DE102019208034B4

DE102019208034B4 - Elektromotorische Getriebevorrichtung

Info

Publication number: DE102019208034B4
Application number: DE102019208034.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Sagmeister
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2039-06-04
Also published as: WO2020245085A1; US20220239196A1; DE102019208034A1

Abstract

Elektromotorische Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug, mit einem eine Statorwicklung (7) und einen Rotor (4) aufweisenden Elektromotor (2), von dessen Eingangswelle (12) über ein Getriebe eine Antriebswelle drehbar antreibbar ist, wobei das Getriebe koaxial zu der Eingangswelle (12) angeordnet und der Elektromotor (2) und das Getriebe in einem Gehäuse (1) angeordnet sind, das zumindest auf der Getriebeseite von einer radialen Stirnwand (11) begrenzt ist und wobei die Statorwicklung (7) von einer Kühleinrichtung kühlbar ist, wobei das Getriebe ein ringartiges Trägerbauteil aufweist, das an der Innenseite der radialen Stirnwand (11) anliegend mit dieser Stirnwand (11) verbunden ist, wobei in der Stirnwand (11) und/oder dem ringartigen Trägerbauteil ein radial umlaufender Ringkanal (18) angeordnet ist, der von einem unter Druck stehenden Öl beaufschlagt ist, mit mehreren am Umfang des Ringkanals (18) verteilt angeordneten Sprühauslässen (19) oder einem radial umlaufenden schlitzartigen Sprühauslass, die in dem ringartigen Trägerbauteil angeordnet sind und von dem Ringkanal (18) ausgehen, wobei die Sprühstrahlen oder der Sprühstrahl der Sprühauslässe (19) auf die Statorwicklung (7) und/ oder die Rotorwicklung gerichtete sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromotorische Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug, mit einem eine Statorwicklung und einen Rotor aufweisenden Elektromotor, von dessen Ausgangswelle über ein Getriebe eine Antriebswelle drehbar antreibbar ist, wobei das Getriebe koaxial zu der Ausgangswelle angeordnet und der Elektromotor und das Getriebe in einem Gehäuse angeordnet sind, das zumindest auf der Getriebeseite von einer radialen Stirnwand geschlossen ist und wobei die Statorwicklung von einer Kühleinrichtung kühlbar ist.
Bei einer derartigen elektromotorischen Getriebevorrichtung ist es bekannt die außenliegende Statorspule mit einem Wendelkanal zu umschließen, durch den ein Kühlmittel strömt, das die Wärme der Statorspule aufnimmt und abtransportiert. Durch den Wendelkanal ist der Durchmesser des Gehäuses wesentlich vergrößert, so dass ein großer Bauraum für die elektromotorische Getriebevorrichtung erforderlich ist.
Aus der gattungsbildenden CA 2 116 900 A1 ist ein Elektromotor mit Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug bekannt.
Aus EP 3 028 888 A1 ist eine Motoranordnung mit integriertem Kühlsystem bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom genannten Stand der Technik eine elektromotorische Getriebevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist und einen geringeren Bauraum erfordert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Getriebe ein ringartiges Trägerbauteil aufweist, das an der Innenseite der radialen Stirnwand anliegend mit dieser Stirnwand verbunden ist, wobei in der Stirnwand und/oder dem ringartigen Trägerbauteil ein radial umlaufender Ringkanal angeordnet ist, der von einem unter Druck stehenden Öl beaufschlagt ist, mit mehreren am Umfang des Ringkanals verteilt angeordneten Sprühauslässen oder einem radial umlaufenden schlitzartigen Sprühauslass, die in dem ringartigen Trägerbauteil angeordnet sind und von dem Ringkanal ausgehen, wobei die Sprühstrahlen oder der Sprühstrahl der Sprühauslässe auf die Statorwicklung und/ oder den Rotor gerichtet sind.
Durch diese einfach aufgebaute Ausbildung ist für die Kühleinrichtung kein wesentlicher Bauraum erforderlich, da deren Komponenten in bereits vorhandenen Bauteilen der elektromotorischen Getriebevorrichtung integriert sind.
Da die Statorwicklung nicht wie beim Stand der Technik indirekt sondern direkt gekühlt wird, wird eine sehr hohe Leistungsdichte des Elektromotors erreicht.
Von den Sprühauslässen können vorzugsweise Sprühstahlen auf einen Wickelkopf der Statorwicklung gerichtet sein.
Zu einer größeren Verteilung des Öls und damit einer erhöhten Kühlwirkung können die Sprühauslässe Pralltellerdüsen aufweisen, von denen die Sprühstrahlen auf die Statorwicklung und/ oder den Rotor gerichtet sind.
Der Rotor umfasst bevorzugt eine Rotorwicklung.
Die Pralltellerdüsen erzeugen bevorzugt einen Kühlölfächer, also eine fächerförmige Verteilung der Sprühstrahlen.
In einfacher Ausbildung können die Sprühauslässe im dem ringartigen Trägerbauteil ausgebildet sein.
Ist der Ringkanal zwischen der Stirnwand und dem ringartigen Trägerbauteil ausgebildet, so kann auf einfache Weise durch das Abdecken einer Ringnut in der Stirnwand oder dem Trägerbauteil von dem Trägerbauteil oder der Stirnwand der Ringkanal gebildet werden.
Das Trägerbauteil kann ein Planetenträger eines Planetengetriebes sein.
Um den Druck des Öls im Ringkanal zu erzeugen kann der Ringkanal von einer Pumpe mit dem Öl beaufschlagt werden.
Dabei kann das Öl das Getriebeöl eines Schmierkreises sein, so dass kein gesondertes Kühlmittel erforderlich ist.
Dazu ist vorzugsweise im unteren Bereich des Gehäuses ein zu einem Ölsumpf führender Ablauf angeordnet, über den das Öl ablaufen kann.
Die elektromotorische Getriebevorrichtung kann entweder im Motorbetrieb oder im Generatorbetrieb oder aber auch sowohl im Motor- als auch im Generatorbetrieb betreibbar sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 einen Ausschnitt im Längsschnitt einer elektromotorischen Getriebevorrichtung,
2 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer elektromotorischen Getriebevorrichtung ohne radialer Stirnwand.

Die in den Figuren dargestellte elektromotorische Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für einen Traktor, weist in einem Gehäuse 1 einen Elektromotor 2 und dazu koaxial ein Planetengetriebe 3 auf.
Der Elektromotor 2 weist einen Rotor 4 mit einer Rotorwicklung 5 und einen Stator 6 mit einer Statorwicklung 7 auf. Ein Wickelkopf 8 der Statorwicklung 7 ist dem Planetengetriebe 3 zugewandt.
Das Planetengetriebe 3 weist einen ringartigen Planetenträger 9 auf, der an seinem Umfang gleichmäßig verteilt beispielsgemäß drei radial nach außen gerichtete Laschen aufweist, an denen er mittels Schrauben 10 mit einer radialen Stirnwand 11 des Gehäuses 1 axial verbunden ist.
Einer Eingangswelle 12 des Elektromotors 2 ist mit einem Hohlrad 15 verbunden. Ein Sonnenrad 13 des Planetengetriebes 3 ist drehfest mit einem Rotor 4 verbunden und greift in vier am Planetenträger 9 drehbar gelagerte Planetenräder 14 ein, die wiederum in das die Planetenräder 14 umschließende Hohlrad 15 eingreifen, welches wiederum eine nicht dargestellte Ausgangswelle aufweist.
Die Stirnwand 11 weist an ihrer Innenseite einen radial umlaufenden, koaxial hervorstehenden Ring 16 auf, dessen dem Elektromotor 2 zugewandte Stirnseite mit einer axial und radial nach innen offenen Ringnut 17 ausgebildet ist. Die Ringnut 17 ist axial und radial nach innen von dem Planetenträger 9 abgedeckt, so dass ein Ringkanal 18 gebildet ist.
Von dem Ringkanal 18 ausgehend sind in dem Planetenträger 9 radial umlaufend gleichmäßig verteilt Sprühauslässe 19 ausgebildet, die auf die Wicklungen des Elektromotors 2 gerichtet sind.
In den 1 und 2 sind an dem Planetenträger 9 einfache Sprühauslässe 19 angeordnet, während bei dem Ausführungsbeispiel der 3 die Sprühauslässe 19 mit Pralldüsen 21 versehen sind.
Von einer nicht dargestellten Pumpe ist der Ringkanal 18 mit unter Druck stehendem Öl beaufschlagbar, das bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 über die Sprühauslässe 19 als Sprühstrahl auf den Wickelkopf der Statorwicklung 7 auftrifft.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 wird das durch die Sprühauslässe 19 hindurchtretende Öl von den Pralldüsen 21 als Sprühstrahl auf den Wickelkopf 8 der Statorwicklung 7 umgeleitet.
Das auf den Wickelkopf 8 der Statorwicklung 7 auftreffende Öl kühlt die im Betrieb erwärmte Statorwicklung 7 und läuft dann beispielsgemäß über einen nicht dargestellten, im unteren Bereich des Gehäuses1 angeordneten Ablauf zu einem Ölsumpf, in dem es zur Wiederverwendung abkühlen kann.
Diese Vorrichtung kann im Motorbetrieb und/oder im Generatorbetrieb betrieben werden.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Elektromotor
3: Planetengetriebe
4: Rotor
5: Rotorwicklung
6: Stator
7: Statorwicklung
8: Wickelkopf
9: Planetenträger
10: Schrauben
11: Stirnwand
12: Eingangswelle
13: Sonnenrad
14: Planetenräder
15: Hohlrad
16: Ring
17: Ringnut
18: Ringkanal
19: Sprühauslässe
21: Pralldüsen

Claims

Elektromotorische Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug, mit einem eine Statorwicklung (7) und einen Rotor (4) aufweisenden Elektromotor (2), von dessen Eingangswelle (12) über ein Getriebe eine Antriebswelle drehbar antreibbar ist, wobei das Getriebe koaxial zu der Eingangswelle (12) angeordnet und der Elektromotor (2) und das Getriebe in einem Gehäuse (1) angeordnet sind, das zumindest auf der Getriebeseite von einer radialen Stirnwand (11) begrenzt ist und wobei die Statorwicklung (7) von einer Kühleinrichtung kühlbar ist, wobei das Getriebe ein ringartiges Trägerbauteil aufweist, das an der Innenseite der radialen Stirnwand (11) anliegend mit dieser Stirnwand (11) verbunden ist, wobei in der Stirnwand (11) und/oder dem ringartigen Trägerbauteil ein radial umlaufender Ringkanal (18) angeordnet ist, der von einem unter Druck stehenden Öl beaufschlagt ist, mit mehreren am Umfang des Ringkanals (18) verteilt angeordneten Sprühauslässen (19) oder einem radial umlaufenden schlitzartigen Sprühauslass, die in dem ringartigen Trägerbauteil angeordnet sind und von dem Ringkanal (18) ausgehen, wobei die Sprühstrahlen oder der Sprühstrahl der Sprühauslässe (19) auf die Statorwicklung (7) und/ oder die Rotorwicklung gerichtete sind.
Elektromotorische Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von den Sprühauslässen (19) Sprühstahlen auf einen Wickelkopf (8) der Statorwicklung (7) gerichtet sind.
Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühauslässe (19) Pralltellerdüsen (21) aufweisen, von denen die Sprühstrahlen auf die Statorwicklung (7) und/ oder die Rotorwicklung (5) gerichtet sind.
Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühauslässe (19) im dem ringartigen Trägerbauteil ausgebildet sind.
Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (18) zwischen der Stirnwand (11) und dem ringartigen Trägerbauteil ausgebildet ist.
Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil ein Planetenträger (14) eines Planetengetriebes (3) ist.
Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (18) von einer Pumpe mit dem Öl beaufschlagt wird.
Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des Gehäuses (1) ein zu einem Ölsumpf führender Ablauf angeordnet ist.
Elektromotorische Getriebevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Getriebevorrichtung im Generatorbetrieb betreibbar ist.