabei ist es möglich, dass die Elektrofahrzeuge als reine Elektrofahrzeuge ausgebildet sind, welche ausschließlich einen oder mehrere Elektromotoren zum Antrieb verwenden, oder dass diese als Hybridfahrzeuge ausgebildet sind, welche parallel einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor als Antriebsmotor nutzen.
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Auch bei den Elektromotoren ist es notwendig, die Abwärme, die bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie erzeugt wird, abzutransportieren, um den Antrieb in einem vorgegebenen Temperaturbereich betreiben zu können. Ferner ist es notwendig, ein Getriebe, welches dem Elektromotor nachgeschaltet ist, zu schmieren sowie ebenfalls Abwärme, welche durch Reibung und andere Verlustprozesse in dem Getriebe entsteht, abzuführen.
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Von den Verbrennungsmotoren ist es bereits bekannt, das Getriebe über Ölkühlkreisläufe zu schmieren und zu kühlen. Ferner ist es bekannt, die Zylinder der Verbrennungsmotoren über Kühlkreisläufe mit einem Kühlfluid ergänzend zu kühlen.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 007 255 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Antriebsvorrichtung mit einer Rotoranordnung, welche einem Elektromotor zugeordnet und für eine Rotation um eine Drehachse ausgebildet ist, wobei die Rotoranordnung mindestens einen axial verlaufenden Kanalabschnitt aufweist, welcher zur Durchführung eines Fluids zur Kühlung der Rotoranordnung ausgebildet ist. Das Fluid ist insbesondere als ein Schmiermittel ausgebildet, welches durch Eingangsöffnungen der Rotoranordnung eingeleitet und durch Ausgangsöffnungen der Rotoranordnung ausgeleitet werden kann. Das aus den Ausgangsöffnungen der Rotoranordnung austretende Schmiermittel kann zur Schmierung von Komponenten in der Antriebsvorrichtung eingesetzt werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Getriebeanordnung für ein Fahrzeug mit einer verbesserten Kühlung vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch eine Getriebeanordnung mit dem Merkmal des Anspruchs 1 sowie durch einen elektrischen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Getriebeanordnung, welche für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Getriebeanordnung bildet insbesondere einen Teil des Antriebsstrangs des Fahrzeugs. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus etc. handeln. Das Fahrzeug kann als ein Hybridfahrzeug ausgebildet sein, bevorzugt ist dieses jedoch als ein reines Elektrofahrzeug ausgebildet, welches das vollständige Antriebsmoment über einen oder mehrere Elektromotoren erhält.
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Die Getriebeanordnung weist einen Elektromotor auf, wobei der Elektromotor einen Rotor und einen Stator umfasst. Insbesondere ist der Elektromotor als ein Innenläufer ausgebildet. Der Elektromotor so dimensioniert, dass dieser ein Antriebsdrehmoment, insbesondere ein Hauptantriebsdrehmoment für das Fahrzeug bereitstellen kann. Vorzugsweise weist der Elektromotor eine Leistung größer als 10 kW, insbesondere größer als 30 kW auf.
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Ferner weist die Getriebeanordnung eine Rotorwelle auf, wobei die Rotorwelle drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Insbesondere sitzt der Rotor auf der Rotorwelle. Der Rotor und/oder die Rotorwelle definieren mit deren Rotationsachse eine Hauptachse. Die Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Rotor bildet zugleich eine thermische Kopplung zwischen dem Rotor und der Rotorwelle. Insbesondere ist der Rotor auf der Rotorwelle aufgepresst. Der Rotor weist vorzugsweise eine Innenmantelfläche auf, welche zylinderförmig ausgebildet ist, die Rotorwelle weist vorzugsweise eine Außenmantelfläche auf, welche zylinderförmig ausgebildet ist, wobei der Rotor auf der Rotorwelle so angeordnet ist, so dass sich eine hohlzylinderförmige Kontaktfläche zwischen dem Rotor und der Rotorwelle ausbildet.
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Die Getriebeanordnung weist eine Abtriebswelle auf, wobei die Abtriebswelle - insbesondere in Bezug auf die Hauptachse - koaxial und/oder konzentrisch in der Rotorwelle angeordnet ist. Vorzugsweise ragt die Abtriebswelle auf beiden axialen Seiten über die Rotorwelle über und/oder durchgreift diese vollständig. Zwischen der Abtriebswelle und der Rotorwelle und zwar in dem axialen Bereich, der durch den Rotor, insbesondere durch die axiale Ausdehnung des Rotors, in Bezug auf die Hauptachse definiert wird, ist ein Rotorringraum ausgebildet. Der Rotorringraum ist vorzugsweise in der Form eines Ringspalts, insbesondere eines geraden Ringspalts, ausgebildet. Der Ringspalt verläuft koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptachse.
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Die Getriebeanordnung weist einen Getriebeölkühlkreis zur Kühlung des Elektromotors mit einem Getriebeöl auf. Es ist vorgesehen, dass der Getriebeölkühlkreises, insbesondere das Getriebeöl, in axialer Richtung durch den Rotorringraum verläuft. Durch das Durchströmen von dem Getriebeöl durch den Rotorringraum wird die Rotorwelle und folglich der Rotor und damit der Elektromotor der Getriebeanordnung gekühlt. Nachdem die Leistung und die Effizienz eines Elektromotors in hohem Maße von thermischen Randbedingungen abhängt, sollte entstehende Abwärme effektiv abgeführt werden. Zum einen ist es möglich, die entstehende Abwärme am Stator und optional ergänzend an Wickelköpfen des Elektromotors abzuführen. Ein Teil der Abwärme fließt jedoch auch über den Rotor und die Rotorwelle. Bei innenlaufenden, permanenterregten Synchronmotoren besteht hierbei die Gefahr einer dauerhaften Entmagnetisierung der Permanentmagnete und somit eine Beeinträchtigung/Störung der Funktion des Elektromotors. Eine effiziente Abführung der Abwärme im System Rotor und Rotorwelle ist daher vorteilhaft. Es ist besonders bevorzugt, dass der Elektromotor als innenlaufender, permanenterregter Synchronmotor ausgebildet ist. Aber auch bei anderen Bauformen von Elektromotoren trägt eine Kühlung zur Verbesserung der Betriebseigenschaften des Elektromotors bei, so dass die Führung des Getriebeölkühlkreises durch den Rotorringraum unabhängig von der Bauform des Elektromotors vorteilhaft ist.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in dem Rotorringraum ein Kühlkörper angeordnet ist, wobei der Kühlkörper mit der Rotorwelle drehfest verbunden ist. Insbesondere ist der Kühlkörper mit der Rotorwelle in thermischen Kontakt. Die Rotorwelle weist vorzugsweise einen Innenmantelfläche auf, welche zylinderförmig ausgebildet ist, der Kühlkörper weist vorzugsweise eine Außenmantelfläche auf, welcher zylinderförmig ausgebildet ist, wobei der Kühlkörper in der Rotorwelle so angeordnet ist, so dass sich eine hohlzylinderförmige Kontaktfläche zwischen der Rotorwelle und dem Kühlkörper ausbildet.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch den Kühlkörper, welcher den Wärmeübertrag von der Rotorwelle und damit vom Rotor auf das Getriebeöl des Getriebeölkühlkreises verbessert, zu einer verbesserten Wärmeabfuhr aus dem Rotor und damit aus dem Elektromotor führt. Damit wird eine verbesserte Kühlung für die Getriebeanordnung erreicht.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlkörper als ein passiver Kühlkörper ausgebildet. Insbesondere wird die Wärme von dem Rotor/von der Rotorwelle über den Kühlkörper an das Getriebeöl mittels Wärmeleitung in dem Kühlkörper transportiert und von dort aus an das Getriebeöl weitergegeben.
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Es ist bevorzugt, dass der Kühlkörper aus einem Material besteht, welches einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist. Vorzugsweise ist der Kühlkörper aus Metall hergestellt. Betrachtet man ausschließlich die Wärmeleitfähigkeit, so ist Kupfer oder eine Kupferlegierung bevorzugt. Da es sich bei dem Kühlkörper um eine im Betrieb beschleunigte und/oder bewegte Masse handelt, ist es bevorzugt, dass die spezifische Dichte des Materials des Kühlkörpers möglichst gering ist, um das Gesamtgewicht/Gesamtmasse des Kühlkörpers gering zu halten. Unter Berücksichtigung dieser Randbedingung ist es bevorzugt, dass der Kühlkörper aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung hergestellt ist.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Kühlkörper, insbesondere an dem Innenumfang, Kühlstrukturen auf, so dass die Oberfläche des Kühlkörpers für den Wärmetransport zum Getriebeöl größer ist als die Oberfläche der Rotorwelle, welche durch den Kühlkörper abgedeckt wird. Alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, dass durch den Kühlkörper eine Oberflächenvergrößerung umgesetzt ist. Durch diese Maßnahme wird der Wärmetransport von dem Kühlkörper in das Getriebeöl verbessert, so dass die Abwärme besser über den Getriebeölkühlkreises abgeführt werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Kühlstrukturen als Kühlrippen ausgebildet. Besonders bevorzugt verlaufen diese in axialer Richtung zu der Hauptachse. Durch die Ausgestaltung der Kühlstrukturen als Kühlrippen können diese besonders einfach fertigungstechnisch hergestellt werden. Beispielsweise ist möglich, dass der Kühlkörper als ein Leichtmetallstrangpressprofilbauteil ausgebildet ist, wobei der Kühlkörper in seiner Längserstreckung einen konstanten Querschnitt aufweist. Kühlrippen sind in dieser Ausgestaltung besonders einfach darstellbar, da diese als einfache Aussparungen in der Matrize umgesetzt werden können.
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Im Betrieb rotiert die Rotorwelle und damit der Kühlkörper. In Abhängigkeit der Fahrtrichtung des Fahrzeugs kann im Betrieb auch eine Drehrichtungsumkehr erfolgen, so dass der Kühlkörper im Betrieb in einer Drehrichtung und einer Gegendrehrichtung rotiert wird. Es besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Pumpleistung in axiale Richtung des Kühlkörpers in Drehrichtung und in Gegendrehrichtung neutral oder zumindest möglichst neutral und/oder nicht vorhanden oder zumindest möglichst klein ausgebildet ist, um den Getriebeölkühlkreis nicht zu beeinflussen. Insbesondere ist der Kühlkörper in Bezug auf die Pumpleistung in axiale Richtung strömungstechnisch neutral ausgebildet.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlkörper in die Rotorwelle eingepresst ist. Durch einen Presssitz wird erreicht, dass der Kühlkörper mit seinem Außenumfang flächig und damit thermisch leitend an dem Innenumfang der Rotorwelle anlegt. Optional ergänzend kann vorgesehen sein, eine Wärmeleitungspaste zwischen dem Kühlkörper und der Rotorwelle einzusetzen, um die Wärmeleitung zu verbessern.
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Konstruktiv ist weiterhin bevorzugt, dass die Rotorwelle einen Endanschlag für den Kühlkörper aufweist. Auf diese Weise ist eine genaue Positionierung des Kühlkörpers in der Rotorwelle in axialer Richtung sichergestellt, so dass aufgrund der genauen Positionierung die Kühlleistung des Kühlkörpers optimiert ist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung wird durch einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug gebildet, wobei der elektrische Antrieb die Getriebeanordnung aufweist, wie diese zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Besonders bevorzugt ist der elektrische Antrieb als eine elektrische Achse ausgebildet, welche das von dem Elektromotor erzeugte Antriebsmoment umsetzt und auf zwei angetriebene Räder des Fahrzeugs verteilt. Optional kann das Fahrzeug auch zwei derartige elektrische Achsen aufweisen. Alternativ hierzu ist der elektrische Antrieb als ein Radnabenmotor ausgebildet, welcher genau einem angetriebenen Rad zugeordnet ist. Es ist auch möglich, dass der elektrische Antrieb als ein elektrisches Antriebsmodul realisiert ist, welches einen Bestandteil in einem Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug bildet. Insbesondere bildet der Elektromotor den einzigen Antriebsmotor des elektrischen Antriebs.
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Ergänzend weist der elektrische Antrieb einen Getriebeabschnitt auf, wobei die Rotorwelle einen Eingang in den Getriebeabschnitt bildet. Der Getriebeabschnitt ist ausgebildet, das Antriebsmoment von dem Elektromotor umzusetzen, insbesondere zu übersetzen oder zu untersetzen, und/oder zu verteilen, insbesondere auf zwei Abtriebswellen zu verteilen. Optional weist der Getriebeabschnitt einen Schaltbereich auf, so dass unterschiedliche Übersetzungen in dem Getriebeabschnitt dargestellt werden können. Der Schaltbereich kann eine Kupplungsanordnung zum Umschalten des Schaltbereichs in verschiedene Übersetzungen aufweisen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der elektrische Antrieb als ein eingängiger Antrieb, also mit einer einzigen Umsetzung realisiert.
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Vorzugsweise weist der elektrische Antrieb zwei Abtriebswellen auf, wobei die zwei Abtriebswellen zu den angetriebenen Rädern führen und/oder koaxial zueinander angeordnet sind. Die eingangs genannte Abtriebswelle oder beide Abtriebswellen bildet bzw. bilden einen Ausgang aus dem Getriebeabschnitt, um das umgesetzte Antriebsmoment zu dem angetriebenen Rad bzw. zu den angetriebenen Rädern zu führen.
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Der elektrische Antrieb weist ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse zumindest einen Motorgehäuseabschnitt zur Aufnahme des Elektromotors und einen Getriebegehäuseabschnitt zur Aufnahme von Getriebekomponenten und/oder des Getriebeabschnitts aufweist. In dem Motorgehäuseabschnitt ist ein Kühlmantelbereich zur Kühlung des Stators vorgesehen. Der Kühlmantelbereich ist koaxial und/oder konzentrisch zu dem Elektromotor angeordnet. Vorzugsweise ist der Kühlmantelbereich mit dem Stator in einem unmittelbaren und/oder körperlichen Kontakt, um den Stator und damit den Elektromotor zu kühlen. Der Kühlmantelbereich ist vorzugsweise als eine Kühlhülse ausgebildet. Der Kühlmantelbereich ist von einem Kühlfluid durchflossen, wobei das Kühlfluid bevorzugt auf einer Wasserbasis und/oder Alkoholbasis basiert. In dem Getriebegehäuseabschnitt ist ein Ölsumpfbereich angeordnet, welcher zum Sammeln von Getriebeöl in dem Getriebegehäuseabschnitt dient. Der Ölsumpfbereich kann beispielsweise als ein Trockensumpfbereich oder als Nasssumpfbereich ausgebildet sein. Insbesondere ist der Ölsumpfbereich so angeordnet, dass dieser Getriebeöl, welches von den Getriebekomponenten abläuft, sammelt.
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Ferner weist der elektrische Antrieb eine Ölpumpe zur Förderung des Getriebeöls auf. Das Getriebeöl wird in dem Getriebeölkühlkreis gefördert, welcher zumindest von dem Ölsumpfbereich in den Rotorringraum verläuft. Bevorzugt ist die Ölpumpe in dem Getriebegehäuseabschnitt angeordnet und pumpt das Getriebeöl von dem Ölsumpfbereich entlang an dem Kühlmantelbereich den Rotorringraum. Dadurch wird das Getriebeöl durch den Kühlmantelbereich aktiv gekühlt. Der Übergang von dem Gehäuse in die Abtriebswelle erfolgt bevorzugt durch eine Drehdurchführung. Für einen Ölauslass weist die Rotorwelle mindestens einen Ölausgang an der axialen Endseite auf. Somit wird in dem Getriebeölkühlkreis das Getriebeöl ausgehend von dem Ölsumpfbereich nachfolgend zu dem Kühlmantelbereich geführt, wo das Getriebeöl aktiv gekühlt wird. Ausgehend von dem Kühlmantelbereich wird das Getriebeöl durch die Rotorwelle geführt, wo das Getriebeöl über den Kühlkörper Abwärme von dem Elektromotor aufnimmt. Das dadurch vorgewärmt Getriebeöl tritt dann zum Beispiel endseitig an der Rotorwelle aus und wird auf die Getriebekomponenten in dem Getriebegehäuseabschnitt verteilt. Von den Getriebekomponenten läuft das Getriebeöl dann ab und sammelt sich wieder in dem Ölsumpfbereich.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eine Getriebeanordnung für ein Fahrzeug als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines Kühlkörpers aus der Getriebeanordnung der 1;
- 3 eine schematische Längsschnittdarstellung eines elektrischen Antriebs mit der Getriebeanordnung sowie dem Kühlkörper der vorhergehenden Figuren.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung eine Getriebeanordnung 1 für ein Fahrzeug 2 (3) als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Getriebeanordnung 1 weist einen Elektromotor 3 auf, wobei der Elektromotor 3 durch einen außenliegenden Stator 4 und einen innenliegenden Rotor 5 gebildet ist. Der Elektromotor 3 ist somit als ein Innenläufer ausgebildet. Der Elektromotor 3 ist insbesondere als ein permanenterregter Synchronmotor realisiert. Der innenliegende Rotor 5 dreht um eine Hauptachse H.
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Die Getriebeanordnung 1 weist eine Rotorwelle 6 auf, wobei die Rotorwelle 6 drehfest mit dem Rotor 5 verbunden ist und gemeinsam mit diesem um die Hauptachse H rotiert. Die Rotorwelle 6 ist als eine Hohlwelle ausgebildet, wobei in der Hohlwelle eine Abtriebswelle 7 angeordnet ist, wobei die Abtriebswelle 7 ebenfalls koaxial zu der Hauptachse H ausgerichtet ist. Zwischen der Abtriebswelle 7 und der Rotorwelle 6 ist ein Zwischenraum vorgesehen, welcher in dem axialen Bereich, der durch den Rotor 5 in Richtung der Hauptachse H definiert ist, als Rotorringraum 8 bezeichnet wird. Der Rotorringraum 8 wird somit außen durch die Rotorwelle 6 und innen durch die Abtriebswelle 7 begrenzt. Der Rotorringraum 8 ist als ein Ringspalt ausgebildet, welcher ein hohlzylindrisches Volumen einnimmt.
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In dem Rotorringraum 8 ist ein Kühlkörper 9 als ein separates Bauteil angeordnet, welcher in der Grobform einen geraden Hohlzylinder bildet. Der Kühlkörper 9 ist an seiner radialen Außenseite und/oder am Außenumfang mit der Rotorwelle 7 drehfest verbunden. Der Kühlkörper 9 sowie die Rotorwelle 6 sind beispielsweise aus Metall ausgebildet. Der Kühlkörper 9 ist beispielsweise in die Rotorwelle 6 eingepresst, so dass umlaufend ein flächiger Kontakt zwischen dem Kühlkörper 9 und der Rotorwelle 6 vorliegt. Um die richtige axiale Position sicherzustellen, kann die Rotorwelle 6 einen Endanschlag 12 aufweisen, an dem der Kühlkörper 9 in axialer Richtung anliegt. Die Rotorwelle 6 kann beispielsweise zweiteilig ausgebildet sein, wobei eine Trennstelle 13 an einem axialen Ende des Rotorringraums 8 angeordnet ist.
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Die Getriebeanordnung 1 weist einen Getriebeölkühlkreis 10 auf, welcher gemäß der Pfeile 11 an einer axialen Seite in den Zwischenraum zwischen der Abtriebswelle 7 und der Rotorwelle 6 eintritt, in axialer Richtung den Rotorringraum 8 über den Kühlkörper 9 durchläuft und an einer anderen axialen Seite von dem Zwischenraum zwischen der Abtriebswelle 7 und der Rotorwelle 6 austritt. Prinzipiell sind noch weitere Ausgänge möglich. In dem Getriebeölkühlkreis 10 wird Getriebeöl geführt, wie das nachfolgend noch in Zusammenhang mit der 3 erläutert wird. Der Getriebeölkühlkreis 10 führt das Getriebeöl axial durch den Rotorringraum 8, um über den Kühlkörper 9, die Rotorwelle 6 und den Rotor 5 und damit den Elektromotor 3 zu kühlen und/oder Abwärme von dem Elektromotor 3 abzuführen.
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Betrachtet man den Wärmefluss, so fließt die Wärme ausgehend von dem Elektromotor 3 über den Rotor 5 in die Rotorwelle 6. Der Rotor 5 weist eine Innenmantelfläche auf, welche zylinderförmig ausgebildet ist und welche flächig auf einer Außenmantelfläche der Rotorwelle 6 aufliegt. Durch den flächigen Kontakt wird eine hohlzylinderförmige Kontaktfläche zwischen dem Rotor 5 und der Rotorwelle 6 gebildet, welche sich über die gesamte axiale Breite des Rotorringraums 8 und/oder das Kühlkörpers 9 erstreckt und eine gute thermische Verbindung bildet. Ausgehend von der Rotorwelle 6 fließt die Wärme dann in den Kühlkörper 9: Die Rotorwelle 6 weist an der radialen Innenseite und/oder am Innenumfang eine Innenmantelfläche auf, welche zylinderförmig ausgebildet ist. Der Kühlkörper 9 weist am Außenumfang eine Außenmantelfläche auf, welche ebenfalls zylinderförmig ausgebildet ist und welche flächig auf der Außenmantelfläche das Kühlkörpers 9 aufliegt. Durch den flächigen Kontakt wird eine hohlzylinderförmige Kontaktfläche zwischen der Rotorwelle 6 und dem Kühlkörper 9 gebildet, welche eine gute thermische Verbindung bildet. An dem radialen Innenumfang des Kühlkörpers 9 ist dieser in körperlichen und damit auch thermischen Kontakt mit dem Getriebeöl des Getriebeölkühlkreises 10, so dass die Wärme von dem Kühlkörper 9 in das Getriebeöl des Getriebeölkühlkreises geführt wird.
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Die 2 zeigt den Kühlkörper 9 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung, wobei nochmals zu erkennen ist, dass dieser an der radialen Außenseite eine zylinderförmige Außenmantelfläche aufweist. Der Kühlkörper 9 ist aus Metall ausgebildet und beispielsweise aus einer Leichtmetalllegierung gebildet. Beispielsweise kann der Kühlkörper 9 durch Strangpressen hergestellt sein. Insbesondere weist der Kühlkörper 9 einen konstanten Querschnitt über seine gesamte axiale Länge in Richtung der Hauptachse H auf. Am Innenumfang und/oder an der radialen Innenseite weist der Kühlkörper 9 Kühlstrukturen 14 auf, wobei die Kühlstrukturen 14 die Innenoberfläche von dem Kühlkörper 9 vergrößern. Damit wird die Oberfläche, welche mit dem Getriebeöl des Getriebeölkühlkreises 10 in Kontakt kommt, vergrößert. Die Kühlstrukturen 14 sind als Kühlrippen oder Stege ausgebildet, welche sich in axialer Richtung zu der Hauptachse H erstrecken. Dadurch, dass sich die Kühlstrukturen ausschließlich in axialer Richtung erstrecken und in Umlaufrichtung keine Vorzugsrichtung aufweisen, wird erreicht, dass bei einer Rotation des Kühlkörpers 9 keine Pumpwirkung erzeugt wird. Nachdem die Rotorwelle 6 in Abhängigkeit der Ansteuerung in eine Drehrichtung und in eine Gegendrehrichtung rotieren kann wird durch die fehlende Pumpwirkung erreicht, dass der Getriebeölkühlkreis 10 nicht gestört wird.
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Die 3 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung entlang einer Hauptachse H einen elektrischen Antrieb 15 mit der Getriebeanordnung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der elektrische Antrieb 1 ist als eine elektrische Achse für das Fahrzeug 2 ausgebildet, wobei das Fahrzeug 2 nur stark schematisiert als ein Block dargestellt ist. Der elektrische Antrieb 15 dient zum Antrieb von angetriebenen Rädern 16 a, b des Fahrzeugs 2. Beispielsweise bildet der elektrische Antrieb 1 eine angetriebene Hinterachse des Fahrzeugs 2.
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Die elektrische Achse in Form des Antriebs 15 weist die Getriebeanordnung 1 mit dem Elektromotor 3 auf. Der Elektromotor 3 wird durch den Rotor 5 und den Stator 4 gebildet. Der Elektromotor 3 ist koaxial zu der Hauptachse H angeordnet. Der Rotor 5 ist als ein Innenläufer ausgebildet und rotiert um die Hauptachse H. Der Rotor 5 ist drehfest auf der Rotorwelle 6 aufgesetzt, wobei die Rotorwelle 6 als Hohlwelle ausgebildet ist.
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Der elektrische Antrieb 15 weist einen Getriebeabschnitt 17 auf, wobei der Getriebeabschnitt 17 eine Mehrzahl von Getriebekomponenten umfasst. Der Getriebeabschnitt 17 kann in einen vorderen Getriebebereich und in einen hinteren Getriebebereich unterteilt werden, wobei der vordere Getriebebereich eine Übersetzungsstufe 18 und der hintere Getriebebereich eine Differentialstufe 19 bildet. Die Rotorwelle 6 bildet einen Eingang in den Getriebeabschnitt 17, insbesondere in den vorderen Getriebebereich. Der Getriebeabschnitt 17 ist koaxial zu der Hauptachse H angeordnet und/oder ausgerichtet.
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Der elektrische Antrieb 15 weist die Abtriebswelle 7 und eine weitere Abtriebswelle 20 auf. Die Abtriebswellen 7, 20 sind koaxial zueinander angeordnet und führen ein Antriebsdrehmoment von dem elektrischen Antrieb 15 zu den angetriebenen Rädern 16 a, b. Die Abtriebswelle 7 ist in der Rotorwelle 6 koaxial und/oder konzentrisch angeordnet. Sie steht über die Rotorwelle 6 auf beiden axialen Seiten über. Zwischen der Abtriebswelle 7 und der Rotorwelle 6 ist ein Zwischenraum ausgebildet, welcher sich ausgehend von einer vorderen Rotorlagerung 21 in einen axialen Bereich, in dem auch der Rotor 5 angeordnet ist, erstreckt. In dem axialen Bereich des Rotors 5 wird der Zwischenraum als der Rotorringraum 8 bezeichnet und ist in der Form eines Hohlzylinders ausgebildet. Ausgehend von dem Rotorringraum 8 erstreckt sich der Zwischenraum in Richtung einer hinteren Rotorlagerung 22. Der Zwischenraum erstreckt sich über die zweite Rotorlagerung 22 hinaus und führt zu einem axial geöffneten Endaustritt. Die Abtriebswelle 7 ist im Bereich zwischen der ersten der zweiten Rotorlagerung 21, 22 als ein gerader Hohlzylinder ausgebildet Die Abtriebswellen 7, 20 bilden einen Ausgang aus dem Getriebeabschnitt 17, insbesondere aus dem hinteren Getriebebereich und/oder der Differentialstufe 19.
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Der elektrische Antrieb 15 weist ein Gehäuse 23 auf wobei das Gehäuse 23 einen Motorgehäuseabschnitt 24 und einen Getriebegehäuseabschnitt 25 aufweist. In dem Motorgehäuseabschnitt 24 ist der Elektromotor 3 angeordnet. Der Motorgehäuseabschnitt 24 weist einen Kühlmantelbereich 26 auf, welcher eine Mehrzahl von Kanälen 27 aufweist, durch die ein Kühlfluid durchgeführt werden kann. Das Kühlfluid ist auf Wasserbasis gebildet. Der Kühlmantelbereich 26 ist insbesondere als eine Kühlhülse ausgebildet. Der Stator 4 steht in direkten körperlichen Kontakt mit dem Kühlmantelbereich 26, insbesondere der Kühlhülse, so dass ein guter thermischer Übertrag zwischen Stator 4 und Kühlmantelbereich 26 erfolgen kann. In dem Getriebegehäuseabschnitt 25 ist der Getriebeabschnitt 17, insbesondere der vordere und hintere Getriebebereich und/oder die Übersetzungsstufe 18 und die Differentialstufe 19 angeordnet. Der Getriebegehäuseabschnitt 25 bildet einen Getrieberaum aus, wobei in einem Bodenbereich des Getrieberaums ein Ölsumpfbereich 28 ausgebildet ist.
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In einem Bodenbereich des Getriebegehäuseabschnitts 25 ist eine Ölpumpe 29 angeordnet, welche das Getriebeöl in dem Getriebeölkühlkreis 10 pumpt. Der Getriebeölkühlkreis 10 ist in der 3 durch Pfeile 11 visualisiert.
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Ausgehend von dem Ölsumpfbereich 28 pumpt die Ölpumpe 29 das Getriebeöl durch den Kühlmantelbereich 26 und zwar in Kanälen, welche von den Kanälen 27 der Fluidkühlung getrennt sind, so dass sich das Getriebeöl nicht mit dem Kühlfluid vermischen kann. Durch den Transport des Getriebeöls durch den Kühlmantelbereich 26 wird dieses gekühlt. Das gekühlte Getriebeöl wird über einen Radialkanal 30, welcher in einen Deckel des Gehäuses 23 eingebracht ist, über eine Drehdurchführung 31 in das Innere der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 7 gefördert.
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Von dort aus durchströmt das Getriebeöl entlang des Getriebeölkühlkreises 10 den Rotorringraum 8 und strömt an dem Kühlkörper 9 vorbei, so dass die Abwärme des Elektromotors 3 an das Getriebeöl abgegeben wird. Das erwärmte Getriebeöl wird entlang des Getriebeölkühlkreises 10 weiter bis an den axialen Auslass gefördert, wo dieses dann zwischen der Übersetzungsstufe 18 und der Differentialstufe 19 austreten kann. Dort verteilt es sich auf die Getriebekomponenten der Übersetzungsstufe 18 und der Differentialstufe 19 und tropft dann in den Ölsumpfbereich 28, um nachfolgend wieder in den Getriebeölkühlkreis 10 einzutreten.
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Der vordere Getriebebereich wird durch die Übersetzungsstufe 18 gebildet, welche als ein Planetentrieb ausgebildet ist. Die Übersetzungsstufe 18 weist ein erstes Sonnenrad 35 auf, welches drehfest auf der Rotorwelle 6 aufgesetzt ist. Damit bildet die Rotorwelle 6 einen Eingang in die Übersetzungsstufe 18 und/oder in den vorderen Getriebebereich. Ferner weist die Übersetzungsstufe 18 einen ersten Planetenträger 36 sowie einen ersten Satz Planeten 37 auf, welche auf dem Planetenträger 36 drehbar aufgesetzt sind und welche mit dem ersten Sonnenrad 35 kämmen. Mit dem ersten Planetenträger 36 ist ein Zwischensonnenrad 38 drehfest verbunden, welches einen Ausgang aus der Übersetzungsstufe 18 und/oder dem vorderen Getriebebereich und einen Eingang in den hinteren Getriebebereich bildet.
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Der hintere Getriebebereich wird durch die Differentialstufe 19 gebildet, welche als Planetendifferentialstufe ausgebildet ist. Diese weist einen zweiten Planetenträger 40 sowie einen Satz Planetenwellen 41 auf, welche auf dem zweiten Planetenträger 40 drehbar angeordnet sind. Ferner weist die Differentialstufe 19 und/oder der hintere Getriebebereich zwei Ausgangssonnenräder 42 a, b auf, wobei das Ausgangssonnenrad 42 a auf der Abtriebswelle 7 drehfest aufgesetzt ist und ein weiteres Ausgangssonnenrad 42 b auf der weiteren Abtriebswelle 20 drehfest aufgesetzt ist. Ein erster Planetenabschnitt der Planetenwelle 41 kämmt mit dem Zwischensonnenrad 38. Auf dem zweiten Planetenträger 40 sind zwei Sätze Planetenräder 39 a, b angeordnet und paarweise miteinander sowie mit den Ausgangssonnenrädern 42 a, b kämmen. Die Komponenten der Übersetzungsstufe 18 und/oder der Differentialstufe 19 werden durch das Getriebeöl gekühlt und/oder geschmiert, welches endseitig an der Rotorwelle 6 austritt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebeanordnung
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Elektromotor
- 4
- Stator
- 5
- Rotor
- 6
- Rotorwelle
- 7
- Abtriebswelle
- 8
- Rotorringraum
- 9
- Kühlkörper
- 10
- Getriebeölkühlkreis
- 11
- Pfeile
- 12
- Endanschlag
- 13
- Trennstelle
- 14
- Kühlstrukturen
- 15
- elektrischer Antrieb
- 16 a, b
- angetriebene Räder
- 17
- Getriebeabschnitt
- 18
- Übersetzungsstufe
- 19
- Differentialstufe
- 20
- weitere Abtriebswelle
- 21
- vordere Rotorlagerung
- 22
- hintere Rotorlagerung
- 23
- Gehäuse
- 24
- Motorgehäuseabschnitt
- 25
- Getriebegehäuseabschnitt
- 26
- Kühlmantelbereich
- 27
- Kanäle
- 28
- Ölsumpfbereich
- 29
- Ölpumpe
- 30
- Radialkanal
- 31
- Drehdurchführung
- 35
- erstes Sonnenrad
- 36
- erster Planetenträger
- 37
- erster Satz Planeten
- 38
- Zwischensonnenrad
- 39a, b
- Sätze Planetenräder
- 40
- zweiter Planetenträger
- 41
- Satz Planetenwellen
- 42a,b
- Ausgangssonnenräder
- H
- Hauptachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011007255 A1 [0005]
