DE102021103667A1

DE102021103667A1 - Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102021103667A1
Application number: DE102021103667.4A
Authority: DE
Inventors: Bastian Rupp; Roselina Postler; Andreas Rosenwald; Sebastian Langhans; Jochen Loeffelmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2041-02-18
Also published as: DE102021103667B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs (2) umfassend eine elektrische Maschine (3) und eine die Getriebeanordnung (4), die einen ersten Getriebeabschnitt (5) aufweist, der in einem ersten Getrieberaum (6) angeordnet ist, wobei der erste Getriebeabschnitt (5) ein erstes drehbar gelagertes Zahnrad (7) und ein mit diesem in Eingriff stehendes zweites drehbar gelagertes Zahnrad (8) aufweist, wobei der Getrieberaum (6) einen mit Hydraulikfluid (10) befüllten Ölsumpf (9) aufweist, und das erste Zahnrad (7) in den Ölsumpf (9) eingreift, so dass das erste Zahnrad (7) im Betrieb des elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs (1) durch Rotation Hydraulikfluid (10) aus dem Ölsumpf (9) transportiert und in dem Getrieberaum (6) verteilt, wobei das erste Zahnrad (7) von einem ersten in den Getrieberaum (6) einsetzbaren separaten Fluidleitelement (11) abschnittsweise umfänglich wie beidseits radial umfasst wird, so dass das erste Zahnrad (7) abschnittsweise in einem so ausgebildeten kanalartigen Abschnitt des ersten Fluidleitelements (11) rotiert, und das zweite Zahnrad (8) von einem zweiten in den Getrieberaum (6) einsetzbaren separaten Fluidleitelement (15) abschnittsweise umfänglich umfasst wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und die Getriebeanordnung einen ersten Getriebeabschnitt aufweist, der in einem ersten Getrieberaum angeordnet ist, wobei der erste Getriebeabschnitt ein erstes drehbar gelagertes Zahnrad und ein mit diesem in Eingriff stehendes zweites drehbar gelagertes Zahnrad aufweist, wobei der Getrieberaum einen mit Hydraulikfluid befüllten Ölsumpf aufweist, und das erste Zahnrad in den Ölsumpf eingreift, so dass das erste Zahnrad im Betrieb des elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs durch Rotation Hydraulikfluid aus dem Ölsumpf transportiert und in dem Getrieberaum verteilt.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
Aufgrund der immer kompakteren Bauweise bei gleichzeitiger Erhöhung der Leistungsdichte derartiger Antriebsstränge, kommt der Kühlung der thermisch belasteten Bauteile eine zunehmend größere Bedeutung zu.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang zur Verfügung zu stellen, welcher über eine optimierte Kühlung verfügt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und die Getriebeanordnung einen ersten Getriebeabschnitt aufweist, der in einem ersten Getrieberaum angeordnet ist, wobei der erste Getriebeabschnitt ein erstes drehbar gelagertes Zahnrad und ein mit diesem in Eingriff stehendes zweites drehbar gelagertes Zahnrad aufweist, wobei der Getrieberaum einen mit Hydraulikfluid befüllten Ölsumpf aufweist, und das erste Zahnrad in den Ölsumpf eingreift, so dass das erste Zahnrad im Betrieb des elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs durch Rotation Hydraulikfluid aus dem Ölsumpf transportiert und in dem Getrieberaum verteilt, wobei das erste Zahnrad von einem ersten in den Getrieberaum einsetzbaren separaten Fluidleitelement abschnittsweise umfänglich wie beidseits radial umfasst wird, so dass das erste Zahnrad abschnittsweise in einem so ausgebildeten kanalartigen Abschnitt des ersten Fluidleitelements rotiert, und das zweite Zahnrad von einem zweiten in den Getrieberaum einsetzbaren separaten Fluidleitelement abschnittsweise umfänglich umfasst wird, wobei der Getrieberaum, das erste Fluidleitelement und das zweite Fluidleitelement so konfiguriert sind, und das Hydraulikfluid in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit des ersten Zahnrads auf einen ersten Hydraulikpfad geleitet wird, der sich zwischen einem den Getrieberaum begrenzenden Gehäuseabschnitt und dem zweiten Fluidleitelement erstreckt oder auf einen zweiten Hydraulikpfad geleitet wird, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad erstreckt.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass das Hydraulikfluid leistungs- bzw. drehzahlspezifisch zwischen verschiedenen Verbrauchern wie beispielsweise Verzahnungskontakten, Lagern, Dichtungen, zu kühlenden Bauteile, Wärmetauschern und dergleichen verteilt werden kann, wodurch sich eine wesentlich spezifischere Kühlstrategie für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang realisieren lässt. So ist es beispielsweise ermöglicht, dass über ein Einstellen einer vordefinierten Fließgeschwindigkeit des Hydraulikfluids in vordefinierten Bereichen des elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs Wärme aufnimmt oder abgibt. Hierauf wird nachfolgend noch näher eingegangen.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Ein elektrisch betreibbarer Antriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine und eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine bilden eine bauliche Einheit. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine gemeinsam aufgenommen sind. Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Das Antriebsstranggehäuse kann insbesondere bevorzugt eine topfartige Grundform aufweisen, so dass die elektrische Maschine und das Getriebe über die offene Stirnseite des Antriebsstranggehäuses in dieses eingesetzt werden können. Im Zusammenhang mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es insbesondere vorteilhaft, dass das erste Gehäuseteil als Antriebsstranggehäuse ausgebildet ist. Es ist ferner in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass das zweite Gehäuseteil ein Deckel zum stirnseitigen Verschluss des Antriebsstranggehäuses ist.
Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist.
Das Getriebegehäuse ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Getriebes. Es hat die Aufgabe, vorhandene Wellen jeweils über die Lager zu führen und den Rädern (eventuell Kurvenscheiben) bei allen Belastungen diejenigen Freiheitsgrade zu gewähren, derer sie bedürfen, ohne sie in der Dreh- und eventuell Bahnbewegung zu behindern, sowie Lagerkräfte und Abstützmomente aufzunehmen. Ein Getriebegehäuse kann ein- oder mehrschalig, das heißt, ungeteilt oder geteilt ausgebildet sein. Das Gehäuse sollte insbesondere auch sowohl Geräusche und Vibrationen dämpfen, als auch Schmierstoff sicher aufnehmen können. Das Getriebegehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt.
Die elektrische Maschine kann ein Motorgehäuse aufweisen. Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.
Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein.
Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil.
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Die Getriebeanordnung ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird. Bevorzugt ist die Getriebeanordnung als ein Planetengetriebe ausgebildet, ganz besonders bevorzugt als ein schaltbares, insbesondere zweigängiges Planetengetriebe.
Ferner kann die Getriebeanordnung alternativ oder ergänzend ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.
Ferner weist der elektrisch betreibbare Antriebsstrang bevorzugt ein Kühlsystem auf. Das Kühlsystem dient der Abfuhr der innerhalb einer elektrischen Maschine durch elektrische Verluste erzeugten Wärme. Ein derartiges Kühlsystem kann Kühlkanäle innerhalb von Rotor (Rotorkühlkanal) und/oder Stator (Statorkühlkanal) aufweisen, durch die ein entsprechendes Kühlmedium zwecks Abtransport der Wärme geführt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Hydraulikpfad in einen Hydraulikspeicher mündet, der in Schwerkraftrichtung oberhalb des Ölsumpfes angeordnet ist, und welcher hydraulisch mit einer Rotorwelle des Rotors der elektrischen Maschine verbunden ist, welche in Schwerkraftrichtung unterhalb des Hydraulikspeichers verläuft. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass der Rotor schwerkraftbewirkt mit Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikspeicher kühlbar ist und hierzu keine gesonderte Pumpe benötigt wird.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Hydraulikspeicher und das zweite Fluidleitelement einstückig ausgebildet sind, wodurch zum einen die Montage erleichtert wird und eine definierte Positionierung von Hydraulikspeicher und zweitem Fluidelement sichergestellt werden kann. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Hydraulikspeicher und/oder das zweite Fluidleitelement aus einem Kunststoff gebildet sind/ist, was fertigungstechnisch besonders günstig ist und darüber hinaus auch gewichtstechnische Vorteile ermöglicht.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Rotorwelle ein sich konisch in axialer Richtung von dem ersten Getriebeabschnitt zur elektrischen Maschine hin aufweitendes rohrförmiges drittes Fluidleitelement aufweist, das in eine zylindrische Bohrung der als Hohlwelle ausgeformten Rotorwelle so eingesetzt ist, dass zwischen dem dritten Fluidelement und der Rotorwelle ein Ringraum ausgebildet ist, durch den Hydraulikfluid aus der Rotorwelle abführbar ist und Hydraulikfluid aus dem Hydraulikspeicher in den innenliegenden Kanal des dritten Fluidelements zuführbar ist. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass der Rotor ohne zusätzliche Pumpe aus einer Kombination von schwerkraftbewirkter und zentrifugalkraftbewirkter Fluidströmung kühlbar ist.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das erste Fluidleitelement einen zylinderringabschnittsförmigen Boden sowie sich von diesem Boden in Radialrichtung erstreckende ringsegmentförmige Seitenwangen, aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass eine besonders gute Zwangsführung des Hydraulikfluids innerhalb des ersten Fluidelements erzielt werden kann.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das erste Fluidleitelement aus einem Kunststoff geformt ist, was aus Gründen der Gewichtsersparnis und der Fertigungskosten vorteilhaft ist.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Hydraulikspeicher, das zweite Fluidleitelement und/oder das erste Fluidleitelement, jeweils formschlüssig in dem Getrieberaum fixiert sind/ist. Hierdurch kann insbesondere eine hohe Montagefreundlich dieser Bauteile im Getrieberaum erzielt werden. Besonders bevorzugt ist es, dass diese Bauteile mittels von Schnapp-Rast-Verbindungen im Getrieberaum fixiert sind.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass der Getrieberaum mittels eines vom Getrieberaum lösbaren Getriebedeckels verschließbar ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Getrieberaum zur Montage, beispielsweise des Hydraulikspeichers, des zweiten Fluidleitelements und/oder des ersten Fluidleitelements, geöffnet werden kann und nach erfolgter Montage, bevorzugt lösbar, von dem Getriebedeckel verschlossen werden kann.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der Getrieberaum zumindest abschnittsweise von einem mit einem zweiten Kühlfluid durchströmbaren und hydraulisch vom Getrieberaum getrennten Kühlkanal gekoppelt ist, wodurch die Wärmeabfuhr aus dem Getrieberaum weiter verbessert werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug mit elektrisch betreibbaren Antriebssträngen in einer schematischen Blockschaltansicht,
2 eine Frontansicht auf einen Getrieberaum eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs,
3 den elektrisch betreibbaren Antriebsstrang in einer Axialschnittansicht,
4 erstes Fluidleitelement in einer perspektivischen Ansicht, und
5 zweites Fluidleitelement in einer perspektivischen Ansicht.

Die 1 zeigt einen elektrisch betreibbarer Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2, wobei jeweils die Vorder- und die Hinterachse einen separaten elektrisch betreibbaren Antriebsstrang aufweist. Es sind in der 2 zwei unterschiedliche Konzepte Elektrisch betreibt barer antriebsstränge gezeigt. In einer ersten Ausführungsform sind die Getriebeanordnung 4 und die elektrische Maschine 3 koaxial zueinander angeordnet, wie es in der linken Ausführung des elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs 1 gezeigt ist. In der rechten Ausführungsform sind die Getriebeanordnung 4 und die elektrische Maschine achsparallel zueinander angeordnet. In beiden Ausführungsformen sind die elektrische Maschine 3 und die Getriebeanordnung 4 zu einer baulichen Einheit 3 zusammengefasst. Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs 1 ist für beide in der 1 gezeigten Konzepte grundsätzlich anwendbar.
2 zeigt eine aus der 1 bereits vorbekannten elektrisch betreibbaren Antriebsstrang 1. Dieser umfasst eine in der 2 nicht sichtbare elektrische Maschine 3 und eine Getriebeanordnung 4. Die Getriebeanordnung 4 weist einen ersten Getriebeabschnitt 5 auf, der in einem ersten Getrieberaum 6 angeordnet ist. Die 2 zeigt einen Blick auf den geöffneten Getrieberaum 6. Der in der Ansicht der 2 stirnseitig offene Getrieberaum 6 ist mittels eines vom Getrieberaum 6 lösbaren Getriebedeckel 24 verschließbar.
Der erste Getriebeabschnitt 5 weist ein erstes drehbar gelagertes Zahnrad 7 und ein mit diesem in Eingriff stehendes zweites drehbar gelagertes Zahnrad 8 auf. Wie gut aus der 2 ersichtlich ist, besitzt das zweite Zahnrad 8 einen kleineren Teilkreisdurchmesser als das erste Zahnrad 7 und die Drehachse des zweiten Zahnrads 8 liegt in Schwerkraftrichtung oberhalb der Drehachse des ersten Zahnrads 7. Die Schwerkraftrichtung verläuft in der Darstellung der 2 vertikal, was u.a. auch an der horizontal verlaufenden Füllstandshöhe des Hydraulikfluids 10, welche durch die gestrichelte Gerade angedeutet ist, ersichtlich wird.
Der Getrieberaum 6 besitzt einen mit Hydraulikfluid 10 befüllten Ölsumpf 9, in den das erste Zahnrad 7 eingreift, so dass das erste Zahnrad 7 im Betrieb des elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs 1 durch Rotation Hydraulikfluid 10 aus dem Ölsumpf 9 transportiert und in dem Getrieberaum 6 verteilt. Die Rotationsachse des ersten Zahnrads 7 liegt dabei oberhalb der Füllstandshöhe des Hydraulikfluids 10 im Ölsumpf 9.
Um eine definierte Leitung des Hydraulikfluids 10 zu erzielen, wird das erste Zahnrad 7 von einem ersten in den Getrieberaum 6 einsetzbaren separaten Fluidleitelement 11 abschnittsweise umfänglich wie beidseits radial umfasst. Das erste Zahnrad 7 rotiert so abschnittsweise in einem kanalartigen Abschnitt des ersten Fluidleitelements 11.
Durch diese Ausbildung des Fluidleitelements 11 können Planschverluste wirksam reduziert werden, da das Hydraulikfluid 10 in dem kanalartigen Abschnitt des ersten Fluidleitelements 11 aus dem Ölsumpf 9 geführt wird. Das erste Zahnrad 7 hat so mit dem ersten Fluidleitelement 11 eine pumpenartige Funktion zur Förderung des Hydraulikfluids 10 aus dem Ölsumpf 9 entgegen der Schwerkraftrichtung.
Das erste Fluidleitelement 11 ist dabei so ausgebildet, dass es mit der Kontur seiner äußeren Mantelfläche der kreisbogenförmigen Kontur des Getrieberaums 6 folgt und angepasst ist. Das erste Fluidleitelement 11 weist ferner einen trichterartigen Fluideingang 27 auf, der so ausgebildet ist, dass er in etwa auf dem Füllstandsniveau des Hydraulikfluids 10 im Ölsumpf 9 abgestimmt ist. Hierzu ist der Fluideingang 27 so ausgerichtet, dass er die Ebene der Füllstandshöhe des Hydraulikfluids 10 schneidet. Wird nun im Betrieb des elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs 1 durch die Rotation des ersten Zahnrads 7 Hydraulikfluid 10 aus dem Ölsumpf 9 durch das erste Fluidleitelement 11 gefördert, so wird ab einer vordefinierten Drehzahl des ersten Zahnrads 7 mehr Hydraulikfluid 10 gefördert, als durch den trichterartigen Fluideingang 27 nachfließen kann, wodurch die Füllstandshöhe an Hydraulikfluid 10 in dem ersten Fluidleitelement 11 sinkt, wodurch Planschverluste wirksam minimiert werden können.
Auch das zweite Zahnrad 8 wird von einem zweiten in den Getrieberaum 6 einsetzbaren separaten Fluidleitelement 15 abschnittsweise umfänglich umfasst. Der Getrieberaum 6, das erste Fluidleitelement 11 und das zweite Fluidleitelement 15 sind hierbei so konfiguriert, dass das Hydraulikfluid 10 in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit des ersten Zahnrads 7 auf einen ersten Hydraulikpfad 16 geleitet wird, der sich zwischen einem den Getrieberaum 6 begrenzenden Gehäuseabschnitt 18 und dem zweiten Fluidleitelement 15 erstreckt oder auf einen zweiten Hydraulikpfad 17 geleitet wird, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad 7 erstreckt.
Weist das erste Zahnrad 7 eine Rotationsgeschwindigkeit auf, die eine Zentrifugalkraft auf das Hydraulikfluid 10 ausübt, die nicht ausreicht, um das Hydraulikfluid 10 von dem ersten Zahnrad 7 abzulösen bzw. wegzuschleudern, wird das Hydraulikfluid 10 überwiegend auf dem zweiten Hydraulikpfad 17 geführt und es erfolgt bevorzugt eine Schmierung der miteinander in Wälzkontakt stehenden Zahnräder 7,8.
Überschreitet die Reaktionsgeschwindigkeit des ersten Zahnrads 7 einen vordefinierten Wert, bei dem sich das Hydraulikfluid 10 verstärkt von dem Zahnrad 7 löst und zentrifugalkraftbewirkt von dem Zahnrad weggeschleudert wird, so wird das Hydraulikfluid 10 überwiegend auf den ersten Hydraulikpfad 16 geleitet. Somit erfolgt eine Verteilung des Hydraulikfluids 10 zwischen dem ersten Hydraulikpfad 16 und dem zweiten Hydraulikpfad 17 in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit des ersten Zahnrads 7. So wird mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit des ersten Zahnrades 7 verstärkt Hydraulikfluid 10 über den ersten Hydraulikpfad 16 gefördert, welcher in den Hydraulikspeicher 19 mündet, und nachfolgend einen an die Rotationsgeschwindigkeit des ersten Zahnrades 7 gekoppelten Volumenstrom an Hydraulikfluid 10 zur Kühlung des Rotors 21 der elektrischen Maschine 3 bereitstellen kann, was nachfolgend noch näher anhand der 3 erläutert werden wird.
Aus der 2 ist - wie bereits erwähnt - ersichtlich, dass der erste Hydraulikpfad 16 in einen Hydraulikspeicher 19 mündet. Dieser ist in Schwerkraftrichtung oberhalb des Ölsumpfes 9 angeordnet und hydraulisch mit einer Rotorwelle 20 des Rotors 21 der elektrischen Maschine 3 verbunden, welche in Schwerkraftrichtung unterhalb des Hydraulikspeichers 14 verläuft. Der Hydraulikspeicher 14 und das zweite Fluidleitelement 15 sind einstückig aus einem Kunststoff ausgebildet. Das zweite Fluidleitelement 15 und das erste Fluidleitelement 11 sind jeweils formschlüssig in dem Getrieberaum 6 fixiert.
Der Getrieberaum 6 kann zumindest abschnittsweise von einem mit einem zweiten Kühlfluid durchströmbaren und hydraulisch vom Getrieberaum 6 getrennten Kühlkanal 28 gekoppelt sein. Insbesondere kann das zweite Kühlfluid Kühlwasser sein.
Die 3 zeigt, dass die Rotorwelle 20 des Rotors 31 ein sich konisch in axialer Richtung von dem ersten Getriebeabschnitt 5 zur elektrischen Maschine 3 hin aufweitendes rohrförmiges drittes Fluidleitelement 21 aufweist. Dieses ist in eine zylindrische Bohrung der als Hohlwelle ausgeformten Rotorwelle 20 so eingesetzt, dass zwischen dem dritten Fluidelement 21 und der Rotorwelle 20 ein Ringraum 22 ausgebildet ist, durch den Hydraulikfluid 10 aus der Rotorwelle 20 abführbar ist und Hydraulikfluid 10 aus dem Hydraulikspeicher 19 in den innenliegenden Kanal des dritten Fluidelements 21 zuführbar ist. Dies ist in der 3 durch die Punktlinie angedeutet. Das dritte Fluidleitelement 21 fördert durch seine konische Form das Hydraulikfluid 10 von dem Getriebeabschnitt 5 axial in Richtung der elektrischen Maschine 3. An dem dem Getriebeabschnitt 5 abgewandten Ende der Rotorwelle 20 wird das Hydraulikfluid 10 über radiale Öffnungen in dem dritten Fluidleitelement 21 über den Ringraum 22 zurück in den Getriebeabschnitt 5 geführt. Dabei nimmt das Hydraulikfluid 10 die Abwärme des Rotors 31 auf. Über radiale Öffnungen in der Rotorwelle 20 wird das so erwärmte Hydraulikfluid 10 zur Kühlung durch das Einlegeteil 29 geführt und über das Verbindungsteil 30 zurück in die Rotorwelle 20 geleitet.
In der 4 ist gezeigt, dass das erste Fluidleitelement 11 einen zylinderringabschnittsförmigen Boden 12 sowie sich von diesem Boden 12 in Radialrichtung erstreckende ringsegmentförmige Seitenwangen 13,23 aufweist, so dass sich eine schneckenhausähnliche Raumform des ersten Fluidleitelements 11 ergibt. Der Zylinderringabschnitt überstreicht hierbei wenigsten einen Bogen von 180°. Das erste Fluidleitelement 11 ist aus einem Kunststoff geformt.
5 zeigt das zweite Fluidleitelement 15 in einer Detailansicht. Man erkennt gut die einstückige Ausformung des zweiten Fluidleitelements 15 mit dem Hydraulikspeicher 19. Das zweite Fluidleitelement 15 besitzt einen im Wesentlichen ebenen Boden 26, der sich rutschenartig zum Hydraulikspeicher 19 hin erstreckt und in diesen mündet. Rechtwinklig zum Boden 26 ist dieser durch die Seitenwange 25 begrenzt. Das zweite Fluidleitelement 15 ist aus einem Kunststoff geformt.
Der erste Hydraulikpfad 16 fließt über den Boden 26 in Richtung des Hydraulikspeichers 19. Das Hydraulikfluid 10 wird dabei teilweise an den sich aus dem Boden 26 und der Seitenwange 25 herauserstreckenden Staurippen 32 aufgestaut und in eine Richtung quer zur Fließrichtung des ersten Hydraulikpfads 16 zum offenen Rand des Bodens 26 abgelenkt. Hierdurch erfolgt eine gezielte Kühlung der entsprechenden Rückwand des Getrieberaums 6. Hierdurch kann insbesondere die Kühlung der elektrischen Maschine 3 erfolgen.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Kraftfahrzeug
3: elektrische Maschine
4: Getriebeanordnung
5: Getriebeabschnitt
6: Getrieberaum
7: Zahnrad
8: Zahnrad
9: Ölsumpf
10: Hydraulikfluid
11: Fluidleitelement
12: Boden
13: Seitenwangen
14: bauliche Einheit
15: Fluidleitelement
16: Hydraulikpfad
17: Hydraulikpfad
18: Gehäuseabschnitt
19: Hydraulikspeicher
20: Rotorwelle
21: Fluidleitelement
22: Ringraum
23: Seitenwangen
24: Getriebedeckel
25: Seitenwange
26: Boden
27: Fluideingang
28: Kühlkanal
29: Einlegeteil
30: Verbindungsteil
31: Rotor
32: Staurippe

Claims

Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs (2) umfassend eine elektrische Maschine (3) und eine Getriebeanordnung (4), wobei die elektrische Maschine (3) und die Getriebeanordnung (4) eine bauliche Einheit (14) bilden, und die Getriebeanordnung (4) einen ersten Getriebeabschnitt (5) aufweist, der in einem ersten Getrieberaum (6) angeordnet ist, wobei der erste Getriebeabschnitt (5) ein erstes drehbar gelagertes Zahnrad (7) und ein mit diesem in Eingriff stehendes zweites drehbar gelagertes Zahnrad (8) aufweist, wobei der Getrieberaum (6) einen mit Hydraulikfluid (10) befüllten Ölsumpf (9) aufweist, und das erste Zahnrad (7) in den Ölsumpf (9) eingreift, so dass das erste Zahnrad (7) im Betrieb des elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs (1) durch Rotation Hydraulikfluid (10) aus dem Ölsumpf (9) transportiert und in dem Getrieberaum (6) verteilt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (7) von einem ersten in den Getrieberaum (6) einsetzbaren separaten Fluidleitelement (11) abschnittsweise umfänglich wie beidseits radial umfasst wird, so dass das erste Zahnrad (7) abschnittsweise in einem so ausgebildeten kanalartigen Abschnitt des ersten Fluidleitelements (11) rotiert, und das zweite Zahnrad (8) von einem zweiten in den Getrieberaum (6) einsetzbaren separaten Fluidleitelement (15) abschnittsweise umfänglich umfasst wird, wobei der Getrieberaum (6), das erste Fluidleitelement (11) und das zweite Fluidleitelement (15) so konfiguriert sind, und das Hydraulikfluid (10) in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit des ersten Zahnrads (7) auf einen ersten Hydraulikpfad (16) geleitet wird, der sich zwischen einem den Getrieberaum (6) begrenzenden Gehäuseabschnitt (18) und dem zweiten Fluidleitelement (15) erstreckt oder auf einen zweiten Hydraulikpfad (17) geleitet wird, der sich zwischen dem ersten Zahnrad (7) und dem zweiten Zahnrad (8) erstreckt.
Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hydraulikpfad (16) in einen Hydraulikspeicher (19) mündet, der in Schwerkraftrichtung oberhalb des Ölsumpfes (9) angeordnet ist, und welcher hydraulisch mit einer Rotorwelle (20) des Rotors (21) der elektrischen Maschine (3), welche in Schwerkraftrichtung unterhalb des Hydraulikspeichers (19) verläuft.
Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikspeicher (19) und das zweite Fluidleitelement (15) einstückig ausgebildet sind.
Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikspeicher (19) und/oder das zweite Fluidleitelement (15) aus einem Kunststoff gebildet sind/ist.
Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (20) ein sich konisch in axialer Richtung von dem ersten Getriebeabschnitt (5) zur elektrischen Maschine (3) hin aufweitendes rohrförmiges drittes Fluidleitelement (21) aufweist, das in eine zylindrische Bohrung der als Hohlwelle ausgeformten Rotorwelle (20) so eingesetzt ist, dass zwischen dem dritten Fluidelement (21) und der Rotorwelle ein Ringraum (22) ausgebildet ist, durch den Hydraulikfluid (10) aus der Rotorwelle (20) abführbar ist und Hydraulikfluid (10) aus dem Hydraulikspeicher (19) in den innenliegenden Kanal des dritten Fluidelements (21) zuführbar ist.
Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluidleitelement (11) einen zylinderringabschnittsförmigen Boden (12) sowie sich von diesem Boden (12) in Radialrichtung erstreckende ringsegmentförmige Seitenwangen (13,23) aufweist.
Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluidleitelement (11) aus einem Kunststoff geformt ist.
Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikspeicher (19), das zweite Fluidleitelement (15) und/oder das erste Fluidleitelement (11), jeweils formschlüssig in dem Getrieberaum (6) fixiert sind/ist.
Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getrieberaum (6) mittels eines vom Getrieberaum (6) lösbaren Getriebedeckels (24) verschließbar ist.
Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Getrieberaum (6) zumindest abschnittsweise von einem mit einem zweiten Kühlfluid durchströmbaren und hydraulisch vom Getrieberaum (6) getrennten Kühlkanal (28) gekoppelt ist.