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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, umfassend eine elektrische Maschine und ein Getriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Es ist bekannt, dass der Rotor einer elektrischen Maschine während des Betriebes Wärme erzeugt, welche zur Vermeidung von unzulässig hohen Temperaturen abgeführt werden muss, beispielsweise durch einen Kühlölstrom. Durch die
DE 10 2011 006 280 A1 wurde eine elektrische Maschine, im Folgenden kurz E-Maschine genannt, bekannt, bei welcher die Rotorwelle als Hohlwelle zur Führung eines Kühlölstromes ausgebildet ist. Das durch die Hohlwelle zugeführte Öl, welches nicht nur der Kühlung, sondern auch der Schmierung der Lager für die Rotorwelle dient, gelangt über geeignete Kanäle in den Innenraum des Gehäuses, in welchem der Rotor umläuft. Dieser Innenraum, auch Rotorraum genannt, ist somit nicht trocken, sondern von einem Ölnebel durchsetzt.
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Bei E-Maschinen treten während des Betriebes so genannte Lagerströme auf, d. h. kapazitive und zirkuläre Ströme, welche über die Lager fließen und dort Schäden anrichten. Zur Vermeidung derartiger Lagerströme ist es bekannt, auf der Rotorwelle Erdungseinrichtungen, insbesondere Wellenerdungsringe anzuordnen, durch welche die Lagerströme am Lager vorbei abgeleitet werden. Durch die
WO 2014/023676 A1 wurde eine Antriebseinheit bekannt, welche eine E-Maschine als Antriebsmaschine und ein Getriebe mit einer Eingangswelle aufweist, welche über eine Kupplungseinrichtung mit der E-Maschine verbunden ist. Die E-Maschine weist eine Rotorwelle auf, welche einerseits über ein Lager gegenüber einem Gehäuse gelagert und andererseits über die Kupplungseinrichtung mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden ist. Die Getriebeeingangswelle ist über ein erstes und ein zweites Lager gegenüber einem Getriebegehäuse gelagert. Auf der Eingangswelle des Getriebes ist, in Kraftflussrichtung gesehen, vor dem ersten Lager der Getriebeeingangswelle, d. h. hinter der Kupplungseinrichtung eine Erdungseinrichtung in Form eines Wellenerdungsringes angeordnet. Derartige Wellenerdungsringe sind bekannt und handelsüblich und können beispielsweise unter der Bezeichnung „Aegis SGR“ am Markt bezogen werden. Bei ölgekühlten E-Maschinen, bei welchen der Rotorraum als Nassraum (durchsetzt mit Ölnebel) ausgebildet ist, besteht das Problem, dass die bekannten Wellenerdungsringe nicht innerhalb des Rotorraumes angeordnet werden können, da der erforderliche elektrisch leitende Kontakt zwischen den Bürsten des Wellenerdungsringes und der Oberfläche der Rotorwelle nicht gewährleistet ist.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Antriebseinheit der eingangs genannten Art eine geeignete Erdung der Rotorwelle vorzuschlagen.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist bei einer Antriebseinheit der eingangs genannten Art vorgesehen, dass auf der Rotorwelle außerhalb des Gehäuses eine Erdungseinrichtung, vorzugsweise ausgebildet als Wellenerdungsring, angeordnet ist. Durch den Wellenerdungsring wird erreicht, dass kapazitive Ströme, nicht durch das Lager fließen, sondern an dem Lager vorbei geleitet werden. Damit wird das Lager vor Stromschäden geschützt. Die Anordnung des Wellenerdungsringes außerhalb des Gehäuses, d. h. nicht innerhalb des Gehäuses im Rotorraum, erfolgt im Hinblick darauf, dass der Rotorraum einen Nassraum bildet, innerhalb dessen ein elektrisch leitender Schleifkontakt mit der Rotorwelle nicht ohne Probleme herstellbar ist. Der Wellenerdungsring ist somit im Bereich der Atmosphäre angeordnet, so dass ein elektrisch leitender Kontakt problemlos zwischen den Bürsten des Wellenerdungsringes und der Oberfläche der Rotorwelle realisierbar ist. Damit ist die Erdung der Rotorwelle zur Vermeidung von Lagerschäden sichergestellt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wellenerdungsring auf der Seite des Gehäuses, welche dem von der Rotorwelle angetriebenen Getriebe abgewandt ist, angeordnet. Diese Anordnung stellt einerseits die Funktion der Erdung sicher und ist andererseits an die vorgegebenen Einbaubedingungen angepasst.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Lager, welches benachbart zum Getriebe angeordnet ist, als isoliertes Lager oder als Hybridlager ausgebildet. Damit wird der Pfad für zirkuläre Ströme zwischen Rotor und Stator der elektrischen Maschine über das zweite Lager unterbunden. Das als isoliertes Lager oder als Hybridlager ausgebildete zweite Lager ist somit ebenfalls vor schädlichen Lagerströmen geschützt. Bei einem isolierten Lager befindet sich zwischen dem Innen- und/oder Außenring und der Rotorwelle bzw. dem Gehäusesitz eine Isolierschicht, welche eine elektrische Leitung unterbindet. Bei einem als Wälzlager ausgebildeten Hybridlager sind mindestens ein Lagerring oder die Wälzkörper aus einem elektrisch nicht leitenden Material, z. B. Keramik ausgebildet.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet, d. h. sie weist einen in axialer Richtung verlaufenden Kanal auf, über welchen das Kühlöl von der Stirnseite her zuführbar ist. Die Rotorwelle, der Rotor sowie mit der Rotorwelle Wärme leitend in Verbindung stehende Bauteile werden somit von innen durch den Ölstrom, welcher Teil eines Ölkreislaufes ist, gekühlt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in der Hohlwelle Radialbohrungen angeordnet, über welche das in axialer Richtung zugeführte Kühlöl in radialer Richtung verteilt wird, d. h. nach außen in den Rotorraum, in welchem der Rotor umläuft. Dadurch stellt sich im Rotorraum eine mit Öl gesättigte Atmosphäre ein, welche auch für die erforderliche Schmierung von Lagern und Dichtelementen sowie Verzahnungen des Getriebes sorgt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten Lager und dem Wellenerdungsring ein Dichtelement, vorzugsweise ein Radialwellendichtring angeordnet, welcher die Ölatmosphäre innerhalb des Rotorraumes nach außen abdichtet und andererseits ein Eindringen von Schmutz von außen verhindert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Getriebe als Untersetzungsgetriebe ausgebildet, d. h. es übersetzt die Drehzahl der Rotorwelle ins Langsame. Bevorzugt wird ein Planetengetriebe verwendet, wobei ein auf der Rotorwelle angeordnetes Zahnrad das antreibende Sonnenrad des Planetengetriebes bildet. Damit kann ein koaxialer Abtrieb ermöglicht werden. Die Antriebseinheit wird bevorzugt für den Antrieb von Fahrzeugen verwendet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können.
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Die einzige Figur zeigt eine unvollständig dargestellte Antriebseinheit 1, welche eine elektrische Maschine 2, im folgenden kurz E-Maschine 2 genannt, mit einem Gehäuse 3, einem Stator 4 und einem Rotor 5, welcher auf einer Rotorwelle 6 befestigt ist, sowie ein unvollständig dargestelltes Getriebe 7 umfasst. Von dem Getriebe 7 ist lediglich ein Zahnrad 8, welches über eine Mitnahmeverzahnung 9 auf einem Wellenstummel 6a der Rotorwelle 6 drehfest befestigt ist, dargestellt. Das Getriebe 7 ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet, wobei das Zahnrad 8 das antreibende Sonnenrad 8 bildet. Das Getriebe 7 ist als Untersetzungsgetriebe ausgebildet, d. h. es reduziert die Drehzahl der Rotorwelle 6 auf eine Drehzahl, die an den Antrieb eines Fahrzeuges angepasst ist.
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Die Rotorwelle 6 ist über eine erstes Lager 10 und ein zweites Lager 11 gegenüber dem Gehäuse 3 drehbar abgestützt, wobei die beiden Lager 10, 11 vorzugsweise als Wälz-, insbesondere als Rillenkugellager ausgebildet sind. Die Rotorwelle 6 ist als Hohlwelle ausgebildet und weist einen als Längs- oder Axialbohrung ausgebildeten Kühlkanal 6b auf, über welchen Öl, dargestellt durch mehrere Pfeile P, zugeführt wird. Das Öl wird - was nicht dargestellt ist - vorzugsweise von der Stirnseite der Rotorwelle 6 zugeführt; das Öl dient nicht nur zur Kühlung der Rotorwelle 6 und der mit der Rotorwelle 6 in Wärme leitender Verbindung stehenden Bauteile, sondern auch der Schmierung von Lagern und Verzahnungen. Innerhalb des Gehäuses 3, welches nicht vollständig dargestellt ist, befindet sich ein Rotorraum 12, welcher den umlaufenden Rotor 5 aufnimmt und nach außen, d. h. zur Atmosphäre durch ein Dichtelement 13, vorzugsweise durch einen Radialwellendichtring 13, abgedichtet ist. In der Rotorwelle 6 sind Radialbohrungen 6c, 6d angeordnet, welche eine Fluidverbindung zwischen dem zentralen Kühlkanal 6b und dem Rotorraum 12 herstellen. Der Rotorraum 12 ist somit als Nassraum ausgebildet, weil er von Öltröpfchen oder einem Ölnebel durchsetzt ist.
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Das Gehäuse 3 der E-Maschine 2 weist eine erste Lagerstelle 3a für das erste, in der Zeichnung links angeordnete Lager 10 und eine zweite Lagerstelle 3b für das zweite, in der Zeichnung rechts angeordnete Lager 11 auf. Außerhalb der ersten Lagerstelle 3a, d. h. auf der dem Rotorraum 12 abgewandten Seite, ist eine Erdungseinrichtung 14, vorzugsweise als Wellenerdungsring 14 ausgebildet, auf der Rotorwelle 6 angeordnet. Der Wellenerdungsring 14 ist ein an sich bekanntes, handelsübliches Bauteil und kann am Markt, z. B. unter der Markenbezeichnung „Aegis SDR“ bezogen werden. Der Wellenerdungsring 14 weist Bürsten (ohne Bezugszahl) auf, welche in Schleifkontakt mit der Oberfläche der Rotorwelle 6 stehen und einen elektrisch leitenden Kontakt herstellen. Das Gehäuse des Wellenerdungsringes 14 ist an der Lagerstelle 3a des Gehäuses 3 befestigt. Ein Erdungskabel 14a verbindet den Wellenerdungsring 14 mit Erde. Der Wellenerdungsring 14 bewirkt, dass die oben erwähnten Lagerströme (kapazitive und zirkuläre Ströme) nicht durch das erste Lager 10 fließen, wodurch ein Lagerschaden vermieden wird. Das zweite Lager 11, welches von der zweiten Lagerstelle 3b des Gehäuses 3 aufgenommen wird, ist elektrisch isoliert oder als so genanntes Hybridlager ausgebildet, bei welchem mindestens ein Lagerring aus einem elektrisch nicht leitendes Material, z. B. Keramik ausgebildet ist. Dadurch wird verhindert, dass ein Lagerstrom über das zweite Lager 11 fließt. Vorzugsweise ist auch das Zahnrad 8 gegenüber der Rotorwelle 6 und dem zweiten Lager 11 elektrisch isoliert, und zwar durch Isolierschichten 15, 16.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinheit
- 2
- E-Maschine
- 3
- Gehäuse
- 3a
- erste Lagerstelle
- 3b
- zweite Lagerstelle
- 4
- Stator
- 5
- Rotor
- 6
- Rotorwelle
- 6a
- Wellenstummel
- 6b
- Kühlkanal
- 6c
- Radialbohrung
- 6d
- Radialbohrung
- 7
- Getriebe
- 8
- Zahnrad
- 9
- Mitnahmeverzahnung
- 10
- erstes Lager
- 11
- zweites Lager
- 12
- Rotorraum
- 13
- Dichtelement
- 14
- Wellenerdungsring
- 14a
- Erdungskabel
- 15
- Isolierschicht
- 16
- Isolierschicht
- P
- Strömungspfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011006280 A1 [0002]
- WO 2014/023676 A1 [0003]
