DE102021123307B4 - Electric axle drive train - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantriebsstrang (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug (2), umfassend eine elektrische Maschine (3), mit einem relativ zu einem Stator (4) drehbar gelagerten Rotor (5) mit einer Rotorwelle (15), sowie eine von einem Hydraulikfluid (13) beaufschlagten Getriebeanordnung (7), welche drehmomentübertragend mit dem Rotor (5) der elektrischen Maschine (3) koppelbar ist und die elektrische Maschine (3) sowie die Getriebeanordnung (7) eine bauliche Einheit (6) bilden, und die Rotorwelle (15) axial in ein Differentialgetriebe (70) der Getriebeanordnung (7) eingreift, wobei das Differentialgetriebe (70) ein koaxial zur Rotorwelle (15) angeordnetes Differentialsonnenrad (71) aufweist, welches drehmomentübertragend mit einer ersten Abtriebswelle (72) des elektrischen Achsantriebsstrangs (1) verbunden ist, wobei eine Rotorscheibe (8) drehmomentübertragend mit der Rotorwelle (15) wirkverbunden und derart ausgestaltet ist, dass die Rotorscheibe (8) und das Differentialsonnenrad (71) eine Labyrinthdichtung (11) mit einem Dichtspalt (12) ausbilden, die einen von Hydraulikfluid (13) beaufschlagten Nassraum (19) des Differentialgetriebes (70) von einem Trockenraum (14) der elektrischen Maschine (3) trennt und die Rotorscheibe (8) derart konfiguriert ist, dass bei einer Rotation der Rotorwelle (15) und/oder des Differentialsonnenrads (71) in dem Dichtspalt (12) eine in Richtung des Nassraums (19) orientierte zentrifugalkraftbewirkte Schleuderwirkung auf das Hydraulikfluid (13) bewirkt ist.The invention relates to an electric axle drive train (1) for an electrically driven motor vehicle (2), comprising an electric machine (3) with a rotor (5) which is rotatably mounted relative to a stator (4) and has a rotor shaft (15), and a gear arrangement (7) which is acted upon by a hydraulic fluid (13), which can be coupled to the rotor (5) of the electric machine (3) in a torque-transmitting manner, and the electric machine (3) and the gear arrangement (7) form a structural unit (6), and the rotor shaft (15) engages axially in a differential gear (70) of the gear arrangement (7), wherein the differential gear (70) has a differential sun gear (71) which is arranged coaxially to the rotor shaft (15) and which is connected to a first output shaft (72) of the electric axle drive train (1) in a torque-transmitting manner, wherein a rotor disk (8) is operatively connected to the rotor shaft (15) in a torque-transmitting manner and is designed in such a way that that the rotor disk (8) and the differential sun gear (71) form a labyrinth seal (11) with a sealing gap (12) which separates a wet space (19) of the differential gear (70) acted upon by hydraulic fluid (13) from a dry space (14) of the electrical machine (3), and the rotor disk (8) is configured such that when the rotor shaft (15) and/or the differential sun gear (71) rotate in the sealing gap (12), a centrifugal force-induced spinning effect oriented in the direction of the wet space (19) is brought about on the hydraulic fluid (13).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantriebsstrang für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine, mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor mit einer Rotorwelle, sowie eine von einem Hydraulikfluid beaufschlagten Getriebeanordnung, welche drehmomentübertragend mit dem Rotor der elektrischen Maschine koppelbar ist und die elektrische Maschine sowie die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und die Rotorwelle axial in ein Differentialgetriebe der Getriebeanordnung eingreift, wobei das Differentialgetriebe ein koaxial zur Rotorwelle angeordnetes Differentialsonnenrad aufweist, welches drehmomentübertragend mit einer ersten Abtriebswelle des elektrischen Achsantriebsstrangs verbunden ist.The present invention relates to an electric axle drive train for an electrically driven motor vehicle, comprising an electric machine with a rotor rotatably mounted relative to a stator with a rotor shaft, and a gear arrangement acted upon by a hydraulic fluid, which can be coupled to the rotor of the electric machine in a torque-transmitting manner and the electric machine and the gear arrangement form a structural unit, and the rotor shaft engages axially in a differential gear of the gear arrangement, wherein the differential gear has a differential sun gear arranged coaxially to the rotor shaft, which is connected to a first output shaft of the electric axle drive train in a torque-transmitting manner.

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.Electric motors are increasingly being used to power motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels. Considerable efforts have already been made to improve the suitability of electric drives for everyday use and to offer users the same driving comfort they are used to.

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.A detailed description of an electric drive can be found in an article in the magazine ATZ 113th year, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: Highly integrated and flexible electric drive unit for electric vehicles, which probably represents the closest state of the art. This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor that is arranged concentrically and coaxially to a bevel gear differential, with a switchable 2-speed planetary gear set arranged in the power train between the electric motor and the bevel gear differential, which is also positioned coaxially to the electric motor or the bevel gear differential or spur gear differential. The drive unit is very compact and, thanks to the switchable 2-speed planetary gear set, allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption. Such drive units are also referred to as e-axles or electrically operated drive trains.

In der Regel ist es bei derartigen E-Achsen notwendig, den mit einem Hydraulikfluid beaufschlagten Getrieberaum gegenüber dem als Trockenraum ausgebildeten Luftspalt zwischen Stator und Rotor der elektrischen Maschine der E-Achse abzudichten. Diese Dichtstelle stellt durch die vergleichsweisen hohen Umdrehungszahlen des Rotors hohe Anforderungen an eine reibungsarme Ausführung der entsprechenden Dichtung, welche von schleifenden Dichtungen mit geringem Anpressdruck jedoch nicht immer erfüllt werden können.As a rule, with such electric axles it is necessary to seal the gear chamber, which is supplied with hydraulic fluid, from the air gap, which is designed as a dry space, between the stator and rotor of the electric machine of the electric axle. Due to the comparatively high number of revolutions of the rotor, this sealing point places high demands on a low-friction design of the corresponding seal, which cannot always be met by sliding seals with low contact pressure.

Die DE 10 2013 225 519 A1 zeigt ein Planetengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer ein Sonnenrad bildenden Eingangswelle, mit einem Planetenträger, der einen ersten Satz von Planetenrädern und einen zweiten Satz von Planetenrädern trägt, mit einem ersten Hohlrad, das dem ersten Satz von Planetenrädern zugeordnet ist, mit einem zweiten Hohlrad, das dem zweiten Satz von Planetenrädern zugeordnet ist, mit einem ersten Feststellmittel, mittels dessen das erste Hohlrad feststellbar ist, und mit einem zweiten Feststellmittel, mittels dessen das zweite Hohlrad feststellbar ist.The EN 10 2013 225 519 A1 shows a planetary gear, in particular for a motor vehicle, with an input shaft forming a sun gear, with a planet carrier which carries a first set of planet gears and a second set of planet gears, with a first ring gear which is assigned to the first set of planet gears, with a second ring gear which is assigned to the second set of planet gears, with a first locking means by means of which the first ring gear can be locked, and with a second locking means by means of which the second ring gear can be locked.

Die DE 91 15 647 U1 zeigt einen Antriebsmotor, dessen Welle am antriebsseitigen Ende mittels eines Lagers gelagert und hohl ausgebildet ist, wobei ein mit einem Achsansatz versehenes Ritzel mittels des in das hohl ausgebildete Wellenende eingeführten Achsansatzes mit der Welle drehfest verbunden ist, wobei das Lager auf der dem hohl ausgebildeten Wellenende abgewandten Seite des Ritzels auf einem mit diesem verbundenen Wellenstummel angeordnet und in die Lagerbohrung eines über ein Endschild mit dem Motorgehäuse verbundenen Lagerschildes eingesetzt ist.The DE 91 15 647 U1 shows a drive motor, the shaft of which is supported at the drive-side end by means of a bearing and is hollow, wherein a pinion provided with an axle shoulder is connected to the shaft in a rotationally fixed manner by means of the axle shoulder inserted into the hollow shaft end, wherein the bearing is arranged on the side of the pinion facing away from the hollow shaft end on a shaft stub connected to the latter and is inserted into the bearing bore of a bearing shield connected to the motor housing via an end shield.

Die US 2019/ 0 337 505 A1 zeigt einen Elektroantrieb zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs.The US 2019/ 0 337 505 A1 shows an electric drive for powering a motor vehicle.

Die DE 10 2011 076 527 A1 zeigt einen elektrischen Fahrantrieb für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine, die über ein Zwischengetriebe mit einem Abtrieb gekoppelt ist, wobei ein die elektrische Maschine und das Zwischengetriebe aufnehmendes Antriebsgehäuse vorgesehen ist, in dem ein gemeinsamer, passiv betriebener Ölkreislauf zum Schmieren und/oder Kühlen vorgesehen ist.The EN 10 2011 076 527 A1 shows an electric drive for a vehicle with an electric machine which is coupled to an output via an intermediate gear, wherein a drive housing is provided which accommodates the electric machine and the intermediate gear and in which a common, passively operated oil circuit is provided for lubrication and/or cooling.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung einen elektrischen Achsantriebsstrang für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug bereitzustellen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme reduziert oder vollständig beseitigt und einen besonders reibungsarmen Betrieb ermöglicht.It is therefore the object of the invention to provide an electric axle drive train for an electrically driven motor vehicle that reduces or completely eliminates the problems known from the prior art and enables particularly low-friction operation.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Achsantriebsstrang für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine, mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor mit einer Rotorwelle, sowie eine von einem Hydraulikfluid beaufschlagten Getriebeanordnung, welche drehmomentübertragend mit dem Rotor der elektrischen Maschine koppelbar ist und die elektrische Maschine sowie die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und die Rotorwelle axial in ein Differentialgetriebe der Getriebeanordnung eingreift, wobei das Differentialgetriebe ein koaxial zur Rotorwelle angeordnetes Differentialsonnenrad aufweist, welches drehmomentübertragend mit einer ersten Abtriebswelle des elektrischen Achsantriebsstrangs verbunden ist, wobei eine Rotorscheibe drehmomentübertragend mit der Rotorwelle wirkverbunden und derart ausgestaltet ist, dass die Rotorscheibe und das Differentialsonnenrad eine Labyrinthdichtung mit einem Dichtspalt ausbilden, die einen von Hydraulikfluid beaufschlagten Nassraum des Differentialgetriebes von einem Trockenraum der elektrischen Maschine trennt und die Rotorscheibe derart konfiguriert ist, dass bei einer Rotation der Rotorwelle und/oder des Differentialsonnenrads in dem Dichtspalt eine in Richtung des Nassraums orientierte zentrifugalkraftbewirkte Schleuderwirkung auf das Hydraulikfluid bewirkt ist.This object is achieved by an electric axle drive train for an electrically driven motor vehicle, comprising an electric machine, with a rotor rotatably mounted relative to a stator with a rotor shaft, and a gear arrangement acted upon by a hydraulic fluid, which can be coupled to the rotor of the electric machine in a torque-transmitting manner and the electric machine and the gear arrangement form a structural unit, and the rotor shaft engages axially in a differential gear of the gear arrangement, wherein the differential gear has a has a differential sun gear arranged coaxially to the rotor shaft, which is connected to a first output shaft of the electric axle drive train in a torque-transmitting manner, wherein a rotor disk is operatively connected to the rotor shaft in a torque-transmitting manner and is designed such that the rotor disk and the differential sun gear form a labyrinth seal with a sealing gap, which separates a wet space of the differential gear acted upon by hydraulic fluid from a dry space of the electric machine, and the rotor disk is configured such that when the rotor shaft and/or the differential sun gear rotates in the sealing gap, a centrifugal force-induced centrifugal effect oriented in the direction of the wet space is caused on the hydraulic fluid.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass aus einer Kombination von Schleuderscheibe (Rotorscheibe) und Labyrinthdichtung eine kontaktlose Dichtung mit hoher Dichtwirkung bereitgestellt werden kann.This provides the advantage that a contactless seal with a high sealing effect can be provided from a combination of centrifugal disc (rotor disc) and labyrinth seal.

Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.First, the individual elements of the claimed subject matter of the invention are explained in the order in which they appear in the set of claims, and particularly preferred embodiments of the subject matter of the invention are described below.

Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs kann wenigstens eine elektrische Maschine und wenigstens eine Getriebeanordnung umfassen, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung bevorzugt jeweils eine bauliche Einheit bilden. Bevorzugt weist der elektrische Achsantriebsstrang eine erste elektrische Maschine mit einer ersten Getriebeanordnung sowie eine zweite elektrische Maschine und mit einer zweiten Getriebeanordnung auf.An electric axle drive train of a motor vehicle can comprise at least one electric machine and at least one transmission arrangement, wherein the electric machine and the transmission arrangement preferably each form a structural unit. The electric axle drive train preferably has a first electric machine with a first transmission arrangement and a second electric machine with a second transmission arrangement.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass jeweils eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. 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 der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.In particular, it can be provided that an electric machine and a transmission arrangement are arranged in a common drive train housing. Alternatively, it would of course also be possible for the electric machine to have a motor housing and the transmission to have a transmission housing, with the structural unit then being able to be achieved by fixing the transmission arrangement relative to the electric machine. This structural unit is sometimes also referred to as an electric axle.

Die elektrischen Maschinen und die Getriebeanordnungen können auch jeweils oder gemeinsam in einem Antriebsstranggehäuse aufgenommen sein. Das Antriebsstranggehäuse ist zumindest zur Aufnahme der elektrischen Maschine und der Getriebeanordnung vorgesehen. Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das Antriebsstranggehäuse aus einem Kunststoff zu bilden.The electric machines and the gear arrangements can also be accommodated individually or together in a drive train housing. The drive train housing is provided at least to accommodate the electric machine and the gear arrangement. The drive train housing is preferably formed from a metallic material, particularly preferably from aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary forming process such as casting or die casting. In principle, however, it would also be possible to form the drive train housing from a plastic.

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.The drive train housing can particularly preferably have a pot-like basic shape, so that the electric machine and the transmission can be inserted into the drive train housing via the open front side of the housing.

Eine elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und 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 angeordneten Teil.An electrical machine is used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and usually comprises a stationary part known as a stator, stand or armature, and a part known as a rotor or runner which is arranged to be movable relative to the stationary part.

Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine als Radial- oder Axialflussmaschine ausgebildet sein. Um einen axial besonders kompakt bauende Achsantriebsstrang auszubilden, sind Axialflussmaschinen zu bevorzugen.In connection with the invention, the electrical machine can be designed as a radial or axial flux machine. In order to form an axle drive train that is particularly compact in terms of axial flow, axial flux machines are preferred.

Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. 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.The electric machine is intended in particular for use within an electrically operated drive train of a motor vehicle. In particular, the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds of greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved. The electric motor particularly preferably has an output of greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 70 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds of greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, very particularly preferably greater than 12,500 rpm.

Die Getriebeanordnung des elektrischen Achsantriebsstrangs 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.The transmission arrangement of the electric axle drive train can be coupled in particular to the electric machine, which is designed to generate a drive torque for the motor vehicle. The drive torque is particularly preferably a main drive torque, so that the motor vehicle is driven exclusively by the drive torque.

Die Getriebeanordnung kann 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.The gear arrangement can include a differential gear. A differential gear is a planetary gear with one input and two outputs. It usually has the function of driving two to drive the wheels of a motor vehicle in such a way that they can rotate at different speeds in curves, but with the same propulsive force.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rotorscheibe kegelstumpfringförmig ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass sich hierdurch eine besonders langer Dichtspalt ergibt und durch die kegelstumpfartige Ausbildung der Scheiben eine hohe Formstabilität, insbesondere auch bei hohen Umdrehungszahlen realisiert werden kann. Des Weiteren kann durch die kegelstumpfförmige Ausbildung der Rotorscheibe eine zentrifugalkraftbewirkte Axialkraftkomponente auf das Hydraulikfluid beaufschlagt werden, so dass das Hydraulikfluid bei Kontakt mit der Rotorscheibe und/oder im Dichtspalt stets in Richtung des Nassraums geführt wird, was die Dichtwirkung weiter verbessert.According to an advantageous embodiment of the invention, the rotor disk can be designed in the shape of a truncated cone. The advantage of this embodiment is that this results in a particularly long sealing gap and the truncated cone design of the disks enables a high degree of dimensional stability to be achieved, particularly at high speeds. Furthermore, the truncated cone design of the rotor disk allows an axial force component caused by centrifugal force to be applied to the hydraulic fluid, so that the hydraulic fluid is always guided in the direction of the wet space when it comes into contact with the rotor disk and/or in the sealing gap, which further improves the sealing effect.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Rotorscheibe aus einem metallischen Blech geformt ist, wodurch sich die Scheibe besonders kostengünstig fertigen lässt.According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the rotor disk is formed from a metallic sheet, whereby the disk can be manufactured particularly cost-effectively.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Rotorscheibe mittels eines Tiefziehverfahrens geformt ist, was ebenfalls zu einer kostengünstigen Fertigung der Scheibe beiträgt.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the rotor disk is formed by means of a deep-drawing process, which also contributes to a cost-effective production of the disk.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Rotorscheibe an einem mit der Rotorwelle drehmomentübertragend verbundenen Sonnenrad eines Planetengetriebes drehfest angeordnet ist. Auch hierdurch lässt sich die Wirkung erzielen, dass die Rotorscheibe kostengünstig herstellbar und montierbar ausgeführt werden kann. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Rotorscheibe an einem mit der Rotorwelle drehmomentübertragend verbundenen Sonnenrad eines Planetengetriebes drehfest angeordnet ist.According to another particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the rotor disk is arranged in a rotationally fixed manner on a sun gear of a planetary gear that is connected to the rotor shaft in a torque-transmitting manner. This also makes it possible to achieve the effect that the rotor disk can be manufactured and assembled in a cost-effective manner. Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the rotor disk is arranged in a rotationally fixed manner on a sun gear of a planetary gear that is connected to the rotor shaft in a torque-transmitting manner.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Differentialsonnenrad an seinem zur Rotorwelle in gerichteten distalen Ende einen ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitt mit einem ersten Winkel zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitts und einen sich an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitt mit einem zweiten Winkel zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitts aufweist, wobei der erste Winkel größer ist als der zweite Winkel. Hierdurch kann die Labyrinthdichtung weiter verbessert werden..In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the differential sun gear has, at its distal end directed towards the rotor shaft, a first frustoconical ring-shaped section with a first angle between a surface line and a frustoconical axis of the first frustoconical ring-shaped section and a second frustoconical ring-shaped section adjoining the first section with a second angle between a surface line and a frustoconical axis of the second frustoconical ring-shaped section, wherein the first angle is larger than the second angle. This can further improve the labyrinth seal.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Rotorscheibe einen ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitt mit einem ersten Winkel zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitts und einen sich an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitt mit einem zweiten Winkel zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitts aufweist, wobei der erste Winkel größer ist als der zweite Winkel, was ebenfalls zu einer weiteren Optimierung der Labyrinthdichtung beitragen kann.It may also be advantageous to further develop the invention in such a way that the rotor disk has a first frustoconical ring-shaped section with a first angle between a surface line and a frustoconical axis of the first frustoconical ring-shaped section and a second frustoconical ring-shaped section adjoining the first section with a second angle between a surface line and a frustoconical axis of the second frustoconical ring-shaped section, wherein the first angle is greater than the second angle, which can also contribute to a further optimization of the labyrinth seal.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das Differentialsonnenrad eine der Rotorscheibe angepasste Kontur aufweist, so dass der Dichtspalt eine im Wesentlichen gleichbleibende Spalthöhe über die Erstreckung des Dichtspalts besitzt. Auch hierdurch kann eine Verbesserung der Dichtwirkung der Labyrinthdichtung erreicht werden.According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that the differential sun gear has a contour adapted to the rotor disk, so that the sealing gap has a substantially constant gap height over the extent of the sealing gap. This can also improve the sealing effect of the labyrinth seal.

Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Rotorwelle und/oder das Sonnenrad des Planetengetriebes an ihrem jeweiligen zum Differentialsonnenrad hin gerichteten distalen Ende an ihrer innen Mantelfläche eine sich zum Differentialsonnenrad hin öffnende konusförmige Kontur aufweisen/ aufweist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt ist insbesondere, dass Schmierung beaufschlagt. Das Hydraulikfluid 13 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Getriebeöl. Die Getriebeanordnung 7 ist drehmomentübertragend mit dem Rotor 5 der elektrischen Maschine 3 koppelbar.Finally, the invention can also be advantageously designed such that the rotor shaft and/or the sun gear of the planetary gear have/have a conical contour opening towards the differential sun gear on their respective distal end directed towards the differential sun gear on their inner surface. The advantage that this results in is in particular that lubrication is applied. In the embodiment shown, the hydraulic fluid 13 is a gear oil. The gear arrangement 7 can be coupled to the rotor 5 of the electric machine 3 in a torque-transmitting manner.

Die Rotorwelle 15 greift axial in ein Differentialgetriebe 70 der Getriebeanordnung 7 ein, was besonders gut in der 3 zu erkennen ist.The rotor shaft 15 engages axially in a differential gear 70 of the gear arrangement 7, which is particularly good in the 3 can be recognized.

In der Ausführungsform der 3 umfasst die Rotorwelle 15 ein Sonnenrad 20, das in das Planetengetriebe 21 eingreift. Das Sonnenrad 20 kann einstückig oder mehrstückig mit der Rotorwelle 15 ausgebildet bzw. verbunden sein. Das Sonnenrad 20 ist somit im Sinne dieser Anmeldung ein Teil der Rotorwelle 15.In the embodiment of the 3 the rotor shaft 15 comprises a sun gear 20 which engages in the planetary gear 21. The sun gear 20 can be formed or connected to the rotor shaft 15 in one piece or in multiple pieces. The sun gear 20 is therefore a part of the rotor shaft 15 in the sense of this application.

Das Differentialgetriebe 70 weist ein koaxial zur Rotorwelle 15 angeordnetes Differentialsonnenrad 71 auf, welches drehmomentübertragend mit einer ersten als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 72 des elektrischen Achsantriebsstrangs 1 verbunden ist.The differential gear 70 has a differential sun gear 71 arranged coaxially to the rotor shaft 15, which is connected in a torque-transmitting manner to a first output shaft 72 of the electric axle drive train 1, which is designed as a hollow shaft.

Wie aus der Detailansicht der 4 hervorgeht, ist eine Rotorscheibe 8 drehmomentübertragend mit der Rotorwelle 15 bzw. dem Sonnenrad 20 wirkverbunden und derart ausgestaltet, dass die Rotorscheibe 8 und das Differentialsonnenrad 71 eine Labyrinthdichtung 11 mit einem Dichtspalt 12 ausbilden, die einen von Hydraulikfluid 13 beaufschlagten Nassraum 19 des Differentialgetriebes 70 von einem Trockenraum 14 der elektrischen Maschine 3 trennt. Die Rotorscheibe 8 ist derart konfiguriert, dass bei einer Rotation der Rotorwelle 15 und/oder des Differentialsonnenrads 71 in dem Dichtspalt 12 eine in Richtung des Nassraums 19 orientierte zentrifugalkraftbewirkte Schleuderwirkung auf das Hydraulikfluid 13 bewirkt ist.As can be seen from the detailed view of the 4 As can be seen, a rotor disk 8 is operatively connected to the rotor shaft 15 or the sun gear 20 in a torque-transmitting manner and is designed such that the rotor disk 8 and the differential sun gear 71 form a labyrinth seal 11 with a sealing gap 12 which separates a wet space 19 of the differential gear 70, which is acted upon by hydraulic fluid 13, from a dry space 14 of the electric machine 3. The rotor disk 8 is configured such that when the rotor shaft 15 and/or the differential sun gear 71 rotates in the sealing gap 12, a centrifugal force-induced centrifugal effect oriented in the direction of the wet space 19 is brought about on the hydraulic fluid 13.

Dies wird anhand der Detailansicht in der 5 weiter erläutert. Man erkennt zunächst, dass die Rotorscheibe 8 kegelstumpfringförmig ausgebildet ist.This is shown in the detailed view in the 5 explained further. Firstly, it can be seen that the rotor disk 8 is formed in the shape of a truncated cone.

In der gezeigten Ausführungsform ist die Rotorscheibe 8 aus einem metallischen Blech mittels eines Tiefziehverfahrens geformt. Die Rotorscheibe 8 ist mittels einer Presspassung drehfest an der Rotorwelle 15 bzw. dem Sonnenrad 20 fixiert. Hierzu weist die Rotorscheibe 8 einen im Wesentlichen axial verlaufenden Ringabschnitt 9 auf, der an der Rotorwelle 15 bzw. dem Sonnenrad 20 anliegt.In the embodiment shown, the rotor disk 8 is formed from a metal sheet using a deep-drawing process. The rotor disk 8 is fixed to the rotor shaft 15 or the sun gear 20 in a rotationally fixed manner using a press fit. For this purpose, the rotor disk 8 has a substantially axially extending ring section 9 which rests against the rotor shaft 15 or the sun gear 20.

Das Differentialsonnenrad 71 weist an seinem zur Rotorwelle 15 hin gerichteten distalen Ende 26 einen ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitt 22 mit einem ersten Winkel 23 zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitts 22 und einen sich an den ersten Abschnitt 22 anschließenden zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitt 24 mit einem zweiten Winkel 25 zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitts 24 auf. Man erkennt gut, dass der erste Winkel 23 größer ist als der zweite Winkel 25.The differential sun gear 71 has, at its distal end 26 directed toward the rotor shaft 15, a first frustoconical ring-shaped section 22 with a first angle 23 between a surface line and a frustoconical axis of the first frustoconical ring-shaped section 22 and a second frustoconical ring-shaped section 24 adjoining the first section 22 with a second angle 25 between a surface line and a frustoconical axis of the second frustoconical ring-shaped section 24. It can be clearly seen that the first angle 23 is larger than the second angle 25.

Analog hierzu besitzt die Rotorscheibe 8 einen ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitt 27 mit einem ersten Winkel 28 zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitts 27 und einen sich an den ersten Abschnitt 27 anschließenden zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitt 29 mit einem zweiten Winkel 30 zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitts 29 aufweist, wobei auch hier der erste Winkel 28 größer ist als der zweite Winkel 30.Analogously, the rotor disk 8 has a first frustoconical ring-shaped section 27 with a first angle 28 between a surface line and a frustoconical axis of the first frustoconical ring-shaped section 27 and a second frustoconical ring-shaped section 29 adjoining the first section 27 with a second angle 30 between a surface line and a frustoconical axis of the second frustoconical ring-shaped section 29, wherein here too the first angle 28 is greater than the second angle 30.

Das Differentialsonnenrad 71 weist somit eine der Rotorscheibe 8 angepasste Kontur auf, so dass der Dichtspalt 12 eine im Wesentlichen gleichbleibende Spalthöhe über die Erstreckung des Dichtspalts 12 besitzt.The differential sun gear 71 thus has a contour adapted to the rotor disk 8, so that the sealing gap 12 has a substantially constant gap height over the extent of the sealing gap 12.

Die Rotorwelle 15 und/oder das Sonnenrad 20 des Planetengetriebes 21 besitzt ferner an ihrem jeweiligen zum Differentialsonnenrad 71 hin gerichteten distalen Ende 31 an ihrer innen Mantelfläche 32 eine sich zum Differentialsonnenrad 71 hin öffnende konusförmige Kontur 33, so dass im Betrieb des Achsantriebsstrangs 1 eine zentrifugalkraftbewirkte Axialkraftbeaufschlagung des Hydraulikfluids 13 erfolgt, sollte dieses in den Trockenraum 14 gelangen. Hierdurch wird ein Herausführen des Hydraulikfluids 13 aus dem Trockenraum 14 unterstützt.The rotor shaft 15 and/or the sun gear 20 of the planetary gear 21 also has, on its respective distal end 31 directed toward the differential sun gear 71, a conical contour 33 on its inner surface 32 that opens toward the differential sun gear 71, so that during operation of the axle drive train 1, an axial force is applied to the hydraulic fluid 13 by centrifugal force should it enter the dry space 14. This assists in leading the hydraulic fluid 13 out of the dry space 14.

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.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The above description is therefore not to be regarded as restrictive, but as explanatory. The following patent claims are to be understood in such a way that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' features, this designation serves to distinguish between two similar features without establishing a ranking.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
AchsantriebsstrangAxle drive train
22
KraftfahrzeugMotor vehicle
33
elektrische Maschineelectric machine
44
Statorstator
55
Rotorrotor
66
bauliche Einheitstructural unit
77
GetriebeanordnungGear arrangement
88th
RotorscheibeRotor disc
99
Ringabschnitt Ring section
1111
LabyrinthdichtungLabyrinth seal
1212
DichtspaltSealing gap
1313
HydraulikfluidHydraulic fluid
1414
TrockenraumDrying room
1515
Rotorwelle Rotor shaft
1818
Wälzlagerroller bearing
1919
NassraumWet room
2020
SonnenradSun gear
2121
PlanetengetriebePlanetary gear
2222
AbschnittSection
2323
Winkelangle
2424
AbschnittSection
2525
Winkelangle
2626
EndeEnd
2727
AbschnittSection
2828
Winkelangle
2929
AbschnittSection
3030
Winkelangle
3131
EndeEnd
3232
MantelflächeShell surface
3333
Kontur Contour
7070
DifferentialgetriebeDifferential gear
7171
erstes Differentialsonnenradfirst differential sun gear
7272
AbtriebswelleOutput shaft
7373
zweites Differentialsonnenradsecond differential sun gear

Claims (10)

Elektrischer Achsantriebsstrang (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug (2), umfassend eine elektrische Maschine (3), mit einem relativ zu einem Stator (4) drehbar gelagerten Rotor (5) mit einer Rotorwelle (15), sowie eine von einem Hydraulikfluid (13) beaufschlagten Getriebeanordnung (7), welche drehmomentübertragend mit dem Rotor (5) der elektrischen Maschine (3) koppelbar ist und die elektrische Maschine (3) sowie die Getriebeanordnung (7) eine bauliche Einheit (6) bilden, und die Rotorwelle (15) axial in ein Differentialgetriebe (70) der Getriebeanordnung (7) eingreift, wobei das Differentialgetriebe (70) ein koaxial zur Rotorwelle (15) angeordnetes Differentialsonnenrad (71) aufweist, welches drehmomentübertragend mit einer ersten Abtriebswelle (72) des elektrischen Achsantriebsstrangs (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotorscheibe (8) drehmomentübertragend mit der Rotorwelle (15) wirkverbunden und derart ausgestaltet ist, dass die Rotorscheibe (8) und das Differentialsonnenrad (71) eine Labyrinthdichtung (11) mit einem Dichtspalt (12) ausbilden, die einen von Hydraulikfluid (13) beaufschlagten Nassraum (19) des Differentialgetriebes (70) von einem Trockenraum (14) der elektrischen Maschine (3) trennt und die Rotorscheibe (8) derart konfiguriert ist, dass bei einer Rotation der Rotorwelle (15) und/oder des Differentialsonnenrads (71) in dem Dichtspalt (12) eine in Richtung des Nassraums (19) orientierte zentrifugalkraftbewirkte Schleuderwirkung auf das Hydraulikfluid (13) bewirkt ist.Electric axle drive train (1) for an electrically driven motor vehicle (2), comprising an electric machine (3) with a rotor (5) which is rotatably mounted relative to a stator (4) and has a rotor shaft (15), and a gear arrangement (7) which is acted upon by a hydraulic fluid (13), which can be coupled to the rotor (5) of the electric machine (3) in a torque-transmitting manner, and the electric machine (3) and the gear arrangement (7) form a structural unit (6), and the rotor shaft (15) engages axially in a differential gear (70) of the gear arrangement (7), wherein the differential gear (70) has a differential sun gear (71) which is arranged coaxially to the rotor shaft (15) and which is connected to a first output shaft (72) of the electric axle drive train (1) in a torque-transmitting manner, characterized in that a rotor disk (8) is operatively connected to the rotor shaft (15) in a torque-transmitting manner and is designed in such a way is that the rotor disk (8) and the differential sun gear (71) form a labyrinth seal (11) with a sealing gap (12) which separates a wet space (19) of the differential gear (70) acted upon by hydraulic fluid (13) from a dry space (14) of the electric machine (3), and the rotor disk (8) is configured such that when the rotor shaft (15) and/or the differential sun gear (71) rotate in the sealing gap (12), a centrifugal force-induced spinning effect oriented in the direction of the wet space (19) is brought about on the hydraulic fluid (13). Elektrischer Achsantriebsstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (8) kegelstumpfringförmig ausgebildet ist.Electric axle drive train (1) according to Claim 1 , characterized in that the rotor disk (8) is designed in the shape of a truncated cone. Elektrischer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (8) aus einem metallischen Blech geformt istElectric axle drive train (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor disk (8) is formed from a metallic sheet Elektrischer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (8) mittels eines Tiefziehverfahrens geformt ist.Electric axle drive train (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor disk (8) is formed by means of a deep-drawing process. Elektrischer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (8) mittels einer Presspassung an der Rotorwelle (15) fixiert ist.Electric axle drive train (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor disk (8) is fixed to the rotor shaft (15) by means of a press fit. Elektrischer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (8) an einem mit der Rotorwelle (15) drehmomentübertragend verbundenen Sonnenrad (20) eines Planetengetriebes (21) drehfest angeordnet ist.Electric axle drive train (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor disk (8) is arranged in a rotationally fixed manner on a sun gear (20) of a planetary gear (21) which is connected to the rotor shaft (15) in a torque-transmitting manner. Elektrischer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialsonnenrad (71) an seinem zur Rotorwelle (15) hin gerichteten distalen Ende (26) einen ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitt (22) mit einem ersten Winkel (23) zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitts (22) und einen sich an den ersten Abschnitt (22) anschließenden zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitt (24) mit einem zweiten Winkel (25) zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitts (24) aufweist, wobei der erste Winkel (23) größer ist als der zweite Winkel (25).Electric axle drive train (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the differential sun gear (71) has, at its distal end (26) directed towards the rotor shaft (15), a first frustoconical ring-shaped section (22) with a first angle (23) between a surface line and a frustoconical axis of the first frustoconical ring-shaped section (22) and a second frustoconical ring-shaped section (24) adjoining the first section (22) with a second angle (25) between a surface line and a frustoconical axis of the second frustoconical ring-shaped section (24), wherein the first angle (23) is greater than the second angle (25). Elektrischer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (8) einen ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitt (27) mit einem ersten Winkel (28) zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitts (27) und einen sich an den ersten Abschnitt (27) anschließenden zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitt (29) mit einem zweiten Winkel (30) zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitts (29) aufweist, wobei der erste Winkel (28) größer ist als der zweite Winkel (30).Electric axle drive train (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor disk (8) has a first frustoconical ring-shaped section (27) with a first angle (28) between a surface line and a frustoconical axis of the first frustoconical ring-shaped section (27) and a second frustoconical ring-shaped section (29) adjoining the first section (27) with a second angle (30) between a surface line and a frustoconical axis of the second frustoconical ring-shaped section (29), wherein the first angle (28) is greater than the second angle (30). Elektrischer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialsonnenrad (71) eine der Rotorscheibe (8) angepasste Kontur aufweist, so dass der Dichtspalt (12) eine im Wesentlichen gleichbleibende Spalthöhe über die Erstreckung des Dichtspalts (12) besitzt.Electric axle drive train (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the differential sun gear (71) has a contour adapted to the rotor disk (8), so that the sealing gap (12) has a substantially constant gap height over the extent of the sealing gap (12). Elektrischer Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (15) und/oder das Sonnenrad (20) des Planetengetriebes (21) an ihrem jeweiligen zum Differentialsonnenrad (71) hin gerichteten distalen Ende (31) an ihrer innen Mantelfläche (32) eine sich zum Differentialsonnenrad (71) hin öffnende konusförmige Kontur (33) aufweisen/ aufweist.Electric axle drive train (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor shaft (15) and/or the sun gear (20) of the planetary gear (21) have/has, at their respective distal end (31) directed towards the differential sun gear (71), a conical contour (33) opening towards the differential sun gear (71) on their inner circumferential surface (32).
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