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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Traktionsgetriebe, umfassend
- - eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem radial innerhalb des Stators drehbar angeordneten, trommelartig ausgebildeten, einen Getriebehohlraum axial und radial umgreifenden Rotor,
- - ein erstes und ein zweites Teilgetriebe, die einander axial benachbart in dem Getriebehohlraum angeordnet sind,
wobei die Teilgetriebe mittels einer zentral im Getriebehohlraum angeordneten Koppeleinrichtung, die je eine Triebscheibe jedes Teilgetriebes sowie eine diese Triebscheiben verbindende Kupplung umfasst, miteinander gekoppelt sind.
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Stand der Technik
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Bei Traktionsgetrieben der fraglichen Art befindet sich die eigentliche Übersetzungseinheit, aufgeteilt in zwei Teilgetriebe im Inneren eines trommelförmig ausgebildeten Rotors einer elektrischen Maschine, deren Stator in einem Getriebegehäuse fixiert ist. Jedes Teilgetriebe umfasst eine Antriebsscheibe und eine dieser gegenüberliegenden Abtriebsscheibe, deren einander gegenüberliegende Reibflächen konkav geformt sind und gemeinsam einen halbtoroidalen (nicht zwingend halbtorusförmigen) Arbeitsraum bilden. In diesen Arbeitsraum ragt ein sternförmiger Steg hinein, auf dem dreh- und schwenkbar Reibroller gelagert sind. Die Reibroller stehen mit den Reibflächen der beiden Triebscheiben des jeweiligen Teilgetriebes in reibschlüssigem Kontakt, sodass eine Rotation der Antriebsscheibe auf eine Rotation der Reibroller und diese wiederum auf eine Rotation der Abtriebsscheibe übertragen wird. Die bei dieser Übertragung erzielte Übersetzung wird durch den veränderbaren Kippwinkel der Reibroller bestimmt.
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Zur Kompensation der auftretenden Kräfte sind zwei im Wesentlichen gleichartig und funktional spiegelsymmetrisch aufgebaute Teilgetriebe vorgesehen, die innerhalb des Getriebehohlraums axial benachbart zueinander angeordnet sind. Bei dem in der vorgenannten Druckschrift offenbarten Traktionsgetriebe sind es die Antriebsscheiben der beiden Teilgetriebe, die im Zentralbereich des Getriebehohlraums einander unmittelbar benachbart positioniert sind. Eine der beiden Antriebsscheiben ist dabei drehfest mit dem Rotor verbunden. Insbesondere ist hierzu eine Steckverzahnung in der Radialinnenwand des Rotors bzw. des Getriebehohlraums vorgesehen. Als Radialinnenwand sei hier die in radialer Richtung nach innen weisende Wand, d.h. die Innenwand des Zylindermantels des im Wesentlichen trommelförmigen Rotors bzw. des Getriebehohlraums, bezeichnet. Im Gegensatz dazu sollen als Axialinnenwände die Innenwände der Stirnseiten des im Wesentlichen trommelförmigen Rotors bzw. des Getriebehohlraums angesprochen werden.
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Ein von der elektrischen Maschine aufgebrachtes Antriebsmoment wird also unmittelbar auf die mit dem Rotor drehfest verbundene, erste Antriebsscheibe, d.h. die Antriebsscheibe des ersten Teilgetriebes, übertragen. Mittels einer Koppelvorrichtung, die bei der bekannten Ausführungsform als Wälzkörper/Rampen-Kupplung ausgebildet ist, wird das Moment auch auf die zweite Antriebsscheibe, d.h. die Antriebsscheibe des zweiten Teilgetriebes, übertragen. Bei der bekannten Ausführungsform ist es möglich, die Relativverdrehung der Antriebsscheiben sowie ihren Abstand voneinander in Abhängigkeit vom eingestellten Kippwinkel der Reibroller sowie momentenabhängig einzustellen. Hierzu sind beide Antriebsscheiben auf einer Triebhülse, die ebenfalls einen Teil der Koppelvorrichtung darstellt, angeordnet. Die Triebhülse umgreift koaxial die Zentralwelle des gesamten Getriebes, mit der auch die Abtriebsscheiben drehfest verbunden sind und die somit als Abtriebswelle des Getriebes wirkt - zumindest bei motorischem Betrieb der elektrischen Maschine.
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Obgleich die vorgenannte Druckschrift keine entsprechende Offenbarung enthält, ist es (z.B. aus der JPH 11280876 oder der
JP 2004156758 ) bekannt, Traktionsgetriebe zur Deckung ihres erheblichen Schmier- und Kühlbedarfs mit Ölkanälen zu versehen, um Schmier- und Kühlöl vorzugsweise direkt zu schmier- bzw. kühlbedürftigen Stellen im Getriebe hin- bzw. im Getriebe erhitztes Öl abzuleiten. Da unter Last durchaus erhebliche Öldurchsätze auftreten können, ist eine effiziente Zu- und Ableitung des Öls von großer Bedeutung. Die entsprechende Kanalgestaltung hat sich als überaus kompliziert erwiesen. Dies gilt insbesondere für Getriebe, die, wie in der gattungsbildenden Druckschrift offenbart, koaxial von radial innen nach radial außen um eine Zentralwelle aufgebaut sind. Filigrane Kanäle, die unmittelbar bei den schmier- bzw. kühlbedürftigen Stellen im Getriebe münden sollen, müssten sehr filigran durch benachbarte Bauteile hindurch geführt werden, was dem erforderlichen, hohen Öldurchsatz entgegenstehen kann.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ölzu- bzw. -ableitung innerhalb eines gattungsgemäßen Traktionsgetriebes zu verbessern.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Radialinnenwand des Rotors und/oder der Koppeleinrichtung beidseitig in axialer Richtung, insbesondere in sich beidseitig nach axial außen hin radial erweiternder Weise, angeschrägt ist.
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Bevorzugt sind also die Radialinnenwand des Rotors und/oder die Radialinnenwand der Koppeleinrichtung - vorzugsweise beide - doppeltrichterförmig ausgebildet. Beide Wände rotieren bei Betrieb des erfindungsgemäßen Getriebes. Hierdurch erfährt an der Wand anhaftendes Öl eine nach radial außen gerichtete Zentrifugalkraft. Während diese Kraft bei geraden Wänden gemäß Stand der Technik vollständig abgestützt wird, lässt die erfindungsgemäße Anschrägung der Wand einen Teil der Zentrifugalkraft unkompensiert, sodass dass anhaftendes Öl der Wand folgend nach axial und radial außen wandert. Der Schrägungswinkel bestimmt bei gegebener Rotationsgeschwindigkeit die Flussgeschwindigkeit des Öls. Soll das Öl in anderer Richtung als nach axial außen geleitet werden, kann dies durch entsprechend geänderte Wahl der Schrägungswinkel erfolgen. Z. B. kann Öl auf diese Weise von axial außen nach axial innen geleitet und durch eine dort befindliche, zentrale Öffnung abgeführt werden.
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Zur Verbesserung des Ölflusses kann die jeweilige angeschrägte Radialinnenwand eine oder mehrere axial erstreckte Leitrinnen aufweisen, die zusätzlich eine tangentiale Erstreckungskomponente aufweisen, d. h. schraubenartig erstreckt sein können. Derartige Leitrinnen vergrößern das für die Ölleitung insgesamt zur Verfügung stehende Volumen und beschleunigen daher den Ölfluss.
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Die erfindungsgemäße Anschrägung im Bereich der Koppeleinrichtung, d.h. sowohl im axial als auch im radial zentralen Bereich des Getriebes, kann gezielt zum Transport von frischem Öl in die Arbeitsräume der beiden Teilgetriebe genutzt werden. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass das Getriebe eine Zentralwelle aufweist, um die herum die Teilgetriebe und der Rotor konzentrisch angeordnet sind und die mit einem Ölzuleitkanal versehen ist, der im Bereich der Koppeleinrichtung in den Getriebehohlraum, d.h. im Bereich des kleinsten Durchmessers der Radialinnenwand der Koppeleinrichtung, in den Getriebehohlraum mündet. Hier auftreffendes Öl läuft im Wesentlichen gleichverteilt an den beiden winklig zueinander stehenden Teilbereichen der Radialinnenwand der Koppeleinrichtung entlang in entgegengesetzte Richtungen und wird an den axial äußeren Kanten in die Arbeitsräume der beiden Teilgetriebe abgeschleudert. Dies entspricht einer gezielten, wenngleich über weite Strecken kanalfreien Zuleitung von Öl in besonders schmier- und kühlintensive Getriebebereiche. Auf diese Weise ist aufgrund der Kanalfreiheit ein wesentlich größerer Öldurchsatz erzielbar, als dies mit filigranen Kanälen in rotierenden Teilen, wie etwa dem Stern des Reibroller-Trägers, möglich wäre.
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Bevorzugt umfasst die Koppeleinrichtung eine die Triebscheiben tragende Triebhülse, deren Radialinnenwand beidseitig nach axial außen hin, vorzugsweise in sich nach axial außen hin radial erweiternder Weise, angeschrägt ist. Dies entspricht im Wesentlichen einer erfindungsgemäß verbesserten Ausführungsform der Koppeleinrichtung gemäß der gattungsbildenden Druckschrift.
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Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die radial innen liegenden Fußbereiche der Triebscheiben jeweils nach axial außen hin, insbesondere in sich nach axial außen hin radial erweiternder Weise, angeschrägt sind. Mit anderen Worten bilden hier die Fußbereiche der Triebscheiben selbst die Radialinnenwand der Koppeleinrichtung oder zumindest einen Teil davon. Hiervon sind beispielweise Ausführungsformen ohne Triebhülse umfasst oder Ausführungsformen, bei denen die Triebscheiben in axialer Richtung über eine kurze Triebhülse überstehen. Die letztgenannte Variante kann den Vorteil haben, dass Öl, welches an einer derart zusammengesetzten Radialinnenwand entlang fließt, in einen Schlitz zwischen der Triebhülse und der axial überstehenden Triebscheibe eindringen und in Kernbereiche der Koppeleinrichtung zwischen den Triebscheiben vordringen kann.
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Die erfindungsgemäß angeschrägte, bevorzugt doppeltrichterförmige Ausgestaltung der Radialinnenwand des Rotors dient hingegen im Wesentlichen einer effizienten Ölableitung. Öl, welches in den Arbeitsräumen und Lagerstellen der Teilgetriebe seine Kühl- und Schmierfunktion erfüllt hat, wird durch Zentrifugalkraft an die Radialinnenwand des Rotor geschleudert. Aufgrund des oben erläuterten Effektes wird solches Öl der Anschrägung folgend nach axial und radial außen abtransportiert. Auch dieser Abtransport kann kanalfrei erfolgen, was einen großen Öldurchsatz ermöglicht.
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Bevorzugt ist der Rotor im radial äußeren Bereich seiner Stirnseiten mit diese durchsetzenden Ölableitkanälen versehen. Der radial äußere Bereich der Stirnseiten des im Wesentlichen trommelförmigen Rotors ist der Bereich, in den das Öl aufgrund der erfindungsgemäßen Anschrägung zunächst abgeleitet wird. Über hier angeordnete Kanäle kann das Öl durch die Rotorstirnwände nach außerhalb des Getriebehohlraums befördert werden. Diese Kanäle können kurz und weitgehend gerade ausgebildet sein, sodass sie in großer Anzahl und/oder mit großer lichter Weite ausgebildet sein können. Hierdurch lassen sie einen großen Öldurchsatz zu.
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An den stromabwärtigen Enden besagter Ölableitkanäle sind bevorzugt Schleuderscheiben angeordnet, mittels derer abgeleitetes Öl in mit einem Ölreservoire verbundene Auffangkammern beförderbar ist. Insbesondere können die Schleuderscheiben genutzt werden, um ein Eindringen von Öl in den Ringspalt zwischen Stator und Rotor der elektrischen Maschine zu verhindern. Die Auffangkammern sind bevorzugt gehäusefest, sodass das Öl aus ihnen schwerkraftgetrieben ablaufen kann oder mittels geeigneter Pumpen abgepumpt werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes sowie
- 2 eine Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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Die 1 und 2 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Traktionsgetriebes 10, die im Wesentlichen gemeinsam beschrieben werden können.
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Das erfindungsgemäße Traktionsgetriebe 10 umfasst ein Getriebegehäuse 12, in dem eine elektrische Maschine 14 mit einem gehäusefesten Stator 141 und einem radial innerhalb des Stators 141 drehbar angeordneten Rotor 142. Mit anderen Worten ist die elektrische Maschine 14 in Innenläufer-Bauart gestaltet. Der Rotor 142 umfasst eine Rotorwelle 143, die gegenüber dem Getriebegehäuse 12 mittels Rotorlagern 16 gelagert ist. Konzentrisch innerhalb der Rotorwelle 143 ist eine hohle Zentralwelle 18 gelagert, die im vorliegenden Fall als Abtriebswelle des Traktionsgetriebes 10 fungiert.
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Die Rotorwelle 143 bildet einen Getriebehohlraum 20, der in radialer Richtung durch seine Radialinnenfläche 201 und in axialer Richtung durch seine Axialinnenflächen 202 begrenzt ist. Diese Flächen können - sichtweisenabhängig - auch als Radial- bzw. Axialinnenflächen des Rotors 142 bzw. der Rotorwelle 143 beschrieben werden.
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Innerhalb des Getriebehohlraums 22 sind zwei Teilgetriebe 21, 22 angeordnet. Sie umfassen jeweils eine Antriebsscheibe 211, 221, einen Steg 212, 222, auf dem Reibroller 213, 223 dreh- und kippbar angeordnet sind, sowie eine Abtriebsscheibe 214, 224, die mit der Zentralwelle 18 drehfest verbunden ist. Die Reibroller 213, 223 dienen einer momentenübertragenden Verbindung zwischen den Antriebsscheiben 211, 221 und der jeweils zugeordneten Abtriebsscheiben 214, 224, wobei die Übersetzung von der Winkelstellung der Reibroller 213, 223 abhängt.
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Ein Antriebsmoment des Rotors 142 wird über die erste Antriebsscheibe 211, die drehfest mit der Rotorwelle 143 verbunden ist, in das erste Teilgetriebe 21 eingeleitet. Dieses ist über eine Wälzkörper/Rampen-Kopplung 24 mit der zweiten Antriebsscheibe 221 gekoppelt. Die Antriebsscheiben 211, 221 sind auf einer Triebhülse 26 angeordnet, wobei sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung eine beschränkte Relativbewegbarkeit erhalten bleibt.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind sowohl die Radialinnenfläche der Triebhülse 26 als auch die Radialinnenfläche 201 der Rotorwelle 134 nach Art eines Doppeltrichters angeschrägt. Die beiden strichpunktierten Hilfslinien zeigen jeweils die Waagerechte an, sodass die genannte Anschrägung besser erkennbar ist.
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Bei der Ausführungsform von 2 ist die Triebhülse 26 in axialer Richtung kürzer ausgestaltet. Die Antriebsscheiben 211, 221 ragen axial beidseitig über die Triebhülse 26 hinaus. Die genannte Anschrägung der Radialinnenfläche der Triebhülse 26 setzt sich bei dieser Ausführungsform in einer entsprechenden Anschrägung der Fußbereiche der Antriebsscheiben 211, 221 fort.
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Die eingezeichneten weißen und schwarzen Pfeile in den 1 und 2 stellen grob schematisch den erfindungsgemäß ermöglichten Fluss von Schmier- und Kühlöl dar. Weiße Pfeile symbolisieren dabei an Leitflächen entlangfließendes Öl. Schwarze Pfeile symbolisieren im Freistrahl fliegendes bzw. geschleudertes Öl.
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Die Zentralwelle 18 ist hohl ausgebildet und über eine Pumpe mit einem nicht näher dargestellten Ölreservoir verbunden. Über dem Fachmann grundsätzlich bekannte Wellen-Querkanäle wird das Öl im Zentralbereich des Getriebehohlraums 20 in diesen hineingepumpt. Es trifft dabei auf die angeschrägte Radialinnenfläche der Einrichtung, insbesondere der Triebhülse 26. Aufgrund eines durch deren Anschrägung unkompensierten Anteils der Zentrifugalkraft fließt das Öl beidseitig entlang der Radialinnenfläche der Koppeleinrichtung nach axial außen bis zur Außenkante der Triebhülse 26 bzw. der Antriebsscheiben 211, 221. Von dort wird es in die Arbeitsräume der Teilgetriebe 21, 22, d.h. insbesondere in die Kontakt- und Lagerbereiche der Reibroller 213, 223 geschleudert. Die Reibkontaktflächen mit den An- bzw. Abtriebsscheiben 211, 221; 214, 224 werden aufgrund der durch die Rotation der Reibroller 113, 123 wirkenden Zentrifugalkräfte mit fließendem Öl versorgt. Von dort wird das Öl im Wesentlichen nach radial außen geschleudert, wo es auf die Radialinnenfläche des Rotors 142, insbesondere dessen Rotorwelle 143 auftrifft. Deren doppeltrichterartige Anschrägung sorgt für einen fließenden Transport nach axial außen, wo das Öl durch Ölableitkanäle 30 aus dem Getriebehohlraum 20 austritt. An den Ölableitkanälen 30 ansetzende Schleuderscheiben 32 sorgen für einen Weitertransport des Öls und dessen Abschleudern in gehäusefeste Ölauffangräume 34, die über nicht dargestellte, weitere Kanäle mit dem Ölreservoire verbunden sind.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere spielt die konkrete Gestaltung der Lagerung der Reibroller 213, 223 und deren Verstellbarkeit im Kontext der vorliegenden Erfindung keine Rolle und ist vom Fachmann frei wählbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Traktionsgetriebe
- 12
- Getriebegehäuse
- 14
- elektrische Maschine
- 141
- Stator
- 142
- Rotor
- 143
- Rotorwelle
- 16
- Rotorlager
- 18
- Zentralwelle
- 20
- Getriebehohlraum
- 201
- Radialinnenwand von 20 bzw, 142, 143
- 202
- Axialinnenwand von 20 bzw. 142, 143
- 21
- erstes Teilgetriebe
- 211
- Antriebsscheibe von 21
- 212
- Steg von 21
- 213
- Reibroller von 21
- 214
- Abtriebsscheibe von 21
- 22
- zweites Teilgetriebe
- 221
- Antriebsscheibe von 22
- 222
- Steg von 22
- 223
- Reibroller von 22
- 224
- Abtriebsscheibe von 22
- 24
- Wälzkörper/Rampen-Kupplung
- 26
- Triebhülse
- 28
- Ölzuleitkanal
- 30
- Ölableitkanal
- 32
- Schleuderscheibe
- 34
- Auffangkammer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016223922 A1 [0002]
- JP 2004156758 [0006]
