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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, insbesondere einen Fahrzeug-Elektroantrieb, mit einem Getriebe.
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Elektrische Antriebseinheiten mit in einem Gehäuse integrierter Getriebestufe sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese können mit nass- oder trockenlaufendem Elektromotor ausgeführt sein und werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, müssen die Antriebseinheit und die Getriebestufe geschmiert werden. Dafür wird Öl mit Hilfe einer Pumpe von einem Ölreservoir durch die Antriebseinheit gefördert.
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Das Ölreservoir kann durch eine Trennwand in zwei Ölkammern unterteilt sein, welche nahe der axialen Enden der Rotorwelle sitzen, um dort das Öl von aktiv geschmierten Lagern aufzunehmen. Die beiden Ölkammern sind durch eine Trennwand voneinander getrennt, die einen Überströmkanal aufweist, damit Öl von einer Ölkammer in die benachbarte fließen kann. Durch zwei Ölkammern wird bei einer Schräglage der Antriebseinheit, zum Beispiel bei Bergfahrten nicht alles Öl an ein Ende strömen, und die Bewegung des Öls wird durch die Trennwand reduziert, verglichen mit einer großen Ölkammer. Üblicherweise sitzen auf beiden Enden der Rotorwelle mitrotierende Teile, die jedoch bei einem Ölüberschuss in der zugeordneten Ölkammer zu viel Öl aufnehmen und in obere Abschnitte der Ölkammer fördern, was unerwünscht ist. Ferner kann dann, wenn in einer Ölkammer sehr viel mehr Öl als in der benachbarten Ölkammer ist, abrupt über den Überströmungskanal Öl in die leerere Ölkammer schwappen und dort in Bereiche vordringen, die nicht mit Öl oder nicht mit viel Öl in Kontakt kommen sollten. In diesen Bereichen muss dann mit erhöhtem Aufwand abgedichtet werden.
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Solche Antriebseinheiten weisen für jede Ölkammer Entlüfter auf, um eine Entlüftung nach außen bereitzustellen, um bei stark ungleichmäßigem Ölstand oder starken Temperaturänderungen in den Kammern, den Druck im Luftbereich nicht zu groß oder klein werden zu lassen, was das Pumpen des Öls aus einer der Ölkammern zumindest erschweren würde.
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Der Nachteil dieser Antriebseinheiten besteht darin, dass ihr Einsatzgebiet stark eingeschränkt ist, da der Druckausgleich nach außen bei bestimmten Einbaulagen oder Fahrsituationen gestört sein kann und der Druckausgleich im Luftbereich der Ölkammern dann über den Überströmkanal stattfindet. Darum können solche Antriebseinheiten nicht für alle Einbaulagen oder Fahrsituationen verwendet werden, da z.B. bei besonders schrägen Einbaulagen oder extremen Fahrsituationen Öl abrupt bis zu den Entlüftern schwappen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrische Antriebseinheit mit in einem Gehäuse integrierter Getriebestufe bereitzustellen, die obige Nachteile verhindert und ein breiteres Einsatzgebiet abdeckt als die bekannten Antriebseinheiten.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebseinheit mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten Elektromotor, einem am Elektromotor angekoppelten Getriebe, mindestens zwei im Gehäuse angeordneten Ölkammern, die einen Ölbereich und einen Luftbereich aufweisen und im Ölbereich über einen Überströmkanal strömungsmäßig miteinander verbunden sind, einer Pumpe, wobei diese ansaugseitig mit einem Ölbereich strömungsverbunden ist und Öl durch die Ölkammern fördert, und einem Druckausgleichskanal, der in die Luftbereiche mündet und diese strömungsmäßig miteinander koppelt und für einen Druckausgleich zwischen den Luftbereichen sorgt. Dadurch ist ein Druckausgleich für alle Einbaulagen und Fahrsituationen sichergestellt und das Einsatzgebiet der elektrischen Antriebseinheit mit Getriebestufe wird vergrößert, denn ein abruptes Überschwappen von Öl von einer in die andere Ölkammer wird verhindert. Ferner ist stets der gleiche Druck in beiden Ölkammern vorhanden, und ein Entlüfter in jeder Ölkammer ist nicht mehr nötig. Insgesamt wird der Ölaustritt damit wirksam verhindert und es wird eine gleichmäßige Ölverteilung sichergestellt.
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Vorzugsweise sind die Ölbereiche an entgegengesetzten axialen Endbereichen des Elektromotors vorgesehen. Auf diese Weise können die Ölbereiche möglichst einfach in das Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit integriert werden und die Ölbereiche befinden sich nahe an den Stellen, an die das Öl gefördert werden soll und von denen Öl zurück zum Boden der Ölkammer fließt.
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Die Pumpe fördert z. B. Öl zu Lagern einer Rotorwelle und/oder eines Getriebes und/oder zu Zahnrädern des Getriebes. Somit werden nur oder vorzugsweise die Stellen der Antriebseinheit mit Öl versorgt, die aktiv geschmiert werden müssen.
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Vorzugsweise ist die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet und die Pumpe fördert Öl durch die Hohlwelle. Auf diese Weise wird Öl von einer Ölkammer nahe der Lager zu den Lagern in der anderen Ölkammer gefördert. Das Öl ist von der Hohlwelle aus leicht zu den Lagern und/oder Zahnrädern zu lenken.
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Vorzugsweise ist zumindest eine Trennwand zwischen den Ölkammern vorgesehen, die den Überströmkanal aufweist.
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Bevorzugt ist der Elektromotor in einem von den Ölkammern abgetrennten Motorraum angeordnet. Auf diese Weise kann ein trockenlaufender Elektromotor verwendet werden und das Öl gelangt nicht zum Rotor und zum Stator des Elektromotors.
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Vorteilhafterweise ist der Druckausgleichskanal, der in die Luftbereiche der Ölkammern mündet und diese strömungsmäßig miteinander koppelt, derart in dem Gehäuse positioniert, dass ein Eindringen von Öl in den Druckausgleichskanal verhindert und die strömungsmäßige Verbindung zwischen den Luftbereichen der Ölkammern sichergestellt wird. Beispielsweise können die Mündungsstellen in die Luftbereiche der Ölkammern weit entfernt von den Ölbereichen der Ölkammern oder hinter Vorsprüngen oder Rippen des Gehäuses positioniert sein, wodurch ein Eindringen von Öl in den Druckausgleichskanal verhindert wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Druckausgleichskanal durch eine mechanische Abschirmung vor Einlaufen von Öl aus den Ölkammern geschützt. Somit wird sichergestellt, dass der nur Luft führende Druckausgleichskanal in sämtlichen Einbaulagen und Fahrsituationen frei von Öl ist und der Druckausgleich zwischen den Ölkammern nicht behindert wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Abschirmung, insbesondere an beiden Mündungsstellen in den Luftbereichen, als eine luftdurchlässige, öldichte Membrane ausgebildet oder als eine Abschirmwand in jeder Ölkammer, insbesondere als eine labyrinthartige Abschirmung. Somit wird mit simplen Mitteln ein Eindringen von Öl in den Druckausgleichskanal verhindert und die strömungsmäßige Verbindung zwischen den Luftbereichen der Ölkammern sichergestellt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Druckausgleichskanal durch eine separate Luftleitung, insbesondere durch ein Rohr oder einen Schlauch gebildet, die komplett innerhalb des Gehäuses oder teilweise außerhalb des Gehäuses oder komplett außerhalb des Gehäuses verläuft. Dadurch wird ein besonders einfacher Aufbau erreicht. Es ist denkbar, dass ein derartiger Schlauch oder ein derartiges Rohr in einer bekannten Antriebseinheit nachgerüstet werden kann.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Druckausgleichskanal durch einen Kanal in der Gehäusewand gebildet. Dadurch wird kein weiteres Bauteil benötigt. Das Gehäuse ist dabei bevorzugt mehrteilig ausgebildet, um den Kanal möglichst einfach zu produzieren, z. B. durch Bohrungen oder beim Gießen. Es ist aber auch denkbar, dass das Gehäuse, bis auf einen Deckel, einteilig gestaltet wird und der Kanal z. B. mit Hilfe eines generativen Herstellungsverfahrens in das Gehäuse integriert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung gehen der Überströmkanal und der Druckausgleichskanal ineinander über und bilden Abschnitte eines gemeinsamen Verbindungskanals, wobei der Überströmkanal den, im Einbauzustand des Motors, unteren Bereich des Verbindungskanals bildet und der Druckausgleichskanal darüber liegt. So kann ein Druckausgleich zwischen den Luftbereichen der Ölkammern sichergestellt werden, ohne dass ein zusätzlicher Kanal gefertigt werden muss. Hierbei wird der Ölstand vorzugsweise so gewählt und der Verbindungskanal so angeordnet, dass in sämtlichen Fahrzuständen und Einbaulagen das Öl nie den gesamten Verbindungskanal ausfüllt.
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Die vorgeschlagene Antriebseinheit dient zum elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs. Dementsprechend weist die Antriebseinheit einen Elektromotor zur Bereitstellung einer Antriebsleistung für das Fahrzeug auf. Das Fahrzeug kann beispielsweise als Personenkraftwagen oder als Nutzfahrzeug ausgebildet sein. Das Nutzfahrzeug kann beispielsweise als Lastkraftwagen, Kleintransporter oder als Omnibus ausgebildet sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. In diesen zeigen:
- 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit, bei der der Druckausgleichskanal durch eine separate Luftleitung gebildet ist, die komplett innerhalb des Gehäuses verläuft,
- 2 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit, bei der der Druckausgleichskanal durch eine separate Luftleitung gebildet ist, die teilweise außerhalb des Gehäuses verläuft und
- 3 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit, bei der der Druckausgleichskanal durch einen Kanal in der Gehäusewand gebildet ist.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 mit einem Gehäuse 2 und einem Elektromotor 3 in einem im Gehäuse 2 angeordneten, abgetrennten und abgedichteten Motorraum 5. Bei dem Elektromotor 3 kann es sich z. B. um einen Asynchronmotor mit einem Stator und einem Rotor handeln.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Rotorwelle 7 als eine Hohlwelle ausgeführt. An die Rotorwelle 7 ist ein Getriebe 8, welches hier als ein Planetengetriebe ausgeführt ist, angekoppelt. Es ist aber auch möglich, dass andere Arten von Elektromotor und Getriebe in der Antriebseinheit 1 eingesetzt werden.
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Die Rotorwelle 7 ist über Lager 9 im Gehäuse abgestützt. Die Lager 9 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als Kugellager ausgeführt.
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Die Planetenräder 10 des Getriebes 8 sind über Lager 11 an einem Planetenträger 12 abgestützt. Die Lager 11 der Planetenräder 10 im Getriebe 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel hingegen als Nadellager ausgeführt.
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Die Rotorwelle 7 kann vom Elektromotor 3 angetrieben werden und überträgt das Drehmoment in der gezeigten Ausführungsform auf ein Sonnenrad 13 des Getriebes 8. Der Abtrieb findet über den Planetenträger 12 statt.
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Eine Pumpe 14 ist außenseitig am Gehäuse 2 angeordnet. Diese Pumpe 14 ist als eine Ölpumpe ausgeführt.
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Im Gehäuse 2 sind zwei Ölkammern 15, 16 angeordnet. Je nach Antriebseinheit ist es aber auch möglich, dass mehr als zwei Ölkammern vorhanden sind. Diese Ölkammern 15, 16 sind durch eine Trennwand 17 voneinander getrennt und durch einen symbolisch dargestellten Überströmkanal 18 strömungsmäßig verbunden. Diese Trennwand 17 ist in einem Bereich der axialen Mitte des Elektromotors 3 im Gehäuse 2 angeordnet.
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Darüber hinaus sind die Ölkammern 15, 16 über Dichtungen 19 vom Motorraum 5 des Elektromotors 3 getrennt.
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Die Ölkammern 15, 16 befinden sich hier an den axialen Endbereichen des Elektromotors 3, wo auch die Lager 9, 11 und das Getriebe 8 angeordnet sind. Der Überströmkanal 18 stellt eine weitere strömungsmäßige Verbindung der Ölkammern 15, 16 dar.
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Die Ölkammern 15,16 weisen jeweils einen im eingebauten Zustand unten liegenden Ölbereich 20 bzw. 21 und einen darüber liegenden Luftbereich 22, 23 auf.
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Der Ölbereich 20 der Ölkammer 16 liegt im eingebauten Zustand aufgrund einer leicht schrägen Position der Antriebseinheit 1 im Fahrzeug vertikal etwas unterhalb der Ölkammer 15 und hat daher die Funktion eines primären Ölreservoires.
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Die Pumpe 14 saugt im gezeigten Ausführungsbeispiel Öl aus diesem Ölbereich 20 der Ölkammer 16 über einen eigenen, in der Ölkammer 16 beginnenden Ansaugkanal 24 an.
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Der Ansaugkanal 24 ist ein separater Kanal, der vom Überströmkanal 18 beabstandet ist und unmittelbar seitlich der Ölkammer 15 zur Pumpe 14 führt.
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Die Pumpe 14 befördert das Öl in einen Kanal 25 im Inneren der Rotorwelle 7, die damit als Hohlwelle ausgeführt ist. Über diesen Kanal 25 sind die beiden Ölkammern 15, 16 zusätzlich miteinander verbunden.
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Vom Kanal 25 führt eine Öffnung 26 zum Lager 9 in der Ölkammer 15, sodass das Öl zum entsprechenden Lager geführt wird und dieses schmiert und kühlt.
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Aus dem Lager 9 abfließendes Öl ist dann bereits in der Ölkammer 15 und kann in deren Ölbereich 20 fließen.
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Am entgegengesetzten Ende der Rotorwelle 7 ist eine weitere Öffnung 27 vorgesehen, über die Öl einerseits zum Lager 9 in der Ölkammer 16 und andererseits zu den Planetenrädern 10 damit auch zum Sonnenrad 13 sowie über Öffnungen 28 zu den Lagern 11 der Planetenräder 10 gelangen kann. Auch die Verzahnung zu einem Hohlrad 29 des Planetengetriebes wird damit geschmiert.
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Auch hier kann das Öl dann innerhalb der Ölkammer 16 nach unten in den Ölbereich 21 fließen. Von dort wird es wieder über die Pumpe 14 angesaugt, sodass ein Kreislauf entsteht.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist ein Druckausgleichskanal 30 vorgesehen, der die Luftbereiche 22, 23 der beiden Ölkammern 15, 16 miteinander strömungsmäßig verbindet. Der Druckausgleichskanal 30 ist als eine gestrichelte Linie dargestellt und verläuft komplett innerhalb des Gehäuses 2 und kann hierbei beispielsweise als Rohr oder Schlauch ausgeführt sein. Gegebenenfalls kann das Rohr oder der Schlauch durch den Überströmkanal 18 geführt sein, ohne dessen Querschnitt zu stark zu limitieren.
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Die Enden und damit Mündungsstellen 31 des Druckausgleichskanals 30 münden dabei in die Luftbereiche 22, 23 der Ölkammern 15, 16 und gewährleisten somit einen Druckausgleich zwischen den Ölkammern 15, 16. Wird ein solcher Druckausgleichskanal 30 verwendet, müssen nicht für beide Ölkammern 15, 16 Entlüfter vorgesehen werden. Es ist somit ausreichend, wenn eine der beiden Ölkammern 15, 16 mit einem Entlüfter 32 versehen wird.
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Die Mündungsstellen 31 des Druckausgleichskanals 30 sind mit einer symbolisch dargestellten mechanischen Abschirmung 33 versehen, die das Öl daran hindert, in den Druckausgleichskanal 30 zu gelangen. Die mechanische Abschirmung 33 kann beispielsweise als eine Membran ausgeführt sein, welche luftdurchlässig aber öldicht ist. Eine derartige Membran kann z. B. am Ende des Druckausgleichskanals 30 angeordnet werden. Somit kann die Luft durch den Druckausgleichskanal 30 gelangen und für einen Druckausgleich sorgen, Öl wird jedoch von der Membran abgefangen.
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Es ist auch denkbar, dass die mechanische Abschirmung 33 als eine labyrinthartige Abschirmwand ausgebildet ist. Eine solche Abschirmwand kann z. B. direkt an den Mündungsstellen 31 des Druckausgleichskanals 30 angeordnet oder Teil der Wand des Gehäuses 2 sein. Der labyrinthartige Aufbau hindert das Öl daran, in den Druckausgleichskanal 30 zu gelangen, während Luft eine solche Labyrinth-Abschirmung passieren kann und somit für einen Druckausgleich zwischen den Ölkammern 15, 16 sorgt.
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2 und 3 zeigen weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1. Die prinzipielle Funktion entspricht dabei der Funktion der Ausführungsform aus 1. Daher wird nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen.
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Bei der Ausführungsform in 2 ist der Druckausgleichskanal 30 teilweise außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. Somit kann auf sehr einfache Weise z. B. eine Rohr- oder Schlauchverbindung zwischen den Luftbereichen 22, 23 der Ölkammern 15, 16 hergestellt werden. Dabei ist zu beachten, dass auch hier die Mündungsstellen 31 des Druckausgleichskanals 30 in die Luftbereiche 22, 23 der Ölkammern 15, 16 münden.
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In 3 ist der Druckausgleichskanal 30 als ein Kanal in einer Wand des Gehäuses 2 ausgebildet. Das Gehäuse 2 ist dabei bevorzugt mehrteilig ausgebildet, um den Druckausgleichskanal 30 dabei möglichst einfach zu produzieren, beispielsweise durch Bohrungen oder beim Gießen des Gehäuses 2 oder über ein generatives Fertigungsverfahren des Gehäuses 2. Dabei kann das Gehäuse 2 bis auf einen Deckel einstückig ausgebildet sein.
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In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform, gehen der Überströmkanal 18 und der Druckausgleichskanal 30 ineinander über und bilden Abschnitte eines gemeinsamen Verbindungskanals, wobei der Überströmkanal 18 den im Einbauzustand der Antriebseinheit 1 unteren Bereich des Verbindungskanals bildet und der Druckausgleichskanal 30 darüber liegt.
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Der Überströmkanal 18 befindet sich dabei also im Ölbereich 20, 21 und der darüber liegende Druckausgleichskanal 30 befindet sich im Luftbereich 22, 23. So kann ein Druckausgleich sichergestellt werden, ohne dass ein zusätzlicher Kanal gefertigt werden muss. Hierbei wird der Ölstand so gewählt und der Verbindungskanal so angeordnet, dass in sämtlichen üblichen Schräglagen des Fahrzeugs das Öl nie den gesamten Verbindungskanal ausfüllt und der Druckausgleichskanal 30 immer vorhanden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinheit
- 2
- Gehäuses
- 3
- Elektromotor
- 5
- Motorraum
- 7
- Rotorwelle
- 8
- Getriebe
- 9
- Lager
- 10
- Planetenräder
- 11
- Lager
- 12
- Planetenträger
- 13
- Sonnenrad
- 14
- Pumpe
- 15
- Ölkammer
- 16
- Ölkammer
- 17
- Trennwand
- 18
- Überströmkanal
- 19
- Dichtungen
- 20
- Ölbereich
- 21
- Ölbereich
- 22
- Luftbereichen
- 23
- Luftbereich
- 24
- Ansaugkanal
- 25
- Kanal
- 26
- Öffnung
- 27
- Öffnung
- 28
- Öffnungen
- 29
- Hohlrad
- 30
- Druckausgleichskanals
- 31
- Mündungsstellen
- 32
- Entlüfter
- 33
- Abschirmung
