DE102021006008A1

DE102021006008A1 - Axialflussmaschine für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021006008A1
Application number: DE102021006008.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Appeltauer; Tobias Härter; Andreas Kolb
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2023-06-07
Also published as: WO2023104480A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stator (101), mit zwei relativ zu dem Stator (101) drehbaren Rotoren (102, 103), wobei der Stator (101) in axialer Richtung der Axialflussmaschine (10) zwischen den Rotoren (102, 103) angeordnet ist, und wobei die Rotoren (102, 103) mittels jeweiliger, auf in axialer Richtung einander zugewandten Seiten (S1, S2) der Rotoren (102, 103) angeordneter Verzahnungen (105A, 105B) der Rotoren (102, 103) drehfest miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die DE 40 13 298 A1 offenbart eine Befestigung eines Schwungrades an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mittels einer zentralen Schraube, die in die Kurbelwelle eingesetzt ist. Des Weiteren ist der WO 2020/069744 A1 ein Elektroantrieb zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs als bekannt zu entnehmen, mit einer Gehäuseanordnung und einer elektrischen Maschine mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Motorwelle, die von der elektrischen Maschine um eine Drehachse drehend antreibbar ist. Des Weiteren ist aus der WO 2021/032236 A1 eine Scheibenläufermaschine für einen Kraftfahrzeugantrieb bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Axialflussmaschine für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass eine besonders kompakte und sichere Verbindung von Rotoren der Axialflussmaschine realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Axialflussmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen. Dies bedeutet, dass die auch als Scheibenläufermaschine bezeichnete Axialflussmaschine für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann, sodass das Kraftfahrzeug mittels der Axialflussmaschine, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Somit ist die Axialflussmaschine insbesondere eine Traktionsmaschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug ist somit beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder aber ein Elektrofahrzeug, insbesondere ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV). Die Axialflussmaschine weist, insbesondere genau, einen Stator und, insbesondere genau, zwei relativ zu dem Stator drehbare Rotoren auf. Insbesondere sind die Rotoren um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar. Beispielsweise sind die Rotoren mittels des Stators antreibbar und dadurch, insbesondere um die Maschinendrehachse, relativ zu dem Stator drehbar. Dabei ist der Stator in axialer Richtung der Axialflussmaschine und somit in axialer Richtung der Rotoren und des Stators zwischen den Rotoren angeordnet. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass zumindest ein Teil, insbesondere zumindest ein überwiegender Teil, des Stators oder der gesamte Stator in axialer Richtung der Axialflussmaschine zwischen jeweiligen, insbesondere zumindest überwiegenden, Teilbereichen der Rotoren angeordnet ist, sodass beispielsweise ein erster der Rotoren einen ersten der Teilbereiche und der zweite Rotor einen zweiten der Teilbereiche aufweist. Dabei ist beispielsweise der erste Teilbereich in axialer Richtung der Axialflussmaschine zu dem zweiten Teilbereich hin durch den Stator beziehungsweise durch den Teil des Stators überlappt beziehungsweise überdeckt, und der zweite Teilbereich ist in axialer Richtung der Axialflussmaschine hin zu dem ersten Teilbereich durch den Stator beziehungsweise durch den Teil des Stators überlappt beziehungsweise überdeckt. Die axiale Richtung der Axialflussmaschine und somit die axiale Richtung der Rotoren und des Stators fallen zusammen und verlaufen entlang der Maschinendrehachse beziehungsweise fallen mit der Maschinendrehachse zusammen. Wenn somit die Rede von der axialen Richtung der Axialflussmaschine ist, so ist darunter auch die axiale Richtung des jeweiligen Rotors und die axiale Richtung des Stators zu verstehen und umgekehrt.
Da der Stator in axialer Richtung der Axialflussmaschine, das heißt entlang der Maschinendrehachse betrachtet, zwischen den Rotoren angeordnet ist, ist die Axialflussmaschine gemäß der sogenannten H-Bauweise ausgestaltet. Beispielsweise ist der jeweilige Rotor zumindest im Wesentlichen scheibenförmig, sodass der jeweilige Rotor auch als Scheibenläufer bezeichnet wird. Beispielsweise ist der jeweilige Rotor ein Magnetenträger. Dies bedeutet insbesondere, dass an dem jeweiligen Rotor jeweilige Magnete, insbesondere Permanentmagnete, gehalten sein können, sodass die jeweiligen Magnete durch den jeweiligen Rotor getragen sind. Somit sind die jeweiligen Magnete mit dem jeweiligen Rotor, an dem die jeweiligen Magnete gehalten sind, um die Maschinendrehachse relativ zu dem Stator mitdrehbar. Ferner ist es denkbar, dass an dem Stator wenigstens eine oder mehrere Spulen gehalten sind. Die Spule kann bestromt werden. Dies bedeutet, dass ein elektrischer Strom durch die Spule hindurchfließen kann.
Somit trägt beispielsweise der Stator die Spule. Insbesondere kann die Axialflussmaschine ein Gehäuse aufweisen, wobei die Rotoren um die Maschinendrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar sind. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass der Stator gehäusefest ist. Dies bedeutet, dass der Stator drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Da der Stator in axialer Richtung der Axialflussmaschine zwischen den Rotoren angeordnet ist, wird der Stator auch als zentraler Stator bezeichnet. Insbesondere durch Bestromen der Spule, das heißt dadurch, dass ein elektrischer Strom durch die Spule beziehungsweise durch die Spulen hindurch geleitet wird, können die Rotoren angetrieben und dadurch, insbesondere um die Maschinendrehachse, relativ zu dem Stator und vorzugsweise auch relativ zu dem Gehäuse gedreht werden.
Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in axialer Richtung der Axialflussmaschine zwischen dem Stator und einem ersten der Rotoren ein erster Luftspalt angeordnet ist. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in axialer Richtung der Axialflussmaschine zwischen dem Stator und dem zweiten Rotor ein zweiter Luftspalt angeordnet ist. Insbesondere kann der jeweilige Luftspalt zumindest im Wesentlichen scheibenförmig sein.
Um nun die Rotoren besonders kompakt und sicher, das heißt fest, miteinander verbinden zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rotoren, insbesondere unter Umgehung des Stators, mittels jeweiliger, auf in axialer Richtung einander zugewandten Seiten der Rotoren angeordneter und insbesondere in Eingriff miteinander stehender Verzahnungen der Rotoren formschlüssig und drehfest miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten, der erste Rotor weist eine erste der genannten, in axialer Richtung der Axialflussmaschine einander zugewandten Seiten auf, und der zweite Rotor weist eine zweite der in axialer Richtung einander zugewandten Seiten der Rotoren auf. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist eine erste der Seiten eine Seite des ersten Rotors, und eine zweite der Seiten ist eine Seite des zweiten Rotors. Die Seiten der Rotoren werden auch als Stirnseiten bezeichnet. Somit ist die erste Seite des ersten Rotors eine erste Stirnseite des ersten Rotors, und die zweite Seite des zweiten Rotors ist eine zweite Stirnseite des zweiten Rotors. Die Stirnseiten der Rotoren sind in axialer Richtung der Axialflussmaschine einander zugewandt. Dabei ist auf der ersten Stirnseite eine erste der Verzahnungen angeordnet. Mit anderen Worten weist die erste Stirnseite die erste Verzahnung auf. Auf der zweiten Stirnseite ist eine zweite der Verzahnungen angeordnet, sodass die zweite Stirnseite die zweite Verzahnung aufweist. Die Verzahnungen stehen in, insbesondere direktem, Eingriff miteinander. Dies bedeutet, dass die Verzahnungen ineinander eingreifen. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die erster Verzahnung erste Zähne und erste Zahnlücken aufweist, wobei die ersten Zähne und die ersten Zahnlücken in um die axiale Richtung der Axialflussmaschine verlaufender Umfangsrichtung des ersten Rotors abwechselnd aufeinanderfolgen, derart, dass in Umfangsrichtung des ersten Rotors oder der Axialflussmaschine zwischen zwei direkt benachbarten, ersten Zähnen, insbesondere genau, eine erste Zahnlücke ist. Dementsprechend weist die zweite Verzahnung zweite Zähne und zweite Zahnlücken auf, wobei in um die axiale Richtung der Axialflussmaschine verlaufender Umfangsrichtung des zweiten Rotors und somit der Axialflussmaschine die zweiten Zähne und die zweiten Zahnlücken abwechselnd aufeinanderfolgen, insbesondere derart, dass in Umfangsrichtung des zweiten Rotors zwischen zwei direkt benachbarten zweiten Zähnen, insbesondere genau, eine zweite Zahnlücke angeordnet ist. Dabei greifen die ersten Zähne in die zweiten Zahnlücken ein, und die zweiten Zähne greifen in die ersten Zahnlücken ein, wodurch die Verzahnungen in Eingriff miteinander stehen. Hierdurch sind die Rotoren in um die axiale Richtung der Axialflussmaschine und somit um die Maschinendrehachse verlaufender Umfangsrichtung der Rotoren und somit der Axialflussmaschine insgesamt formschlüssig und drehfest miteinander verbunden.
Unter dem vorzugsweise vorgesehenen Merkmal, dass die Rotoren mittels der Verzahnungen unter Umgehung des Stators drehfest miteinander verbunden sind, ist zu verstehen, dass die Rotoren nicht über den Stator, das heißt nicht unter Vermittlung des Stators drehfest miteinander verbunden sind, mithin im Hinblick auf ihre drehfeste Verbindung miteinander den Stator umgehen.
Da die Stirnseiten der Rotoren in axialer Richtung der Axialflussmaschine einander zugewandt sind, werden die Stirnseiten auch als axiale Stirnseiten oder axiale Seiten bezeichnet. Die Stirnseiten liegen in axialer Richtung der Axialflussmaschine einander gegenüber.
Vorzugsweise ist die jeweilige Verzahnung konzentrisch zu der Maschinendrehachse angeordnet. Ferner ist es beispielsweise vorgesehen, dass die jeweilige Verzahnung an oder auf einer jeweiligen Kreisringfläche der jeweiligen Stirnseite vorgesehen oder angeordnet ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Verzahnungen als Hirth-Verzahnungen ausgebildet sind. Anders ausgedrückt bilden die Verzahnungen eine Hirth-Verzahnung. Hierdurch können für die drehfeste Verbindung der beiden Rotoren in ihrem Zusammenbau auch besonders hohe Ansprüche an Koaxialität der Rotoren, Pass- und Lagegenauigkeit der Rotoren insbesondere relativ zueinander und insbesondere in axialer Richtung der Axialflussmaschine und in radialer Richtung der Axialflussmaschine und bezüglich einer Winkelteilung erfüllt werden. Außerdem ermöglicht die Hirth-Verzahnung eine zumindest nahezu spielfreie, formschlüssige und drehfeste Verbindung der Rotoren miteinander, sodass Drehmomente, insbesondere variable Drehmomente, insbesondere unabhängig von deren Richtungssinn besonders vorteilhaft übertragen werden können, insbesondere zwischen den Rotoren und ganz insbesondere über die Verzahnungen, das heißt über die Hirth-Verzahnungen.
Um die Rotoren mittels der Verzahnungen besonders bauraumgünstig miteinander verbinden zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Stator eine, insbesondere zentrale, Durchgangsöffnung aufweist, welche vorzugsweise konzentrisch zu der Maschinendrehachse angeordnet ist. Dabei sind die Verzahnungen, insbesondere jeweils vollständig, in der Durchgangsöffnung angeordnet. Somit ist es insbesondere denkbar, dass die jeweilige Verzahnung in radialer Richtung der Axialflussmaschine nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, durch den Stator überlappt beziehungsweise überdeckt ist. Dadurch kann im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen realisiert werden, dass ein Innenbereich der Axialflussmaschine in radialer Richtung der Axialflussmaschine kleiner beziehungsweise schmaler baut.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Rotoren und dadurch die Verzahnungen in axialer Richtung der Axialflussmaschine mittels eines Schraubelements miteinander verspannt sind. Hierdurch sind die Verzahnungen in Eingriff miteinander gehalten. Dadurch kann eine bauraumgünstige und feste, formschlüssige und drehfeste Verbindung der Rotoren miteinander gewährleistet werden. Besonders vorteilhaft ist das Schraubelement in Kombination mit den Hirth-Verzahnungen, da die Hirth-Verzahnungen eine vorteilhafte Drehmomentenübertragung zwischen den Rotoren gewährleisten kann, sodass das Schraubelement zumindest überwiegend, insbesondere ausschließlich, zu axialen Verspannungen der Rotoren und somit der Verzahnungen miteinander dient. Mit anderen Worten müssen die Rotoren mittels des Schraubelements nicht so stark in axialer Richtung miteinander verspannt werden, dass durch diese Verspannung eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen den Rotoren realisiert wird, da eine solche, drehmomentübertragende Verbindung durch die Hirth-Verzahnungen gewährleistet werden kann. Eine diesbezügliche Alternativlösung, bei der die Rotoren über eine jeweilige Steckverzahnung drehmomentübertragend mit einer den Rotoren gemeinsamen Welle verbunden werden, sodass die Rotoren über die Steckverzahnungen und über die Welle drehmomentübertragend, insbesondere drehfest, miteinander verbunden wären, würde zum Beispiel acht insbesondere im Umfang verteilte Schrauben erfordern, um eine hinreichende, drehmomentübertragende Verbindung der Rotoren über die Steckverzahnungen und die Welle zu gewährleisten. Diese acht Schrauben würden jedoch in radialer Richtung der Axialflussmaschine einen großen Bauraum beanspruchen, sodass eine dicke Rotornabe des jeweiligen Rotors erforderlich wäre. Dies kann nun vermieden werden.
Um den Bauraumbedarf und das Gewicht der Axialflussmaschine besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Schraubelement, insbesondere über seine gesamte, axiale, das heißt in axialer Richtung der Axialflussmaschine verlaufende Erstreckung hohl ausgebildet ist, sodass vorzugsweise das Schraubelement als eine Hohlschraube ausgebildet ist.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Schraubelement zumindest teilweise in der Durchgangsöffnung angeordnet ist. Insbesondere ist es denkbar, dass das Schraubelement die Durchgangsöffnung durchdringt und beispielsweise in axialer Richtung der Axialflussmaschine beidseitig aus der Durchgangsöffnung herausragt. Durch die Anordnung des Schraubelements in der Durchgangsöffnung können die Rotoren und somit die Verzahnungen auf besonders bauraumgünstige Weise miteinander verspannt werden, da die Rotoren beziehungsweise die Verzahnungen radial innerhalb des Stators axial miteinander verspannt werden können.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das insbesondere separat von den Rotoren ausgebildete Schraubelement mittels eines ersten Dichtungselements gegen den ersten Rotor und mittels eines zweiten Dichtungselements gegen den zweiten Rotor abgedichtet ist, wobei die Dichtungselemente in axialer Richtung der Axialflussmaschine voneinander beabstandet sind. Insbesondere sind die Dichtungselemente separat voneinander ausgebildet. Vorzugsweise ist das jeweilige Dichtungselement aus Gummi gebildet. Beispielsweise ist das jeweilige Dichtungselement als ein Dichtring, insbesondere als ein O-Ring, ausgebildet. Mittels der Dichtungselemente kann eine besonders vorteilhafte und beispielsweise berührungsfreie Schmierung und somit Lagerung realisiert werden, sodass eine besonders sichere Verbindung der Rotoren gewährleistet werden kann. Außerdem kann eine vorteilhafte Führung eines insbesondere als Öl ausgebildeten und beispielsweise flüssigen Schmiermittels zum Schmieren der Axialflussmaschine realisiert werden beziehungsweise es kann vermieden werden, dass das Schmiermittel in einen unerwünschten Bereich vordringt. Insbesondere ist es möglich, einen Motorraum von einem insbesondere als Ölraum ausgebildeten Schmiermittelraum abzudichten und somit zu trennen, wobei beispielsweise der Schmiermittelraum und/oder der Motorraum durch das Gehäuse, insbesondere jeweils direkt, begrenzt ist und somit beispielsweise in dem Gehäuse angeordnet ist.
Um eine besonders vorteilhafte Schmierung und somit Lagerung der Rotoren darstellen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Verzahnungen in axialer Richtung der Axialflussmaschine betrachtet zwischen den Dichtungselementen angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Verzahnungen auf einer in axialer Richtung der Axialflussmaschine zwischen den Dichtungselementen angeordneten Höhe angeordnet sind, sodass eines der Dichtungselemente jenseits der Verzahnungen und das andere Dichtungselement diesseits der Verzahnungen angeordnet ist, insbesondere in axialer Richtung der Axialflussmaschine betrachtet. Hierdurch kann beispielsweise der zuvor genannte Motorraum trocken gehalten werden, insbesondere trotz dessen, dass beispielsweise Lager zum Lagern der Rotoren an dem Gehäuse mit dem Schmiermittel versorgt werden und somit beispielsweise ölgeschmierte Lager sind. Mit anderen Worten kann beispielsweise das Schmiermittel, mit welchem die Lager versorgt werden, daran gehindert werden, in den Motorraum vorzudringen, sodass der Motorraum trocken gehalten werden kann. Ein Vorteil hierbei ist insbesondere, dass schmiermittelgeschmierte, insbesondere ölgeschmierte, Lager einen Lebensdauervorteil gegenüber Lagern haben, welche nur einmalig bei ihrer Montage beispielsweise mittels Fett geschmiert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Axialflussmaschine das zuvor genannte Gehäuse auf, in welchem der Stator und die relativ zu dem Gehäuse drehbaren Rotoren angeordnet sind.
Dabei hat es sich zur Realisierung einer besonders bedarfsgerechten Lagerung und Schmierung als vorteilhaft gezeigt, wenn die Axialflussmaschine eine erste Dichtlippe aufweist, mittels welcher einer der Rotoren gegen das Gehäuse abgedichtet oder abzudichten ist. Ferner weist die Axialflussmaschine vorzugsweise eine zweite Dichtlippe auf, mittels welcher der andere Rotor gegen das Gehäuse abgedichtet oder abzudichten ist. Beispielsweise ist die jeweilige Dichtlippe aus einem Gummi gebildet. Ferner ist es denkbar, dass die jeweilige Dichtlippe zumindest im Wesentlichen V-förmig ausgestaltet sein kann, sodass die jeweilige Dichtlippe beispielsweise als eine V-Dichtlippe ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die jeweilige Dichtlippe an dem jeweiligen Rotor befestigt und somit mit dem jeweiligen Rotor relativ zu dem Gehäuse mitdrehbar. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die jeweilige Dichtlippe nur dann an dem Gehäuse, insbesondere direkt, anliegt, wenn sich die Rotoren in einem Stillstand befinden, das heißt wenn sich die Rotoren nicht relativ zu dem Gehäuse drehen. Bei einem Betrieb der als elektrischen Maschine ausgebildeten Axialflussmaschine und somit dann, wenn sich die Rotoren, insbesondere gemeinsam, relativ zu dem Gehäuse drehen, wobei sich die Dichtlippen mit den Rotoren mitdrehen, heben die Dichtlippen von dem Gehäuse ab, sodass die Dichtlippen nicht mehr an dem Gehäuse anliegen. Dadurch kann dann, wenn sich die Rotoren relativ zu dem Gehäuse drehen, eine Reibung zwischen den Dichtlippen und dem Gehäuse vermieden werden, sodass ein besonders reibungsarmer Betrieb mit einer nur geringen Verlustleistung darstellbar ist.
Um einen besonders effizienten Betrieb auf besonders bauraumgünstige Weise realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Axialflussmaschine eine erste Radiallagerstelle aufweist, mittels welcher einer der Rotoren drehbar, insbesondere zumindest oder ausschließlich, in radialer Richtung der Axialflussmaschine an dem Gehäuse gelagert ist. Außerdem weist dabei die Axialflussmaschine eine zweite Radiallagerstelle auf, mittels welcher der andere Rotor drehbar, insbesondere zumindest oder ausschließlich, in radialer Richtung der Axialflussmaschine an dem Gehäuse gelagert ist. Somit ist unter der jeweiligen Radiallagerstelle zu verstehen, dass der jeweilige Rotor an der jeweiligen oder über die jeweilige Radiallagerstelle zumindest oder ausschließlich in radialer Richtung der Axialflussmaschine an dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Beispielsweise umfasst die jeweilige Radiallagerstelle ein jeweiliges Radiallager, welches in radialer Richtung der Axialflussmaschine zwischen einem jeweiligen Rotorbereich des jeweiligen Rotors und einem jeweiligen Gehäusebereich des Gehäuses angeordnet ist, sodass der jeweilige Rotorbereich in axialer Richtung der Axialflussmaschine an dem jeweiligen Gehäusebereich gelagert ist. Vorzugsweise ist das jeweilige Radiallager als ein Wälzlager, insbesondere als ein Kugellager, ausgebildet, wodurch eine besonders reibungsarme Lagerung realisiert werden kann.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an dem jeweiligen Rotor ein jeweiliges Leitelement vorgesehen, welches zum Leiten des zuvor genannten, vorzugsweise als Öl ausgebildeten und/oder flüssigen Schmiermittels ausgebildet ist. Das jeweilige Leitelement ist derart ausgebildet, dass es sich in eine jeweilige, parallel zur axialen Richtung der Axialflussmaschine verlaufende und von dem jeweiligen Rotor ausgehende und von dem jeweiligen Rotor und von dem Stator wegweisende Richtung erweitert. Insbesondere ist es denkbar, dass das jeweilige Leitelement konisch ausgebildet ist. Beispielsweise ist das jeweilige Leitelement als ein Leitblech, insbesondere als ein Ölleitblech, ausgebildet. Dadurch, dass sich das jeweilige Leitelement in die jeweilige, parallel zur axialen Richtung der Axialflussmaschine verlaufende, von dem jeweiligen Rotor ausgehende und von dem jeweiligen Rotor und von dem Stator wegweisende Richtung erweitert, ist das jeweilige Leitelement von axial innen nach axial außen angestellt, mithin verläuft das jeweilige Leitelement in axialer Richtung der Axialflussmaschine betrachtet von radial innen nach radial außen, wodurch das Schmiermittel besonders vorteilhaft geführt werden kann. Hierdurch kann der Motorraum, insbesondere trotz Versorgung der Lager mit dem Schmiermittel, trocken gehalten werden.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Axialflussmaschine einen Sammelbereich zum Sammeln des Schmiermittels, das heißt zum zumindest vorübergehenden Aufnehmen des Schmiermittels, aufweist. Beispielsweise ist der Sammelbereich in dem Gehäuse oder aber außerhalb des Gehäuses angeordnet. Insbesondere dann, wenn der Sammelbereich innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, ist der Sammelbereich, insbesondere direkt, durch das Gehäuse begrenzt beziehungsweise gebildet.
Die Axialflussmaschine weist außerdem einen auf Seiten eines ersten der Rotoren angeordneten, ersten Entsorgungskanal auf, welcher beispielsweise innerhalb des Gehäuses, das heißt innerhalb einer ersten Wandung des Gehäuses, verläuft. Über den ersten Entsorgungskanal kann das Schmiermittel aus einem von dem Sammelbereich beabstandeten, ersten Bereich in dem Gehäuse in den Sammelbereich geführt werden. Dies bedeutet, dass der erste Bereich in dem Gehäuse angeordnet ist und insbesondere direkt durch das Gehäuse begrenzt ist. Des Weiteren weist die Axialflussmaschine vorzugsweise einen auf Seiten des zweiten Rotors angeordneten, zweiten Entsorgungskanal auf, welcher vorzugsweise innerhalb des Gehäuses, das heißt innerhalb einer zweiten Wandung des Gehäuses, verläuft. Über den zweiten Entsorgungskanal kann das Schmiermittel aus einem von dem Sammelbereich und von dem ersten Bereich beabstandeten, zweiten Bereich in dem Gehäuse in den Sammelbereich geführt werden. Somit ist der zweite Bereich in dem Gehäuse angeordnet, wobei vorzugsweise der zweite Bereich direkt durch das Gehäuse begrenzt ist. Das Schmiermittel kann beispielsweise, nachdem das jeweilige Lager mittels des Schmiermittels geschmiert wurde, von dem Lager in den ersten Bereich beziehungsweise in den zweiten Bereich strömen, woraufhin das Schmiermittel mittels des jeweiligen Entsorgungskanals von dem ersten Bereich beziehungsweise von dem zweiten Bereich abgeführt und in den Sammelbereich geführt werden kann. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte und bedarfsgerechte Sammlung und Abführung des insbesondere von dem Leitelement abspritzenden beziehungsweise mittels des Leitelements geführten Schmiermittels realisiert werden. Diesbezüglich ist insbesondere denkbar, dass das Schmiermittel, nachdem es das jeweilige Lager geschmiert hat, insbesondere aufgrund einer Drehung der Rotoren und somit der Leitelemente entlang der Rotoren und/oder entlang der Leitelemente strömt und von den Rotoren und/oder von den Leitelementen abspritzt und hierdurch mittels der Leitelemente in den ersten Bereich und den zweiten Bereich geführt wird, von wo das Schmiermittel mittels der Entsorgungskanäle, welche auch als Entsorgungsleitungen bezeichnet werden, in den Sammelbereich geführt werden. Von dem Sammelbereich kann beispielsweise das Schmiermittel wieder zu den Lagern, das heißt insbesondere zu den Radiallagern, geführt werden und diese schmieren. Mit anderen Worten können die zuvor genannten Lager die zuvor genannten Radiallager sein.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Der jeweilige, zuvor genannte, zumindest im Wesentlichen scheibenförmige Luftspalt zwischen dem Stator und dem jeweiligen Rotor ist vorzugsweise sehr schmal. Insbesondere für auch als Motoren bezeichnete Axialflussmaschinen, die bei hohen Drehzahlen arbeiten, beispielsweise im Bereich von 15.000 Umdrehungen pro Minute oder auch darüber, kann es neben elektromagnetischen auch aus mechanischen Wirkungsgradgründen von Bedeutung sein, die Luftspalte während des gesamten Betriebs ölfrei zu halten, um ansonsten anfallende Scherungsverluste zu vermeiden, die auftreten würden, falls das Schmiermittel beziehungsweise Öl oder selbst Ölnebel in den jeweiligen Luftspalt geraten würden. Andererseits ist bei den genannten Drehzahlen und dem schmalen Luftspalt zwischen dem jeweiligen Rotor und dem Stator eine vorzugsweise breitbasige Wälzlagerung der Rotoren vorteilhaft. Eine solche Lagerung ist, speziell bei hohen Drehzahlen, vorzugsweise permanent mit Frischöl zu versorgen, um eine hinreichende Schmierung und Kühlung von Wälzkörpern der Lager in ausreichendem Maße zu gewährleisten. Dies kann durch die Erfindung realisiert werden. Die Erfindung bezieht sich somit auf die drehfeste und formschlüssige Verbindung der Rotoren sowie deren Lagerung und der Schmierung der Lagerung sowie darauf, den Motorraum und somit die Luftspalte zwischen den Rotoren und dem Stator insbesondere während des gesamten Betriebs zuverlässig frei von dem Schmiermittel, insbesondere ölfrei, zu halten. Zudem werden bevorzugt Motoren mit hoher Drehzahl, vorzugsweise zum Antrieb von Fahrzeugachsen berücksichtigt. Die Erfindung ermöglicht es insbesondere, die Axialflussmaschine als hochdrehende Axialflussmaschine in H-Bauweise zu realisieren und dabei auch hohe Anforderungen an die drehmomentübertragende Verbindung der beiden Rotoren miteinander sowie an deren Lagerung und an die Schmierung und Kühlung dieser Lagerung sowie an eine Ölfreiheit der Luftspalte zu erfüllen, und dies auf besonders effiziente Weise.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer Axialflussmaschine für ein Kraftfahrzeug;
2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht von Rotoren der Axialflussmaschine, deren Rotoren mittels jeweiliger Verzahnungen formschlüssig und drehfest miteinander verbunden sind; und
3 eine schematische und perspektivische Explosionsansicht der Rotoren.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt Ausschnittsweise in einer schematischen Längsschnittansicht eine auch als Scheibenläufermaschine bezeichnete Axialflussmaschine 10, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet beispielsweise, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Axialflussmaschine 10 aufweisen kann. Die Axialflussmaschine 10 ist eine elektrische Maschine, welche Drehmomente bereitstellen kann. Insbesondere können mittels des jeweiligen, von der Axialflussmaschine 10 bereitgestellten Drehmoments Fahrzeugräder einer Achse des Kraftfahrzeugs angetrieben werden, wodurch das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Die Axialflussmaschine 10 weist ein Gehäuse 20 auf, durch welches beispielsweise ein Motorraum 205, insbesondere direkt, begrenzt ist. Die Axialflussmaschine 10 weist des Weiteren einen Stator 101 sowie Rotoren 102 und 103 auf. Die Rotoren 102 und 103 sind, insbesondere gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig, um eine einfach auch als Drehachse bezeichnete Maschinendrehachse 30 relativ zu dem Gehäuse 20 und relativ zu dem Stator 101 drehbar. Insbesondere kann die Axialflussmaschine 10 die zuvor genannten Drehmomente über die Rotoren 102 und 103 bereitstellen. Aus 1 ist erkennbar, dass der Stator 101 und die Rotoren 102 und 103 jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zu mehr als zur Hälfte, in dem Gehäuse 20 und dabei insbesondere in dem Motorraum 205 angeordnet sind. Die Maschinendrehachse 30 ist beispielsweise eine Symmetrieachse, bezüglich derer beispielsweise der jeweilige Rotor 102, 103 und/oder der Stator 101 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Außerdem wird die Maschinendrehachse 30 auch als Rotationsachse bezeichnet, da die Rotoren 102 und 103 und die Rotationsachse relativ zu dem Gehäuse 20 und relativ zu dem Stator 101 drehbar sind. Insbesondere bilden beispielsweise die Rotoren 102 und 103 einen Gesamtrotor der Axialflussmaschine 10, die über ihren Gesamtrotor die zuvor genannten Drehmomente bereitstellen kann. Insbesondere bilden beispielsweise die Rotoren 102 und 103 den Gesamtrotor dadurch, dass die Rotoren 102 und 103 formschlüssig und drehfest miteinander verbunden sind, was im Folgenden noch genauer erläutert wird. Der Stator 101 ist gehäusefest montiert, das heißt drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden. Insbesondere sind die Rotoren 102 und 103 mittels des Stators 101 antreibbar und dadurch um die Maschinendrehachse 30 relativ zu dem Gehäuse 20 und relativ zu dem Stator 101 drehbar. Die vorzugsweise getrennt voneinander ausgeführten Rotoren 102 und 103 weisen jeweils einen Rotorkörper 102A, 102B auf. An den Rotorkörpern 102A und 102B sind beispielsweise Magneten 103A und 103B gehalten, insbesondere derart, dass die Rotorkörper 102A und 102B die Magneten 103A und 103B jeweils zumindest teilweise aufnehmen. insbesondere sind die Magneten 103A und 103B als Permanentmagneten ausgebildet. Die Magneten 103A und 103B sind in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 zu dem Stator 101 hin mittels einer jeweiligen Abschlussscheibe 104A, 104B überdeckt, sodass sozusagen die Rotorkörper 102A und 102B beziehungsweise die Rotoren 102 und 103 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 zum Stator 101 über die Abschlussscheiben 104A und 104B abschließen. Insbesondere ist aus 1 erkennbar, dass der Stator 101 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 zwischen den Rotoren 102 und 103 angeordnet ist. Um nun die Rotoren 102 und 103 auf besonders kompakte und sichere Weise drehfest miteinander verbinden zu können, sind die Rotoren 102 und 103 mittels jeweiliger, auf in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 einander zugewandten Seiten S1 und S2 der Rotoren 102 und 103 angeordneter und in Eingriff miteinander stehender Verzahnungen 105A und 105B formschlüssig und drehfest miteinander verbunden. Die Verzahnung 105A ist dabei auf der der Seite S2 des Rotors 103 zugewandten Seite S1 des Rotors 102 angeordnet und somit eine erste Verzahnung des auch als erster Rotor bezeichneten Rotors 102. Die Verzahnung 105B ist auf der der Seite S1 des Rotors 102 zugewandten Seite S2 des Rotors 103 angeordnet und somit eine zweite Verzahnung des auch als zweiter Rotor bezeichneten Rotors 103. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind, wie besonders gut in Zusammenschau mit 2 und 3 erkennbar ist, die Verzahnungen 105A und 105B als Hirth-Verzahnungen ausgebildet, sodass die in Eingriff miteinander stehenden Hirth-Verzahnungen eine Gesamt-Hirth-Verzahnung bilden. Insbesondere ist die jeweilige Verzahnung 105A, 105B eine Stirnverzahnung, sodass die Gesamt-Hirth-Verzahnung eine Hirth-Stirnverzahnung ist. Es ist erkennbar, dass die Verzahnung 105A an dem Rotorkörper 102A und die Verzahnung 105B an dem Rotorkörper 102B vorgesehen ist, sodass mittels der Verzahnungen 105A und 105B die Rotorkörper 102A und 102B und somit die Rotoren 102 und 103 drehmomentübertragend, selbstzentrierend und zumindest nahezu spielfrei miteinander verbunden sind. Um diese Verbindung beispielsweise herzustellen und darin unter Torsionslast auftretende Axialkräfte aufzunehmen, sind die Rotorkörper 102B und 102A und somit die Rotoren 102 und 103 mittels einer Hohlschraube 106 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 miteinander verspannt. Die Hohlschraube 106 ist ein Schraubelement, welches über seine gesamte, axiale Erstreckung hohl ist. Dabei weist der Stator 101 eine insbesondere zentrale Durchgangsöffnung 22 auf, in welcher die Verzahnungen 105A und 105B, insbesondere jeweils vollständig, aufgenommen sind. Außerdem ist die Hohlschraube 106 zumindest teilweise in der Durchgangsöffnung 22 angeordnet. Mit anderen Worten ist zumindest ein Längenbereich der Hohlschraube 106 in der Durchgangsöffnung 22 angeordnet. Vorliegend durchdringt die Hohlschraube 106 die Durchgangsöffnung 22, insbesondere derart, dass die Hohlschraube 106 in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 beidseitig aus der Durchgangsöffnung 22 herausragt. Beispielsweise weist die Hohlschraube 106 ein erstes Gewinde, insbesondere ein erstes Außengewinde, auf. Der Rotor 103, insbesondere der Rotorkörper 102B, weist ein mit dem ersten Gewinde korrespondierendes, zweites Gewinde auf, insbesondere in Form eines ersten Innengewindes. Dabei ist die Hohlschraube 106 mit dem Rotor 103, insbesondere mit dem Rotorkörper 102B, verschraubt, insbesondere direkt, vorzugsweise derart, dass die Gewinde miteinander verschraubt, das heißt ineinander geschraubt, sind. Außerdem ist die Hohlschraube 106 zumindest mittelbar und vorliegend über ein Lager 108A in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 an dem Rotorkörper 102A und somit an dem Rotor 102 abgestützt, wodurch die Rotoren 102 und 103 und somit die Verzahnungen 105A und 105B in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 miteinander verspannt sind. Das erste Gewinde der Hohlschraube 106 ist beispielsweise in Abhängigkeit von einer bevorzugten Drehrichtung der auch als Motor bezeichneten Axialflussmaschine 10, das heißt der Rotoren 102 und 103 und dabei insbesondere im Hinblick auf einen Vorwärtsgang des mittels der Axialflussmaschine 10 antreibbaren Kraftfahrzeugs entsprechend entweder als links- oder rechtssteigend ausgeführt, das heißt als Links- oder Rechtsgewinde ausgeführt, wobei vorzugsweise die Hohlschraube 106 formschlüssig gesichert ist, insbesondere gegen eine insbesondere um die Maschinendrehachse 30 verlaufende und relativ zu den Rotoren 102 und 103 erfolgende Drehung. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Hohlschraube 106 konzentrisch zur Maschinendrehachse 30 und somit zu den Rotoren 102 und 103 angeordnet. An einem Innenumfang, insbesondere an einem Innendurchmesser, eines dem ersten Gewinde der Hohlschraube 106 entgegengesetzten oder gegenüberliegenden Endes der Hohlschraube 106 befindet sich vorzugsweise eine auch als Werkzeugangriff bezeichnete Werkzeugaufnahme 27, mittels welcher ein insbesondere als Schraubwerkzeug ausgebildetes Werkzeug drehmomentübertragend, insbesondere drehfest, mit der Hohlschraube 106 verbindbar ist. Hierdurch kann die Hohlschraube 106 insbesondere um die Maschinendrehachse 30 und relativ zu den Rotoren 102 und 103 mittels des Werkzeugs gedreht werden, wodurch die Hohlschraube 106 mit dem Rotorkörper 102B, mithin das erste Gewinde mit dem zweiten Gewinde verschraubt werden kann, um dadurch die Hohlschraube 106 festzuziehen beziehungsweise zu verspannen und somit die Rotoren 102 und 103 in axialer Richtung miteinander zu verspannen.
Der Rotorkörper 102B weist eine beispielsweise beliebig ausgeführte und vorzugsweise formschlüssige Mitnahme 107 auf, um beispielsweise das jeweilige, auch als Antriebsmoment bezeichnete Drehmoment, welches von der Axialflussmaschine 10 über den Gesamtrotor bereitgestellt wird, an wenigstens ein oder mehrere, weitere Teile eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs zu leiten, das heißt zu übertragen. Beispielsweise ist die Mitnahme 102 als Verzahnung, insbesondere als Steckverzahnung, ausgebildet. Insbesondere sind die Rotoren 102 und 103 Bestandteile eines Rotorverbandes, welcher auch die Hohlschraube 106 umfassen kann. Der Rotorverband ist um die Maschinendrehachse 30 relativ zu dem Stator 101 und relativ zu dem Gehäuse 20 drehbar. Eine drehbare Lagerung des Rotorverbandes und somit der Rotoren 102 und 103 an dem Gehäuse 20 erfolgt über das Lager 108A und ein Lager 108B, welche vorliegend als Wälzlager und insbesondere als Kugellager ausgebildet sind. Insbesondere sind die Lager 108A und 108B zumindest oder ausschließlich als Radiallager ausgebildet. Ganz insbesondere sind die Lager 108A und 108B als Spindellager insbesondere in sogenannter O-Anordnung ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführung stützt sich das Lager 108A auf die Hohlschraube 106 beziehungsweise an der Hohlschraube 106 ab, insbesondere direkt, was in anderen, möglichen Ausführungen aber nicht der Fall sein muss. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Hohlschraube 106 unter Vermittlung eines Lagerrings, insbesondere eines Lagerinnenrings, des Lagers 108A in axialer Richtung der Axialflussmaschine 10 gegen den Rotor 102 gespannt.
Insbesondere während eines Betriebs der Axialflussmaschine 10 werden die Lager 108A und 108B mit einem vorzugsweise flüssigen Schmiermittel versorgt, welches vorzugsweise als ein Öl ausgebildet ist. Somit erfolgt insbesondere während eines Betriebs der Axialflussmaschine 10 eine auch als Ölversorgung bezeichnete Versorgung der Lager 108A und 108B mit dem vorzugsweise als Öl ausgebildeten Schmiermittel. Die Ölversorgung der beiden Lager 108A und 108B erfolgt durch eine Einspritzung von Öl, insbesondere Frischöl, in die Hohlschraube 106, insbesondere in deren Inneres. Diese Einspritzung des Öls ist in 1 durch Pfeile 23 und 24 veranschaulicht. Mit anderen Worten wird beispielsweise bei einem Verfahren zum Betreiben der Axialflussmaschine 10 das genannte, vorzugsweise als Öl ausgebildete Schmiermittel in die hohle Hohlschraube 106, das heißt in deren Inneres, insbesondere von einem ersten Ende der Hohlschraube 106 her, eingespritzt. Beispielsweise über wenigstens eine oder mehrere, die Hohlschraube 106 durchdringende Durchströmöffnungen kann das in das Innere der Hohlschraube 106 eingespritzte Schmiermittel aus der Hohlschraube 106 ausströmen und zu dem Lager 108A strömen und das Lager 108A schmieren. Somit ist beispielsweise das Lager 108A in einem ersten Bereich angeordnet, welcher mit dem Schmiermittel versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird, um dadurch das Lager 108A mit dem Schmiermittel zu versorgen und dadurch zu schmieren und/oder zu kühlen.
Beispielsweise kann das in die Hohlschraube 106, insbesondere in deren Inneres, eingespritzte Öl an einem dem ersten Ende der Hohlschraube 106 gegenüberliegenden, zweiten Ende der Hohlschraube 106 ausströmen und in der Folge zu dem Lager 108B strömen, insbesondere über wenigstens eine oder mehrere, weitere Durchströmöffnungen, die beispielsweise in dem Rotor 103, insbesondere in dem Rotorkörper 102B, ausgebildet sind. Somit kann das Schmiermittel zu dem Lager 108B gelangen und in der Folge das Lager 108B schmieren und/oder kühlen. Somit ist das Lager 108B in einem zweiten Bereich angeordnet, welcher mit dem Schmiermittel versorgt werden kann, um dadurch das Lager 108B zu kühlen und/oder zu schmieren. Es ist denkbar, dass das die erste Durchströmöffnung der Hohlschraube 106 durchströmende Schmiermittel alternativ oder zusätzlich eine weitere Durchströmöffnung des Rotors 102, insbesondere des Rotorkörpers 102A, durchströmt, um dadurch zu dem Lager 108A zu gelangen. Durch die beschriebene Einspritzung des Öls kann eine Ölversorgung aus dem Inneren der beispielsweise als Welle fungierenden oder ausgebildeten Hohlschraube 106 auf besonders effiziente Art erreicht werden, ohne eine Schleifdichtung verwenden zu müssen oder das Öl gegen eine Zentrifugalkraft der drehenden Hohlschraube 106 in diese einzubringen. Zur Versorgung der Lager 108A und 108B mit dem Schmiermittel ist beispielsweise eine Pumpe vorgesehen, welche auch als Ölpumpe oder Schmiermittelpumpe bezeichnet wird. Ferner sind beispielsweise wenigstens eine Versorgungsleitung und wenigstens eine Einspritzdüse vorgesehen, wobei beispielsweise mittels der Versorgungsleitung das Schmiermittel von der Pumpe zu der Einspritzdüse geleitet wird. Die Einspritzdüse spritzt das Schmiermittel aus sich aus und in die Hohlschraube 106 ein, wie es durch die Pfeile 23 und 24 veranschaulicht ist. Die Pumpe, die Versorgungsleitung und die Einspritzdüse sind in den Fig. nicht näher dargestellt. Insbesondere weist die Hohlschraube 106 unter dem Lager 108A an ihrem Umfang verteilt eine angemessene Anzahl von beispielsweise als erste Bohrung ausgebildeten, ersten Durchströmöffnungen auf, die von zumindest einem Teil des Schmiermittels durchströmt werden können, das in die Hohlschraube 106 eingespritzt wird, um dadurch schließlich zu dem Lager 108A zu strömen. Ferner weist beispielsweise unter dem Lager 108B der Rotorkörper 102B an seinem Umfang verteilt eine angemessenen Anzahl von beispielsweise als zweite Bohrungen ausgebildeten, zweiten Durchströmöffnungen auf, die von zumindest einem weiteren Teil des Schmiermittels durchströmt werden können, welches in die Hohlschraube 106 eingespritzt wird beziehungsweise wurde, um schließlich das Lager 108B mit dem Schmiermittel zu versorgen. Insbesondere wird ein Durchfluss des Schmiermittels durch die Durchströmöffnungen mittels der Fliehkraft bewirkt, die dann, wenn sich der Rotorverband dreht, in radialer Richtung der Axialflussmaschine 10 nach außen wirkt und somit das Schmiermittel durch die Durchströmöffnungen hindurch treibt. Auch das Lager 108B weist einen Lagerinnenring auf. Die Lagerinnenringe werden auch als Innenringe bezeichnet und haben beispielsweise an ihrer Innenseite jeweils eine angemessene Anzahl von Aussparungen an ihrem jeweiligen Umfang verteilt, um einen Durchfluss des Schmiermittels zu den Lagern 108A und 108B, insbesondere zu deren Wälzkörpern, zu gewährleisten. Hierdurch sind beide Lager 108A und 108B hinreichend mit Schmiermittel versorgbar. Das jeweilige Lager 108A und 108B weist außerdem einen jeweiligen, einfach auch als Außenring bezeichneten Lageraußenring auf. Der jeweilige Außenring ist beispielsweise, insbesondere im Vergleich zum jeweiligen Innenring, ausladender gestaltet, um beispielsweise als Öl- beziehungsweise Schmiermittelfanglippe zu fungieren. Alternativ oder zusätzlich dazu können zum Fangen beziehungsweise Leiten des Schmiermittels ein an den jeweiligen Außenring, insbesondere in den jeweiligen Außenring, montiertes Fangelement dienen, welches beispielsweise als Fangblech beziehungsweise Ölfangblech ausgebildet sein kann.
Da die Verzahnungen 105A und 105B zwischen ihren Zahnfußausrundungen und ihren Zahnköpfen einen Durchfluss des Schmiermittels erlauben würden, werden zwei beispielsweise als O-Ringe ausgebildete und einfach auch als Dichtungen 109 und 110 bezeichnete Dichtungselemente zwischen der Hohlschraube 106 und dem jeweiligen Rotorkörper 102A beziehungsweise 102B vorgesehen. Es ist also erkennbar, dass die Hohlschraube 106 mittels der Dichtung 109 gegen den Rotorkörper 102A und somit gegen den Rotor 102 abgedichtet ist, und die Hohlschraube 106 ist mittels der Dichtung 110 gegen den Rotorkörper 102B und somit gegen den Rotor 103 abgedichtet. Die Dichtungen 109 und 110 liegen einerseits direkt an der Hohlschraube 106 und andererseits direkt an dem jeweiligen Rotorkörper 102A beziehungsweise 102B an. insbesondere kann der Rotorverband die Dichtungen 109 und 110 umfassen. Gegebenenfalls und somit optional ist eine auch als Ölstauscheibe bezeichnete Stauscheibe 111 vorgesehen, um beispielsweise einen Stauraum für das Schmiermittel zu realisieren. Insbesondere kann mittels der Stauscheibe 111 das Schmiermittel, welches an dem zweiten Ende der Hohlschraube 106 aus der Hohlschraube 106 ausströmt, aufgestaut werden, um dadurch zu bewirken, dass das an dem zweiten Ende der Hohlschraube 106 aus der Hohlschraube 106 ausströmende Öl die zweite Durchströmöffnung des Rotorkörpers 102B durchströmt und schließlich zu dem Lager 108B strömt. An dem anderen, ersten Ende der Hohlschraube 106 ergibt sich beispielsweise ein Stauraum zwischen einer insbesondere innenumfangsseitigen Verjüngung der Hohlschraube 106 und der in 1 mit 24 bezeichneten Werkzeugaufnahme 27 der Hohlschraube 106.
An den beiden Rotorkörpern 102A und 102B und somit an den Rotoren 102 und 103 ist jeweils ein vorliegend konisches Leitelement in Form eines jeweiligen Ölleitbleches 112A, 122B angeordnet. Es ist erkennbar, dass das jeweilige Ölleitblech 112A, 112B zum gezielten und definierten Leiten des Schmiermittels ausgebildet ist und sich in eine jeweilige, parallel zur Axialflussmaschine 10 verlaufende, von dem jeweiligen Rotor 102 beziehungsweise 103 ausgehende und von dem jeweiligen Rotor 102, 103 und von dem Stator 101 weg weisende Richtung erweitert, wobei die jeweilige Richtung im Hinblick auf den Rotor 102 durch einen Pfeil 25 und im Hinblick auf den Rotor 103 durch einen Pfeil 26 veranschaulicht ist. Die konischen und sich in axialer Richtung nach außen erweiternden Ölleitbleche 112A und 112B leiten überschüssiges Schmiermittel infolge der bei einem Kontakt des überschüssigen Schmiermittels mit dem jeweiligen Ölleitblech 112A, 112B initiierten Fliehkraft unter eine jeweilige, auch als Ölfanglippe bezeichnete Fanglippe 201A, 201B des Gehäuses 20. Das so geleitete Schmiermittel (Öl) wird dann über Entsorgungskanäle 202A und 202B, welche auch als Entsorgungsleitungen oder Öl-Entsorgungsleitungen bezeichnet werden, entweder inertial in einen nicht näher dargestellten und beispielsweise als Sumpf, insbesondere als Ölsumpf, ausgebildeten Sammelbereich abgeleitet, gegebenenfalls aktiv abgesaugt. Das Schmiermittel wird hierdurch von dem Motorraum 205 ferngehalten, sodass eine Ölfreiheit des Motorraums 205 gewährleistet werden kann. Es ist erkennbar, dass der Entsorgungskanal 202A auf Seiten des Rotors 102 und der Entsorgungskanal 202B auf Seiten des Rotors 103 angeordnet ist. Über die Entsorgungskanäle 202A und 202B kann das Schmiermittel aus jeweiligen, von dem Sammelbereich beabstandeten und in dem Gehäuse 20 angeordneten Bereichen abgeführt und in den Sammelbereich geführt werden. Der erste Bereich und der zweite Bereich sind Lagerbereiche oder Bestandteile von Lagerbereichen, wobei die Lager 108A und 108B in den Lagerbereichen angeordnet sind. Um ein Eindringen von Schmiermittel aus dem jeweiligen Lagerbereich in den Motorraum 205 bei einem Abstellen der Axialflussmaschine 10 zu verhindern, sind an den Rotorkörpern 102A und 102B und somit an den Rotoren 102 und 103 jeweilige, elastisch flexible V-Dichtungen 113A und 113B angebracht. Dies bedeutet, dass die V-Dichtungen 113A und 113B zumindest im Wesentlichen V-förmige Dichtlippen sind, mittels welchen die Rotoren 102 und 103 gegen das Gehäuse 20 abdichtbar, insbesondere in einem Stillstand der Rotoren 102 und 103 abgedichtet, sind. Die V-Dichtungen 113A und 113B haben über ihre Dichtlippe im Stillstand der Rotoren 102 und 103, insbesondere direkten, Kontakt zur jeweiligen Fanglippe 201A, 201 B des Gehäuses 20, verlieren diese aber infolge ihrer insbesondere elastischen und somit reversiblen Verformung unter Fliehkraft bei einem Hochdrehen der Rotoren 102 und 103 zunehmend, um ab einer gewissen Drehzahl der Rotoren 102 und 103 vollständig abzuheben. Unter dem Hochdrehen der Rotoren 102 und 103 ist zu verstehen, dass die Drehzahl der Rotoren 102 und 103 sukzessive zunimmt. Dadurch ist während eines Betriebs der Axialflussmaschine 10, mindestens ab einer gewissen Grenzdrehzahl, ab der die Dichtungen 113A und 113B von dem Gehäuse 20 abheben und somit nicht mehr an dem Gehäuse 20 anliegen, eine völlig schleifkontaktlose Schmierung der Lager 108A und 108B sowie eine Abdichtung des Motorraums 205 gegenüber einem Schmiermittelraum innerhalb des Gehäuses 20 gegeben. Unter dem auch als Ölraum bezeichneten Schmiermittelraum ist ein in dem Gehäuse 20 angeordneter und insbesondere direkt durch das Gehäuse 20 begrenzter Bereich zu verstehen, welcher insbesondere während des Betriebs der Axialflussmaschine 10 mit dem Schmiermittel versorgt wird, um dadurch die Lager 108A und 108B zu schmieren. Dadurch, dass die Dichtungen 113A und 113B während des Betriebs der Axialflussmaschine 10 das Gehäuse 20 nicht berühren und dadurch, dass während des Betriebs der Axialflussmaschine 10 der Motorraum 205 zumindest im Wesentlichen frei von dem Schmiermittel gehalten werden kann, kann ein weiterer Beitrag für eine besonders energetische Effizienz der Axialflussmaschine 10 realisiert werden. Je nach Werkstoff beziehungsweise Oberflächenqualität der jeweiligen Fanglippe 201A, 201B könnte ein glatter Aufsatz vorteilhaft sein, um einen Verschleiß der jeweiligen Dichtungen 113A, 113B, insbesondere über ihre jeweilige Dichtlippe, gering zu halten, bevor die jeweilige V-Dichtung 113A, 113B von dem Gehäuse 20 abhebt, mithin solange die Dichtung V-113A, 113B das Gehäuse 20 noch berührt und sich relativ zu diesem mit dem jeweiligen Rotor 102, 103 mitdreht.
Als weiterer Vorteil der Axialflussmaschine 10 sei anzumerken, dass die jeweilige Hirth-Verzahnung so ausgelegt werden kann, dass die von dem Innen- und Außendurchmesser der beiden über die Hirth-Axialverzahnungen miteinander verbundenen Wellenenden gegebene Torsionsfestigkeit und auch Torsionswechselfestigkeit, in diesem Fall der Wellenstummel der Rotorkörper 102A und 102B nicht vermindert wird und auch von der jeweiligen Hirth-Verzahnung sicher übertragen werden kann. Daher ist keine Aufdickung der Wellenenden erforderlich, wodurch, selbst in Anbetracht der Erfordernis beziehungsweise Verwendung der Hohlschraube 106 zum axialen Verspannen der Hirth-Verzahnungen, bei gegebenen Abmessungen der Axialflussmaschine 10 ein größerer Innendurchmesser des gesamten Verbandes zur freien Verfügung bleibt, als bei anderen der drehmomentübertragenden Verbindung der beiden Rotorkörper 102A und 102B, um darin die Wellen des Fahrzeugantriebs unterzubringen. Des Weiteren können sich links und rechts beziehungsweise in axialer Richtung beidseitig der Rotorkörper 102A und 102B, insbesondere oberhalb der Fanglippen 201A und 201B, radiale Lufteinlassbohrungen 203A und 203B befinden, die gegebenenfalls gefilterte Frischluft in den Motorraum 205 des Gehäuses 20 führen beziehungsweise leiten. Jeweils oberhalb eines jeweiligen Außendurchmessers des jeweiligen Rotorkörpers 102A, 102B ist eine jeweilige Luftauslassbohrung 204A, 204B angeordnet, um die in den Motorraum 205 eingebrachte Frischluft wieder aus dem Motorraum 205 abführen zu können. Hierdurch kann eine Luftzirkulation in dem Motorraum 205 gewährleistet werden. Die Luftzirkulation in dem Motorraum 205 wird gegebenenfalls alleine durch die drehenden Rotoren 102 und 103 gewährleistet und ermöglicht ein Abführen von gegebenenfalls in den Motorraum 205 eingetretenem Ölnebel, woraus Öl in einem Kondensationsraum wieder zurückgewonnen werden kann. Auch ein gewisser Beitrag zur Kühlung der Rotoren 102 und 103 kann durch diesen Luftdurchfluss gewährleistet werden. Zudem verhindert diese Maßnahme das ansonsten gegebenenfalls mögliche Ansaugen von Ölnebel aus dem Lagerbereich durch die von den drehenden Rotoren 102 und 103 erzeugte Luftströmung im geschlossenen Motorraum 205 des Gehäuses 20.
Aus 2 und 3 sind besonders gut die als Hirth-Verzahnungen ausgebildeten Verzahnungen 105A und 105B erkennbar, welche eine besonders vorteilhafte, formschlüssige und drehfeste Verbindung der Rotoren 102 und 103 gewährleisten können.
Bezugszeichenliste

10: Axialflussmaschine
20: Gehäuse
22: Durchgangsöffnung
23: Pfeil
24: Pfeil
25: Pfeil
26: Pfeil
27: Werkzeugaufnahme
30: Maschinendrehachse
101: Stator
102: Rotor
103: Rotor
102A: Rotorkörper
102B: Rotorkörper
103A: Magnet
103A: Magnet
104A: Abschlussscheibe
104B: Abschlussscheibe
105A: Verzahnung
105B: Verzahnung
106: Hohlschraube
107: Mitnahme
108A: Lager
108B: Lager
109: Dichtung
110: Dichtung
111: Stauscheibe
112A: Leitelement
112B: Leitelement
113A: V-Dichtung
113B: V-Dichtung
201A: Fanglippe
201B: Fanglippe
203A: Lufteinlassbohrung
203B: Lufteinlassbohrung
204A: Luftauslassbohrung
204B: Luftauslassbohrung
205: Motorraum
S1: Seite
S2: Seite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4013298 A1 [0002]
WO 2020/069744 A1 [0002]
WO 2021/032236 A1 [0002]

Claims

Axialflussmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stator (101), mit zwei relativ zu dem Stator (101) drehbaren Rotoren (102, 103), wobei der Stator (101) in axialer Richtung der Axialflussmaschine (10) zwischen den Rotoren (102, 103) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (102, 103) mittels jeweiliger, auf in axialer Richtung einander zugewandten Seiten (S1, S2) der Rotoren (102, 103) angeordneter Verzahnungen (105A, 105B) der Rotoren (102, 103) drehfest miteinander verbunden sind.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (105A, 105B) als Hirth-Verzahnungen ausgebildet sind.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (101) eine Durchgangsöffnung (22) aufweist, in welcher die Verzahnungen (105A, 105B) angeordnet sind.
Axialflussmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (102, 103) und dadurch die Verzahnungen (105A, 105B) in axialer Richtung der Axialflussmaschine (10) mittels eines Schraubelements (106) miteinander verspannt sind.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubelement (106) hohl ausgebildet ist.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubelement (106) zumindest teilweise in der Durchgangsöffnung (22) angeordnet ist.
Axialflussmaschine (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubelement (106) mittels eines ersten Dichtungselements (109) gegen einen ersten der Rotoren (102, 103) und mittels eines in axialer Richtung der Axialflussmaschine (10) von dem ersten Dichtungselement (109) beabstandeten, zweiten Dichtungselements (110) gegen den zweiten Rotor (103) abgedichtet ist.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (105A, 105B) in axialer Richtung der Axialflussmaschine (10) betrachtet zwischen den Dichtungselementen (109, 110) angeordnet sind.
Axialflussmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (20), in welchem der Stator (10) und die relativ zu dem Gehäuse (20) drehbaren Rotoren (102, 103) angeordnet sind.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch: - eine erste Dichtlippe (113A), mittels welcher einer der Rotoren (102, 103) gegen das Gehäuse (20) abgedichtet oder abzudichten ist, und - eine zweite Dichtlippe (113B), mittels welcher der andere Rotor (103) gegen das Gehäuse (20) abgedichtet oder abzudichten ist.
Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch: - eine erste Radiallagerstelle (108A), mittels welcher einer der Rotoren (102, 103) drehbar in radialer Richtung der Axialflussmaschine (10) an dem Gehäuse (20) gelagert ist, und - eine zweite Radiallagerstelle (108B), mittels welcher der andere Rotor (103) drehbar in radialer Richtung der Axialflussmaschine (10) an dem Gehäuse (20) gelagert ist.
Axialflussmaschine (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem jeweiligen Rotor (102, 103) ein jeweiliges Leitelement (112A, 112B) vorgesehen ist, welches zum Leiten eines Schmiermittels ausgebildet ist und sich in eine jeweilige, parallel zur axialen Richtung der Axialflussmaschine (10) verlaufende, von dem jeweiligen Rotor (102, 103) ausgehende und von dem jeweiligen Rotor (102, 103) und von dem Stator (101), von radial innen nach radial außen betrachtet, wegweisende Richtung (25, 26) erweitert.
Axialflussmaschine (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch: - einen Sammelbereich zum Sammeln eines Schmiermittels, - einen auf Seiten eines ersten der Rotoren (102, 103) angeordneten, ersten Entsorgungskanal (202A), über welchen ein Schmiermittel aus einem von dem Sammelbereich beabstandeten, ersten Bereich in dem Gehäuse (20) in den Sammelbereich führbar ist, und - einen auf Seiten des zweiten Rotors (103) angeordneten, zweiten Entsorgungskanal (202B), über welchen ein Schmiermittel aus einem von dem Sammelbereich und von dem ersten Bereich beabstandeten, zweiten Bereich in dem Gehäuse (20) in den Sammelbereich führbar ist.