WO2013050182A1 - Elektromotorische getriebevorrichtung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an electromotive transmission device for providing a drive torque for a vehicle, comprising a housing, with an electric motor for generating the drive torque, wherein the electric motor is arranged in a motor housing portion of the housing in an engine compartment, with a transmission for converting the drive torque, wherein the Transmission is disposed in a transmission housing portion of the housing in a transmission interior, with an oil sump portion, wherein the oil sump portion disposed in a ⁇ lsumpfgephinuseabêt bottom side to the transmission interior and fluidly connected thereto, and with an oil system, which is formed, oil from the transmission from the oil sump area refer to.
- Electromotive transmission devices such as electric axles, hybrid transmissions, etc. have been used in addition to, or in replacement of, internal combustion engines for providing drive torque to vehicles.
- Such electromotive transmission devices usually have at least one electric motor and at least one transmission, wherein the torque of the electric motor is converted in the transmission, and is used instead of a driving torque of an internal combustion engine or in addition to this for driving the vehicle.
- the document DE 699 235 53 T2 discloses a drive device with a liquid-cooled electric motor and a planetary gear and is probably the closest to the stand Technology.
- the electric motor is arranged in a housing, on the front side of a bearing plate is screwed, which also forms a receiving space for the planetary gear.
- cooling channels are introduced, which serve to cool the stator of the electric motor and form a cooling jacket.
- a cooling circuit is designed so that a coolant is passed through the cooling jacket of the housing and is subsequently directed into the bearing plate.
- the ring gear of the planetary gear in the bearing plate together with the bearing plate a pumping device for the coolant, so that the coolant is conveyed during a rotation of the ring gear through the pumping device and is circulated in the cooling circuit.
- the housing and the bearing plate each have interfaces, so that the coolant can pass from the housing to the bearing plate.
- the invention has for its object to propose an electromotive transmission device, which is easily manufactured and at the same time promises high reliability.
- an electromotive transmission device which is suitable and / or designed for providing a drive torque for a vehicle.
- the drive torque may be a main torque such that the electromotive transmission device drives the vehicle without further motors, it may be a partial torque where the vehicle is driven by a plurality of motors and may be an assist torque Drive torque one Main drive torque of another motor is superimposed.
- the vehicle can be driven, at least temporarily, exclusively by the electromotive transmission device at a speed greater than, for example, 50 km / h.
- the electromotive transmission device includes an electric motor that generates the drive torque. Furthermore, the electromotive transmission device comprises a transmission which converts the drive torque. Implementation may be a translation, reduction, distribution or combination of torques.
- the transmission may be formed as a planetary gear, in particular as a differential planetary gear or as a Tosplanetengetriebe, in particular as a two-speed manual transmission.
- the transmission may also represent only a portion of a larger transmission system.
- the electromotive transmission device comprises a motor housing section, in which the electric motor is arranged in an engine compartment, and a gear housing section, in which the transmission is arranged in a transmission interior.
- Motor housing section and gear housing section together form a housing.
- the electromotive transmission device includes an oil sump portion disposed in an oil sump housing portion.
- the oil sump area serves to receive oil, which is first used for lubrication and / or cooling of the transmission and is subsequently collected in the oil sump area.
- this bottom side preferably at the lowest point of the transmission interior, arranged and fluidly connected to the transmission interior.
- the oil runs free of external energy from the transmission in the oil sump area.
- the electric transmission device comprises an oil system which is designed to remove oil originating from the transmission or has run out of the oil sump area.
- the oil system comprises an electric oil pump for conveying the oil.
- the electric oil pump is used to remove the oil from the oil sump area.
- the oil system is designed as an oil circulation system, so that this again supplies the oil to the transmission section in order to lubricate and / or to cool it.
- the oil circulation system thus forms a recirculation system for lubrication and / or cooling of the transmission.
- an electric oil pump has the advantage that it can be activated independently of the operation of the electric motor and also independent of the operation of the transmission.
- the electric oil pump can be activated leading to the electric motor to pump excess oil from the transmission and optionally additionally to supply the transmission early with sufficient oil. It also results in advantages in operation, since the electric oil pump can be controlled independently of a speed of the electric motor or the transmission and thus oil can be removed or supplied to the gearbox as needed.
- the electric oil pump is arranged outside the housing.
- the electric oil pump is arranged separately from the housing, in particular via external lines to the housing, in particular to the oil sump housing section.
- the serviceability of the electromotive transmission device is increased by the external arrangement of the electric oil pump, since the electric oil pump can be maintained or replaced as a separate assembly in a simple manner.
- the electric oil pump is arranged outside the housing, since it can be cooled by ambient air, in particular passively.
- the electric oil pump assumes a high temperature, so that it is advantageous to take precautions against overheating of the electric oil pump.
- the fact that the electric oil pump is arranged outside the housing can radiate excess heat into the environment or the electric oil pump is cooled by the ambient air.
- the housing has a hohizylinderformigen sleeve portion which is formed coaxially with a rotor of the electric motor.
- the rotor of the electric motor thus defines an axial direction of the electromotive transmission device.
- the electric motor and the transmission are arranged offset in this axial direction in the sleeve portion. It may be provided that the transmission interior is arranged axially adjacent to the engine interior, or that the transmission interior is arranged on both sides of the motor interior and thus surrounds this like a clamp.
- the engine compartment and the transmission interior are isolated from each other oil-tight,
- the engine compartment is free of the oil of the transmission interior.
- the oil sump housing section is arranged on the sleeve section, in particular on the gear housing section, on the bottom side in such a way that an axially extending throat is formed, wherein the electric oil pump is arranged in the throat.
- the oil sump housing portion is formed rectangular in axial plan view in its bottom-side, free end portion and then passes through the throat in the preferably circular region of the sleeve portion.
- the electric oil pump has a cylindrical pump housing, which is aligned parallel to the axial orientation or extent of the housing and arranged in the throat. Due to this shape, the electric oil pump adapts to the housing particularly space-saving and easy to maintain.
- the oil sump area is formed as a separate chamber to the transmission interior, which is fluidly connected by a particular throttling passage area with the transmission interior.
- the constriction of the passage area ensures that the oil drains into the oil sump area and the transmission interior does not have a bottom-side oil reservoir and is therefore designed as a dry sump area.
- the amount of oil in the electromotive transmission device is such that, during operation of the electromotive transmission device, the oil level of the Sump area is disposed below the entrance opening of the passage area.
- the oil sump may be formed as a wet sump, wherein the oil system is adapted to remove oil from the wet sump, to cool the oil, for example via a cooler device, and returned to the electromotive transmission device again.
- the oil of the electromotive transmission device is again supplied at or below the level of the wet sump or below the height of the rotor shaft, so that the oil system is only a circulation with optional cooling.
- the electromotive transmission device may have a second oil delivery device, such as a rotating ⁇ l formatrad, which is arranged coaxially to the rotor shaft and which dips into the wet sump, receives oil and distributed in the transmission interior, in particular sprayed.
- the chamber comprises a collecting area and a discharge area, which is downstream of the collecting area in terms of flow.
- the passage region has at least two passages which open into the collecting region, wherein the discharge region is arranged lower than the collecting region and the collecting region deeper than the passages.
- the oil from the transmission or transmission interior thus flows through the at least two passages into the collecting area and is guided by the latter into the discharge area. From the drain area, the oil is pumped out by the electric oil pump.
- the cascading arrangement of the various areas ensures reliable operation of the oil supply, even if the electromotive transmission device is subject to lateral accelerations in road traffic, in particular during sporty driving.
- a cooling circuit for cooling the electromotive transmission device or its components
- the motor housing portion forms a part of an engine cooling section for cooling the electric motor and the gear housing section with the Olsumpfgephaseuseabrough part of a transmission cooling section for cooling the transmission.
- guide structures for guiding a coolant or portions thereof are arranged.
- These guide structures can be designed, for example, as cooling channels, bores, etc.
- the guide structures are formed by the motor housing portion and / or the gear housing portion with the Olsumpfgephaseouseabêt or at least formed.
- the coolant immediately contacts the motor housing section and the gearbox housing section with the oil sump housing section in the region of the engine cooling section or the gearbox cooling section.
- the engine cooling section comprises a cooling jacket, which preferably completely surrounds the electric motor in the direction of rotation.
- a cooling ring is arranged in the motor housing section, which extends in the extension direction of the shaft and which is mounted on the stator of the electric motor.
- the cooling ring extends over at least 50%, preferably at least 70% and in particular over at least 90% of the length of the stator in the extension direction of the shaft.
- webs or grooves are introduced on the radial outer side of the cooling ring, which define the guide structures for the coolant.
- the motor housing section has a radially inwardly directed hollow cylindrical surface, which together with the cooling ring or the webs or grooves form the guide structures, so that the coolant runs along the hollow cylindrical surface. It is particularly advantageous in this realization that the coolant the Motor housing section contacted directly and over a large area, so that heat from the coolant can be derived via the motor housing section by means of heat conduction.
- the transmission cooling section with the oil sump housing section has an oil cooling area which cools the oil, in particular a lubricating oil, of the transmission.
- the Olkühl Scheme is thus formed as a heat exchanger, which takes heat from the oil of the transmission and passes on to the cooling circuit.
- the gear housing section with the oil sump housing section in particular the oil sump housing section, the oil sump, which is arranged in the installed position at the lowest point of the gear housing section, wherein the Olkühl Schl is thermally coupled to the oil sump.
- the oil cooling area and the oil sump are arranged adjacent to one another and separated from each other only by way of a web or a wall of the oil sump housing section. It is particularly preferred if the oil sump is enclosed by the oil cooling region or the transmission cooling section in a U-shape. Considering a support plane for the electromotive transmission device, the U-shaped configuration is aligned parallel to this support plane.
- the U-shaped configuration ensures that the thermal coupling between oil cooling area and oil sump is very good. On the other hand, it is ensured by the remaining leg of the "U" that there is sufficient space for a discharge of the oil from the oil sump.
- the electromotive transmission device has a separate or additional connection device as a further component, which allows a fluidic connection between the engine cooling section and the transmission cooling section.
- the coolant is discharged to the engine cooling section from the common housing, passed through the connecting device and then re-introduced into the transmission cooling section.
- the connecting device may be formed as a hose which can be screwed on one side in the transmission cooling section, in particular in the transmission housing section and on the other hand in the engine cooling section, in particular the motor housing section or Olsumpfgepurabites.
- the cooling unit of the vehicle By achieved with the cooling reduction of the oil temperature and the coolant temperature, it is possible to interpret the conventional cooling, so the cooling unit of the vehicle, with a lower power or retrieve less power.
- the power reduction contributes to a range extension, since less energy is taken from the energy store. In hybrid vehicles, it contributes directly to C02 reduction.
- the gear housing section be formed integrally with the motor housing section and / or together with the oil sump housing section.
- the two or three sections are made of a common semi-finished or that these two or three sections are urgeformt together and coherently.
- the Olsumpfgeffeabêt is formed by a molding on the housing, in particular on the gear housing section or at least mitge labels.
- the collection area and the drainage region is formed on the housing, in particular on the transmission housing section.
- the housing, in particular the gearbox housing section is formed by an aluminum die-cast, wherein the collecting area and the discharge area are already formed with the primary molding.
- the advantage of the development is the fact that the cooling of the electromotive transmission device by the one-piece design of the motor housing section and the gear housing section and optionally in addition to the oil sump housing section has a higher reliability because z. B. on the large-scale sealing areas, as these are known for example in the cited prior art, can be dispensed with. Further, the assembly of the electromotive transmission apparatus is simplified because the gear housing portion and the motor housing portion and / or oil sump housing portion no longer need to be adjusted to each other, but are formed as a part and can be mounted. In a preferred development of the invention, cooling channels for the coolant as an oil cooling region or as a transmission cooling section are integrated in the walls of the oil sump housing section.
- the cooling channels are at least partially also formed in the context of the Urformvorgangs the gear housing.
- the motor housing portion and the gear housing portion are formed as a common housing as the sleeve portion through which preferably at least one shaft is guided, wherein the electric motor and the transmission are arranged coaxially with the shaft.
- the electromotive transmission device are constructed very compact and on the other hand, the motor housing section and the gear housing section are made in a simple manner as a common sleeve section. Due to the design as a sleeve portion of this example, in a primitive manufacturing process, for example by die casting, in a simple way to remove from the tool.
- the electric motor and the transmission are arranged in the direction of extension of the shaft successively or next to one another.
- the electromotive transmission device on an intermediate bearing plate, which separates a receiving space in the motor housing portion for receiving the electric motor of a receiving space in the gear housing portion for receiving the transmission.
- the intermediate bearing plate is screwed, for example, to the housing, in particular to the sleeve section.
- the intermediate bearing plate particularly preferably carries a bearing device which serves for mounting one or the rotor of the electric motor.
- the intermediate bearing plate for sealing the two receiving spaces to each other, so that in the gear housing section, the transmission can be arranged in an oil bath, whereas the electric motor has a grease lubrication or is formed dry.
- the sleeve portion is completed on both sides with an outer bearing plate, which are particularly preferably fixed to the housing.
- the sleeve portion becomes a carrier of two or even three end shields, namely the two outer end shields and the intermediate bearing plate.
- both outer bearing plates preferably store at least one shaft.
- this is an outer bearing plate for mounting the rotor. Due to the proposed structural design, the electromotive transmission device is particularly easy to mount, since the bearing plates can be easily attached to the sleeve portion.
- the electromotive transmission device is designed as a wheel module, an electrical axle or as a hybrid transmission.
- the electromotive transmission device is associated with a wheel of the vehicle and drives it.
- the electric transmission device has two output shafts, each output shaft being associated with a wheel of the vehicle.
- the output shafts are arranged coaxially to the electric motor.
- the electromotive transmission device is designed in particular as an electrical axle for driving one or two wheels or as part of a hybrid transmission.
- the vehicle is designed in particular as a passenger car, truck, bus, etc.
- Figure 1 is a schematic side view of an electrical axis as an embodiment of the invention
- Figure 2 is a side view of the other side of the electrical axis in Figure 1;
- Figure 3 shows a longitudinal section through the electrical axis with drawing partially suppressed components
- FIG. 4 an isometric view with partially partially suppressed components
- Figure 5 is a bottom view of the electrical axis of the preceding
- FIG. 1 shows an electric axle 1 for driving a vehicle as an exemplary embodiment of the invention.
- the electrical axle 1 has a shaft 2, which is designed as a so-called “plug-in axle” or plug-in axle pair and which serves to transmit a generated by the electrical axis 1 drive torque to wheels of the vehicle, not shown.
- the shaft 2 rotates about a main axis of rotation 3 and protrudes on both sides with respect to the axial extent of the main axis of rotation 3.
- the main body of the electrical axis 1 is cylindrical and has at its end on one side a supply flange 4 and on the other side an outer bearing plate 5. Between the supply flange 4 and the outer bearing plate 5, a housing 6 is arranged, which extends as a sleeve portion in this embodiment in one piece between the supply flange 4 and the outer bearing plate 5.
- an electric oil pump 7 is also shown, which is fluidly connected via an oil line 8 with a concealed oil sump 9.
- FIG. 2 shows the electrical axis 1 in a side view from the other side, wherein, in contrast to the side in Figure 1, a coolant line 10 can be seen, which opens on the one hand in the housing 6 and on the other hand in a transmission cooling section of an oil sump housing section 1 1 which will be described later in detail.
- FIG. 3 shows a longitudinal section through the main axis of rotation 3 of the electrical axis 1. From this representation, it can be seen that the housing 6 is divided into a motor housing section 12 and a gear housing section 13 and the oil sump housing section 1 1.
- Oil sump housing section 1 1, motor housing section 12 and gear housing section 13 are - as can be seen from the hatching - as the housing 6 integrally connected in this embodiment, ie produced from a common semi-finished or produced in a common primary molding.
- the housing 6 is closed on the side of the gear housing section 13 with the outer bearing plate 5, on the opposite side of the motor housing section 12 is completed within the supply flange 4 with a further outer bearing plate 14, indirectly via the flange 4 or directly to the housing 6 is fixed.
- an intermediate bearing plate 15 is arranged between the motor housing section 12 and the gear housing section 13, an intermediate bearing plate 15 is arranged.
- the intermediate bearing plate 15 two separate and liquid-separated receiving spaces, namely an engine compartment and a transmission interior, in the housing 6 are formed.
- an only schematically illustrated electric motor 26 is arranged, which comprises a stator 16 and a rotor 17.
- the rotor 17 is rotatably mounted on the intermediate bearing plate 15 and the outer bearing plate 14.
- a likewise only schematically illustrated transmission gear 18 is arranged, which is preferably designed as a planetary gear, and which is coupled via a hollow shaft 19 with the rotor 17 of the electric motor 26, the drive torque from the electric motor 26 converts and drives the shaft 2 ,
- the shaft 2 is mounted in the outer bearing plates 5 and 14.
- the transmission gear 18 in the transmission housing portion 13th is lubricated by an oil, especially by a lubricating oil.
- the oil collects due to gravity in the oil sump 9, which is arranged in the oil sump housing portion 1 1.
- the electric motor 26 is cooled by means of a cooling jacket 20, which is formed jointly by a cooling ring 21 and the motor housing portion 1 2.
- the cooling ring 21 extends in the axial direction to the main axis of rotation 3 over at least 80% of the stator 16 and has in the circumferential direction extending webs 22, which can be better seen in the figure 4, which shows an isometric view of the electrical axis 1 with graphically suppressed areas ,
- the webs 22 together with the inner, hollow cylindrical surface of the motor housing portion 12 cooling channels 24 as guide structures for a coolant, which is meandering in the direction of rotation about the main axis of rotation 3 in the cooling jacket 20.
- the coolant for example water or a water-glycol mixture, is introduced via a coolant inlet 23 in the region of the supply flange 4, then circulates around the electric motor 26 via the cooling channels 24 and, as can be seen again in FIG. through a coolant outlet 25 from the housing 6, and is then transferred via the coolant line 10 in the transmission cooling section 1 1.
- FIG. 5 shows a bottom view of the electrical axis 1, in which it can be seen that the coolant is guided by the coolant line 10 into the transmission cooling section of the oil sump housing section 11 and exits again at a coolant outlet 27.
- the course of the coolant in the transmission cooling section 1 1 is illustrated by arrows.
- the transmission cooling section 1 1 has in the lower view shown a coolant guide with a U-shaped course, wherein the coolant is introduced at a free leg end of the U, is deflected twice and leaves the transmission cooling section at the other free leg end of the U again.
- the oil sump 9 is arranged in the region encompassed by the U-shaped course.
- the oil sump 9 has a collecting region 28 and a discharge region 29, wherein the collecting region 28 in the section shown forms a raised floor to the receiving space or transmission interior in the gear housing section 13 and the discharge region 29 again is arranged offset more deeply.
- the oil passes through a collection port 30, which is formed, for example, as two passages, starting from the receiving space of the transmission housing portion 13 via the collecting region 28 in the discharge region 29.
- the transmission cooling section is in the
- Oil sump housing portion 1 1 separated by a simple wall of the collecting region 28, so that a good thermal coupling between the oil and the coolant is achieved.
- the drain region 29 is disposed within the U, so that there is also a good thermal coupling between oil in the drain region 29 and the coolant in the transmission cooling section of the oil sump housing section 11.
- the oil sump 9 is formed as an integrally formed recess in the accommodating space of the gear housing portion 13 as the oil sump housing portion 11. From the oil sump 9, the oil passage 8 leads to the oil pump 7.
- the oil sump housing section 1 1 with the transmission cooling section is also formed from the base material of the gear housing section 13, wherein in the oil sump housing section 1 1 of the transmission cooling section and the oil sump 9 are separated from each other only by a simple wall ,
- the cooling circuit with few components and a small Number of sealing surfaces are simple and robust, so that the assembly is simplified and the performance is robust and prone to interference.
- the gear housing section 13 has a circular shape, followed by a rectangular shape of the oil sump housing section 1 1 followed.
- a groove 31 is formed, which is parallel to the main axis of rotation 3 in the axial direction, as can be seen from the Figure 4.
- the oil pump 7 has a cylindrical pump housing and is arranged parallel to the main axis of rotation in the throat 31. With this arrangement, the oil pump is space-saving attached to the housing as a separate module, so that the space for the electromotive transmission device 1 is kept low and at the same time the oil pump 7 is arranged maintenance friendly.
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromotorische Getriebevorrichtung vorzuschlagen, welche fertigungstechnisch einfach herstellbar ist und zugleich eine hohe Betriebssicherheit verspricht. Diese Aufgabe wird durch eine elektromotorische Getriebevorrichtung (1) zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug gelöst, mit einem Gehäuse (6), mit einem Elektromotor (26) zur Erzeugung des Antriebsdrehmoments, wobei der Elektromotor (26) in einem Motorgehäuseabschnitt (12) des Gehäuses (6) in einem Motorinnenraum angeordnet ist, mit einem Getriebe (18) zur Umsetzung des Antriebsdrehmoments, wobei das Getriebe (18) in einem Getriebegehäuseabschnitt (13) des Gehäuses (6) in einem Getriebeinnenraum angeordnet ist, mit einem Ölsumpfbereich (9), wobei der Ölsumpfbereich (9) in einem Ölsumpfgehäuseabschnitt (11) bodenseitig zu dem Getriebeinnenraum angeordnet und strömungstechnisch mit diesem verbunden ist, mit einem Ölsystem (7, 8), welches ausgebildet ist, Öl von dem Getriebe (18) aus dem Ölsumpfbereich (9) zu entnehmen, wobei das Ölsystem (7, 8) eine elektrische Ölpumpe (7) zur Förderung des Öls umfasst.
Description
Bezeichnung der Erfindung
Elektromotorische Getriebevorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Getriebevorrichtung zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse, mit einem Elektromotor zur Erzeugung des Antriebsdrehmoments, wobei der Elektromotor in einem Motorgehäuseabschnitt des Gehäuses in einem Motorinnenraum angeordnet ist, mit einem Getriebe zur Umsetzung des Antriebsdrehmoments, wobei das Getriebe in einem Getriebegehäuseabschnitt des Gehäuses in einem Getriebeinnenraum angeordnet ist, mit einem Ölsumpfbereich, wobei der Ölsumpfbereich in einem Ölsumpfgehäuseabschnitt bodenseitig zu dem Getriebeinnenraum angeordnet und strömungstechnisch mit diesem verbunden ist, und mit einem Ölsystem, welches ausgebildet ist, Öl von dem Getriebe aus dem Ölsumpfbereich zu entnehmen.
Elektromotorische Getriebevorrichtung, wie zum Beispiel elektrische Achsen, Hybridgetriebe etc., sind neben Verbrennungsmotoren oder als Ersatz zu diesen zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für Fahrzeuge getreten. Derartige elektromotorische Getriebevorrichtungen weisen üblicher Weise mindestens einen Elektromotor und mindestens ein Getriebe auf, wobei das Drehmoment des Elektromotors in dem Getriebe umgesetzt wird, und statt eines Antriebsdrehmoments eines Verbrennungsmotors oder in Ergänzung zu diesem für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt wird.
Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 699 235 53 T2 eine Antriebsvorrichtung mit einem flüssigkeitsgekühlten elektrischen Motor und einem Planetengetriebe und bildet wohl den nächstkommenden Stand der
Technik. Der Elektromotor ist in einem Gehäuse angeordnet, an dessen Stirnseite ein Lagerschild angeschraubt ist, welches zugleich einen Aufnahmeraum für das Planetengetriebe bildet. In dem Gehäuse sind Kühlkanäle eingebracht, die zur Kühlung des Stators des Elektromotors dienen und einen Kühlmantel bilden. Ein Kühlkreislauf ist so ausgelegt, dass ein Kühlmittel durch den Kühlmantel des Gehäuses geführt wird und nachfolgend in das Lagerschild geleitet wird. Das Hohlrad des Planetengetriebes in dem Lagerschild bildet zusammen mit dem Lagerschild eine Pumpeinrichtung für das Kühlmittel, so dass das Kühlmittel bei einer Rotation des Hohlrades durch die Pumpeinrichtung gefördert wird und in dem Kühlkreislauf umgewälzt wird. Das Gehäuse und das Lagerschild weisen jeweils Schnittstellen auf, so dass das Kühlmittel von dem Gehäuse zu dem Lagerschild übertreten kann. Gebiet der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromotorische Getriebevorrichtung vorzuschlagen, welche fertigungstechnisch einfach herstellbar ist und zugleich eine hohe Betriebssicherheit verspricht.
Diese Aufgabe wird durch eine elektromotorische Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine elektromotorische Getriebevorrichtung vorgeschlagen, welche zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment kann es sich um ein Hauptdrehmoment handeln, so dass die elektromotorische Getriebevorrichtung das Fahrzeug ohne weitere Motoren antreibt, es kann sich um ein Teildrehmoment handeln, wobei das Fahrzeug durch mehrere Motoren angetrieben wird und es kann sich um ein Hilfsdrehmoment handeln, wobei das Antriebsdrehmoment einem
Hauptantriebsdrehmoment eines anderen Motors überlagert wird. Besonders bevorzugt kann das Fahrzeug zumindest zeitweilig ausschließlich durch die elektromotorische Getriebevorrichtung mit einer Geschwindigkeit größer als z.B. 50 km/h angetrieben werden.
Die elektromotorische Getriebevorrichtung umfasst einen Elektromotor, der das Antriebsdrehmoment erzeugt. Ferner umfasst die elektromotorische Getriebevorrichtung ein Getriebe, welches das Antriebsdrehmoment umsetzt. Bei der Umsetzung kann es sich um eine Übersetzung, eine Untersetzung, eine Verteilung oder eine Zusammenführung von Drehmomenten handeln. Insbesondere kann das Getriebe als ein Planetengetriebe, im Speziellen als Differentialplanetengetriebe oder als ein Übersetzungsplanetengetriebe, im speziellen als ein Zwei-Gang-Schaltgetriebe, ausgebildet sein. Das Getriebe kann auch nur einen Teilabschnitt eines größeren Getriebesystems darstellen.
Die elektromotorische Getriebevorrichtung umfasst einen Motorgehäuseabschnitt, in dem der Elektromotor in einem Motorinnenraum angeordnet ist, und einen Getriebegehäuseabschnitt, in dem das Getriebe in einem Getriebeinnenraum angeordnet ist. Motorgehäuseabschnitt und Getriebegehäuseabschnitt bilden gemeinsam ein Gehäuse.
Die elektromotorische Getriebevorrichtung umfasst einen Olsumpfbereich, welcher in einem Ölsumpfgehäuseabschnitt angeordnet ist. Der Olsumpfbereich dient zur Aufnahme von Öl, welches zunächst zur Schmierung und/oder Kühlung des Getriebes eingesetzt wird und nachfolgend in dem Olsumpfbereich gesammelt wird. Für ein selbstständiges Sammeln des Öls in dem Olsumpfbereich ist vorgesehen, dass dieser bodenseitig, bevorzugt am tiefsten Punkt des Getriebeinnenraums, angeordnet und mit dem Getriebeinnenraum strömungstechnisch verbunden ist. In dieser Anordnung läuft das Öl fremdenergiefrei von dem Getriebe in den Olsumpfbereich.
Zudem umfasst die elektrische Getriebevorrichtung ein Olsystem, welches ausgebildet ist, von dem Getriebe stammendes oder abgelaufenes Öl aus dem Ölsumpfbereich zu entnehmen. Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Olsystem eine elektrische Ölpumpe zur Förderung des Öls umfasst. Insbesondere dient die elektrische Ölpumpe zur Entnahme des Öls aus dem Ölsumpfbereich.
Vorzugsweise ist das Olsystem als ein Olumlaufsystem ausgebildet, so dass dieses das Öl dem Getriebeabschnitt wieder zuführt, um dieses zu schmieren und/oder zu kühlen. Das Olumlaufsystem bildet somit ein Rezirkulationssystem zur Schmierung und/oder Kühlung des Getriebes.
Der Einsatz einer elektrischen Ölpumpe hat den Vorteil, dass diese unabhängig von dem Betrieb des Elektromotors und auch unabhängig von dem Betrieb des Getriebes aktiviert werden kann. So ergeben sich beispielsweise bei einem Startvorgang der elektromotorischen Getriebevorrichtung Vorteile, da die elektrische Ölpumpe vorlaufend zu dem Elektromotor aktiviert werden kann, um überschüssiges Öl aus dem Getriebe abzupumpen und optional ergänzend das Getriebe frühzeitig mit ausreichend Öl zu versorgen. Es ergeben sich ferner Vorteile im Betrieb, da das die elektrische Ölpumpe unabhängig von einer Drehzahl des Elektromotors bzw. des Getriebes angesteuert werden kann und somit bedarfsgerecht Öl dem Getriebe entnommen bzw. zugeführt werden kann.
Bei Verbrennungsmotoren kann es zwar durchaus energetische Vorteile haben, eine Ölpumpe mechanisch durch den Verbrennungsmotor zu betreiben, da ansonsten zunächst mechanische Energie des Verbrennungsmotors in elektrische Energie zum Betrieb einer elektrischen Ölpumpe umgesetzt werden müsste. Bei der elektrischen Getriebevorrichtung ist jedoch bereits elektrische Energie als Antriebsenergie vorhanden, so dass es zu keinem energetischen Nachteil führt, die elektrische Ölpumpe neben dem Elektromotor oder unabhängig davon in der
Getriebevorrichtung zu verwenden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die elektrische Ölpumpe außerhalb des Gehäuses angeordnet. Insbesondere ist die elektrische Ölpumpe separat zu dem Gehäuse, im Speziellen über externe Leitungen mit dem Gehäuse, insbesondere mit dem Ölsumpfgehäuseabschnitt verbunden, angeordnet. Zum einen wird durch die externe Anordnung der elektrischen Ölpumpe die Wartungsfreundlichkeit der elektromotorischen Getriebevorrichtung erhöht, da die elektrische Ölpumpe als separate Baugruppe in einfacher Weise gewartet oder ausgetauscht werden kann. Ferner ist es vorteilhaft, dass die elektrische Ölpumpe außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, da diese durch Umgebungsluft, insbesondere passiv, gekühlt werden kann. Im Betrieb der Getriebevorrichtung, ist es bei manchen Betriebszuständen möglich, dass das Öl eine hohe Temperatur einnimmt, so dass es vorteilhaft ist, Vorkehrungen gegen eine Überhitzung der elektrischen Ölpumpe zu treffen. Dadurch, dass die elektrische Ölpumpe außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, kann überschüssige Wärme in die Umgebung abstrahlen oder wird die elektrische Ölpumpe durch die Umgebungsluft gekühlt.
Bei einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse einen hohizylinderformigen Hülsenabschnitt auf, der koaxial zu einem Rotor des Elektromotors ausgebildet ist. Der Rotor des Elektromotors definiert somit eine axiale Richtung der elektromotorischen Getriebevorrichtung. Der Elektromotor und das Getriebe sind in dieser axialen Richtung zueinander versetzt in dem Hülsenabschnitt angeordnet. Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Getriebeinnenraum axial betrachtet neben dem Motorinnenraum angeordnet ist, oder, dass der Getriebeinnenraum beidseitig zu dem Motorinnenraum angeordnet ist und diesen somit klammerartig umgreift.
Es wird darauf hingewiesen, dass in einer bevorzugten Ausgestaltung der Motorinnenraum und der Getriebeinnenraum zueinander öldicht isoliert sind,
insbesondere ist der Motorinnenraum frei von dem Öl des Getriebeinnenraums. Der Ölsumpfgehäuseabschnitt ist an dem Hülsenabschnitt, insbesondere an dem Getriebegehäuseabschnitt, bodenseitig derart angeordnet, dass eine in axialer Richtung verlaufende Kehle gebildet ist, wobei die elektrische Ölpumpe in der Kehle angeordnet ist. Beispielsweise ist der Ölsumpfgehäuseabschnitt in axialer Draufsicht in seinem bodenseitigen, freien Endbereich rechteckig ausgebildet und geht dann über die Kehle in den vorzugsweise kreisrunden Bereich des Hülsenabschnitts über. Durch die Anordnung der elektrischen Ölpumpe in der Kehle ist diese zum einen platzsparend aufgenommen, so dass deren Störkontur verkleinert und der durch die elektromotorische Getriebevorrichtung benötigte Bauraum gering ist, und ist zum anderen zugleich wartungsfreundlich positioniert, da dieser Bereich ohne Demontage der elektromotorischen Getriebevorrichtung für Wartungs- oder Reparaturzwecke erreichbar ist.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist die elektrische Ölpumpe ein zylinderförmiges Pumpengehäuse aus, welches parallel zu der axialen Ausrichtung oder Erstreckung des Gehäuses ausgerichtet und in der Kehle angeordnet ist. Durch diese Form schmiegt sich die elektrische Ölpumpe an das Gehäuse besonders platzsparend und wartungsfreundlich an.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist der Ölsumpfbereich als eine separate Kammer zu dem Getriebeinnenraum ausgebildet, welche durch einen insbesondere drosselnden Durchgangsbereich mit dem Getriebeinnenraum strömungstechnisch verbunden ist. Durch die Einschnürung des Durchgangsbereichs wird erreicht, dass das Öl in den Ölsumpfbereich abfließt und der Getriebeinnenraum keinen bodenseitigen Ölvorrat aufweist und somit als ein Trockensumpfbereich ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Ölmenge in der elektromotorischen Getriebevorrichtung so bemessen, dass im Betrieb der elektromotorischen Getriebevorrichtung der Ölpegel des
Ölsumpfbereichs unter der Eingangsöffnung des Durchgangsbereichs angeordnet ist. Durch die elektrische Ölpumpe kann sichergestellt werden, dass das Getriebe jederzeit mit ausreichend Öl versorgt ist, ohne einen schwappenden Ölvorrat in dem Getriebeinnenraum tolerieren zu müssen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Ölsumpf als ein Nasssumpf ausgebildet sein, wobei das Ölsystem ausgebildet ist, Öl aus dem Nasssumpf zu entnehmen, das Öl z.B. über eine Kühlervorrichtung zu kühlen, und in die elektromotorische Getriebevorrichtung wieder zurückzuführen. Optional wird die das Öl der elektromotorischen Getriebevorrichtung wieder auf oder unter dem Niveau des Nasssumpfes oder unter der Höhe der Rotorwelle zugeführt, so dass das Ölsystem nur eine Umwälzung mit optionaler Kühlung darstellt. Alternativ oder ergänzend kann die elektromotorische Getriebevorrichtung eine zweite Ölfördereinrichtung aufweisen, wie z.B. ein rotierendes Ölförderrad, welches koaxial zu der Rotorwelle angeordnet ist und welches in den Nasssumpf eintaucht, Öl aufnimmt und in dem Getriebeinnenraum verteilt, insbesondere verspritzt. In einer möglichen konkreten Ausgestaltung umfasst die Kammer einen Sammelbereich und einen Ablassbereich, der strömungstechnisch dem Sammelbereich nachgeschaltet ist. Der Durchgangsbereich weist mindestens zwei Durchlässe auf, welche in den Sammelbereich münden, wobei der Ablassbereich tiefer als der Sammelbereich und der Sammelbereich tiefer als die Durchlässe angeordnet sind. Im Betrieb fließt das Öl aus dem Getriebe bzw. Getriebeinnenraum somit durch die mindestens zwei Durchlässe in den Sammelbereich und wird von diesem in den Ablassbereich geleitet. Von dem Ablassbereich wird das Öl durch die elektrische Ölpumpe abgepumpt. Durch die kaskadierende Anordnung der verschiedenen Bereiche ist eine sichere Betriebsweise der Ölversorgung sichergestellt, selbst wenn die elektromotorische Getriebevorrichtung im Straßenverkehr seitlichen Beschleunigungen, insbesondere bei sportlicher Fahrweise, unterworfen ist.
Zur Kühlung der elektromotorischen Getriebevorrichtung bzw. deren Komponenten ist optional ergänzend ein Kühlkreislauf vorgesehen, wobei der Motorgehäuseabschnitt einen Teil eines Motorkühlabschnitts zur Kühlung des Elektromotors und der Getriebegehäuseabschnitt mit dem Olsumpfgehäuseabschnitt einen Teil eines Getriebekühlabschnitts zur Kühlung des Getriebes bildet. In dem Motorkühlabschnitt und/oder in dem Getriebekühlabschnitt mit dem Olsumpfgehäuseabschnitt sind Führungsstrukturen zur Führung eines Kühlmittels oder Teilbereiche davon angeordnet. Diese Führungsstrukturen können beispielsweise als Kühlkanäle, -bohrungen etc. ausgebildet sein. Die Führungsstrukturen werden durch den Motorgehäuseabschnitt und/oder den Getriebegehäuseabschnitt mit dem Olsumpfgehäuseabschnitt gebildet oder zumindest mit gebildet. Insbesondere kontaktiert das Kühlmittel im Betrieb den Motorgehäuseabschnitt und den Getriebegehäuseabschnitt mit dem Olsumpfgehäuseabschnitt im Bereich des Motorkühlabschnitts bzw. des Getriebekühlabschnitts unmittelbar.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung umfasst der Motorkühlabschnitt einen Kühlmantel, der den Elektromotor in Umlaufrichtung vorzugsweise vollständig umschließt. Insbesondere ist in dem Motorgehäuseabschnitt ein Kühlring angeordnet, welcher in Erstreckungsrichtung der Welle verläuft und der auf den Stator des Elektromotors aufgesetzt ist. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Kühlring über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 % und insbesondere über mindestens 90 % der Länge des Stators in Erstreckungsrichtung der Welle. Besonders bevorzugt sind auf der radialen Außenseite des Kühlrings Stege oder Nuten eingebracht, welche die Führungsstrukturen für das Kühlmittel definieren. Der Motorgehäuseabschnitt weist dagegen eine radial nach innen gerichtete hohlzylindrische Fläche auf, welche gemeinsam mit dem Kühlring bzw. den Stegen oder Nuten die Führungsstrukturen bilden, so dass das Kühlmittel an der hohlzylindrischen Fläche entlangläuft. Besonders vorteilhaft ist in dieser Realisierung, dass das Kühlmittel den
Motorgehäuseabschnitt unmittelbar und großflächig kontaktiert, so dass Wärme aus dem Kühlmittel über den Motorgehäuseabschnitt mittels Wärmeleitung abgeleitet werden kann. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Getriebekühlabschnitt mit dem Ölsumpfgehäuseabschnitt einen Olkühlbereich auf, der das Öl, insbesondere ein Schmieröl, des Getriebes kühlt. Der Olkühlbereich ist somit als ein Wärmetauscher ausgebildet, welcher Wärme aus dem Öl des Getriebes übernimmt und an den Kühlkreislauf weitergibt.
Besonders bevorzugt weist der Getriebegehäuseabschnitt mit dem Ölsumpfgehäuseabschnitt, insbesondere der Ölsumpfgehäuseabschnitt den Ölsumpf auf, welcher in Einbaulage an der tiefsten Stelle des Getriebegehäuseabschnitts angeordnet ist, wobei der Olkühlbereich mit dem Ölsumpf thermisch gekoppelt ist. Insbesondere sind der Olkühlbereich und der Ölsumpf benachbart zueinander angeordnet und nur über einen Steg oder eine Wand des Ölsumpfgehäuseabschnitts voneinander getrennt. Besonders bevorzugt ist, wenn der Ölsumpf von dem Olkühlbereich bzw. dem Getriebekühlabschnitt U-förmig umschlossen ist. Betrachtet man eine Auflageebene für die elektromotorische Getriebevorrichtung, so ist die U- förmige Ausgestaltung parallel zu dieser Auflageebene ausgerichtet. Die U- förmige Ausgestaltung stellt zum einen sicher, dass die thermische Kopplung zwischen Olkühlbereich und Ölsumpf sehr gut ist. Auf der anderen Seite ist durch den freibleibenden Schenkel des "U" sichergestellt, dass ausreichend Bauraum für eine Ableitung des Öls aus dem Ölsumpf vorhanden ist.
Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung weist die elektromotorische Getriebevorrichtung eine separate oder zusätzliche Verbindungseinrichtung als ein weiteres Bauteil auf, welche eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Motorkühlabschnitt und dem Getriebekühlabschnitt ermöglicht. Insbesondere wird das Kühlmittel
nach dem Motorkühlabschnitt aus dem gemeinsamen Gehäuse ausgeleitet, durch die Verbindungseinrichtung geleitet und dann in den Getriebekühlabschnitt wieder eingeleitet. Diese Ausgestaltung erlaubt es, das gemeinsame Gehäuse vergleichsweise einfach auszubilden und die strömungstechnische Verbindung über die Verbindungseinrichtung umzusetzen, wobei als Schnittstellen zwischen Verbindungseinrichtung und Motorkühlabschnitt bzw. Getriebekühlabschnitt gebräuchliche Kopplungselemente verwendet werden können, deren Zuverlässigkeit und Dichtheit sich schon längst bewährt haben. Beispielsweise kann die Verbindungseinrichtung als ein Schlauch ausgebildet sein, welcher auf der einen Seite in den Getriebekühlabschnitt, insbesondere in den Getriebegehäuseabschnitt und andererseits in den Motorkühlabschnitt, insbesondere den Motorgehäuseabschnitt bzw. Olsumpfgehäuseabschnitt eingeschraubt werden kann.
Durch die mit der Kühlung erreichten Reduzierung der Öltemperatur bzw. der Kühlmitteltemperatur ist es möglich, die konventionelle Kühlung, also das Kühlaggregat des Fahrzeugs, mit einer geringeren Leistung auszulegen bzw. weniger Leistung abzurufen. Die Leistungsreduzierung trägt je nach Fahrzustand des Fahrzeugs zu einer Reichweitenverlängerung bei, da weniger Energie aus dem Energiespeicher entnommen wird. Bei Hybridfahrzeugen trägt es direkt zur C02-Reduzierung bei.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Getriebegehäuseabschnitt gemeinsam mit dem Motorgehäuseabschnitt und/oder gemeinsam mit dem Olsumpfgehäuseabschnitt einstückig ausgebildet sind. Einstückig bedeutet insbesondere, dass die beiden bzw. drei Abschnitte aus einem gemeinsamen Halbzeug gefertigt sind oder dass diese beiden bzw. drei Abschnitte gemeinsam und zusammenhängend urgeformt sind. Bei einer fertigungstechnisch bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Olsumpfgehäuseabschnitt durch eine Ausformung an dem Gehäuse, insbesondere an dem Getriebegehäuseabschnitt gebildet bzw. mindestens mitgebildet. Insbesondere werden der Sammelbereich und
der Ablassbereich an dem Gehäuse, insbesondere an dem Getriebegehäuseabschnitt angeformt. Beispielsweise wird das Gehäuse, insbesondere der Getriebegehäuseabschnitt durch einen Aluminiumdruckguss gebildet, wobei mit der Urformung bereits der Sammelbereich und der Ablassbereich eingeformt werden.
Der Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Kühlung der elektromotorischen Getriebevorrichtung durch die einstückige Ausbildung des Motorgehäuseabschnitts und des Getriebegehäuseabschnitts und optional ergänzend des Ölsumpfgehäuseabschnitts eine höhere Betriebssicherheit aufweist, da z. B. auf die großflächigen Dichtbereiche, wie diese beispielsweise in dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt sind, verzichtet werden kann. Ferner ist die Montage der elektromotorischen Getriebevorrichtung vereinfacht, da Getriebegehäuseabschnitt und Motorgehäuseabschnitt und/oder Ölsumpfgehäuseabschnitt nicht mehr zueinander justiert werden müssen, sondern als ein Teil ausgebildet sind und montiert werden können. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind in den Wänden des Ölsumpfgehäuseabschnitts Kühlkanäle für das Kühlmittel als Ölkühlbereich bzw. als Getriebekühlabschnitt integriert. Durch die sehr frühe Kühlung des Öls in dem Ölsumpfgehäuseabschnitt wird erreicht, dass das in die elektrische Ölpumpe gelangende Öl bereits vorgekühlt ist, so dass deren Temperatur reduziert ist. Besonders bevorzugt werden die Kühlkanäle zumindest teilweise ebenfalls im Rahmen des Urformvorgangs des Getriebegehäuses eingeformt.
Alternativ oder ergänzend ausgedrückt sind der Motorgehäuseabschnitt und der Getriebegehäuseabschnitt als gemeinsames Gehäuse als der Hülsenabschnitt ausgebildet, durch den vorzugsweise mindestens eine Welle geführt ist, wobei der Elektromotor und das Getriebe koaxial zu der Welle angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung kann zum einen die
elektromotorische Getriebevorrichtung sehr kompakt aufgebaut werden und zum anderen der Motorgehäuseabschnitt und der Getriebegehäuseabschnitt in einfacher Weise als gemeinsamer Hülsenabschnitt gefertigt werden. Durch die Ausgestaltung als Hülsenabschnitt ist dieser beispielsweise bei einer urformenden Fertigungsweise, zum Beispiel durch Druckguss, in einfacher Weise aus dem Werkzeug zu entformen. Insbesondere sind Elektromotor und Getriebe in Erstreckungsrichtung der Welle nacheinander oder nebeneinander angeordnet. Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die elektromotorische Getriebevorrichtung einen Zwischenlagerschild auf, welches einen Aufnahmeraum in dem Motorgehäuseabschnitt zur Aufnahme des Elektromotors von einem Aufnahmeraum in dem Getriebegehäuseabschnitt zur Aufnahme des Getriebes trennt. Das Zwischenlagerschild ist beispielsweise mit dem Gehäuse, insbesondere mit dem Hülsenabschnitt, verschraubt. Das Zwischenlagerschild trägt besonders bevorzugt eine Lagereinrichtung, welche zur Lagerung eines oder des Rotors des Elektromotors dient. Neben der Lagerung des Rotors dient das Zwischenlagerschild zur Abdichtung der beiden Aufnahmeräume zueinander, so dass in dem Getriebegehäuseabschnitt das Getriebe in einem Ölbad angeordnet sein kann, wohingegen der Elektromotor über eine Fettschmierung verfügt oder trocken ausgebildet ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Hülsenabschnitt beidseitig mit einem äußeren Lagerschild abgeschlossen, welche besonders bevorzugt an dem Gehäuse festgelegt sind. Damit wird der Hülsenabschnitt zu einem Träger von zwei oder sogar drei Lagerschilden, nämlich den beiden außenseitigen Lagerschilden und dem Zwischenlagerschild. Vorzugsweise lagern beide äußeren Lagerschilder die vorzugsweise mindestens eine Welle. Optional ist das eine äußere Lagerschild zur Lagerung des Rotors ausgebildet. Durch den vorgeschlagenen konstruktiven Aufbau ist die elektromotorische Getriebevorrichtung besonders einfach zu
montieren, da die Lagerschilder in einfacher Weise an dem Hülsenabschnitt befestigt werden können.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die elektromotorische Getriebevorrichtung als ein Radmodul, eine elektrische Achse oder als ein Hybridgetriebe ausgebildet. In der Ausbildung als Radmodul ist die elektromotorische Getriebevorrichtung einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet und treibt dieses an. In der bevorzugten Ausgestaltung als eine elektrische Achse weist die elektrische Getriebevorrichtung zwei Abtriebswellen auf, wobei jede Abtriebswelle einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet ist. Besonders bevorzugt sind die Abtriebswellen koaxial zu dem Elektromotor angeordnet. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es sich auch um ein Hybridgetriebe handeln, wobei das Antriebsdrehmoment des Elektromotors von dem Antriebsdrehmoment eines anderen Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, überlagert wird oder statt diesem an die Räder des Fahrzeugs übertragen wird. Die elektromotorische Getriebevorrichtung ist insbesondere als eine elektrische Achse zum Antrieb von ein oder zwei Rädern oder als Teil eines Hybridgetriebes ausgebildet. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus etc. ausgebildet.
Weitere Vorteile, Wirkungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht auf eine elektrische Achse als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 2 eine Seitenansicht auf die andere Seite der elektrischen Achse in der Figur 1 ;
Figur 3 einen Längsschnitt durch die elektrische Achse mit
zeichnerisch teilweise unterdrückten Komponenten;
Figur 4 eine isometrische Darstellung mit zeichnerisch teilweise unterdrückten Komponenten;
Figur 5 eine Unteransicht der elektrischen Achse der vorhergehenden
Figuren.
Die Figur 1 zeigt eine elektrische Achse 1 zum Antrieb eines Fahrzeuges als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Achse 1 weist eine Welle 2 auf, die als eine so genannte "Steckachse" bzw. Steckachsenpaar ausgebildet ist und die dazu dient, ein von der elektrischen Achse 1 erzeugtes Antriebsdrehmoment auf nicht dargestellte Räder des Fahrzeuges zu übertragen. Die Welle 2 rotiert um eine Hauptdrehachse 3 und ragt in Bezug auf die axiale Erstreckung der Hauptdrehachse 3 beidseitig hervor.
Der Hauptkörper der elektrischen Achse 1 ist zylinderförmig ausgeführt und weist endseitig auf der einen Seite einen Versorgungsflansch 4 und auf der anderen Seite ein äußeres Lagerschild 5 auf. Zwischen dem Versorgungsflansch 4 und dem äußeren Lagerschild 5 ist ein Gehäuse 6 angeordnet, welches sich als ein Hülsenabschnitt in diesem Ausführungsbeispiel einstückig zwischen dem Versorgungsflansch 4 und dem äußerem Lagerschild 5 erstreckt. In der Darstellung in der Figur 1 ist zudem eine elektrische Ölpumpe 7 dargestellt, welche über eine Ölleitung 8 mit einem verdeckt angeordneten Ölsumpf 9 strömungstechnisch verbunden ist.
Die Figur 2 zeigt die elektrische Achse 1 in einer Seitenansicht von der anderen Seite, wobei im Unterschied zu der Seite in der Figur 1 eine Kühlmittelleitung 10 zu erkennen ist, welche einerseits in dem Gehäuse 6 und andererseits in einem Getriebekühlabschnitt eines Ölsumpfgehäuseabschnitts 1 1 mündet, welcher später noch ausführlich beschrieben wird.
Die Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch die Hauptdrehachse 3 der elektrischen Achse 1 . Aus dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass sich das Gehäuse 6 in einen Motorgehäuseabschnitt 12 und einen Getriebegehäuseabschnitt 13 sowie den Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 aufteilt. Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 , Motorgehäuseabschnitt 12 und Getriebegehäuseabschnitt 13 sind - wie dies aus der Schraffierung zu entnehmen ist - als das Gehäuse 6 in diesem Ausführungsbeispiel einstückig miteinander verbunden, also aus einem gemeinsamen Halbzeug hergestellt oder in einem gemeinsamen Urformverfahren produziert worden. Wie bereits beschrieben, ist das Gehäuse 6 auf der Seite des Getriebegehäuseabschnitts 13 mit dem äußeren Lagerschild 5 abgeschlossen, auf der gegenüberliegenden Seite ist der Motorgehäuseabschnitt 12 innerhalb des Versorgungsflansches 4 mit einem weiteren äußeren Lagerschild 14 abgeschlossen, der mittelbar über den Flansch 4 oder unmittelbar an dem Gehäuse 6 festgelegt ist. Zwischen dem Motorgehäuseabschnitt 12 und dem Getriebegehäuseabschnitt 13 ist ein Zwischenlagerschild 15 angeordnet. Durch das Zwischenlagerschild 15 werden zwei separate und flüssigkeitsgetrennte Aufnahmeräume, nämlich ein Motorinnenraum und ein Getriebeinnenraum, in dem Gehäuse 6 gebildet.
In dem Motorgehäuseabschnitt 12 bzw. in dessen Aufnahmeraum ist ein nur schematisch dargestellter Elektromotor 26 angeordnet, welcher einen Stator 16 und einen Rotor 17 umfasst. Der Rotor 17 ist auf dem Zwischenlagerschild 15 und dem äußeren Lagerschild 14 drehbar gelagert. In dem Getriebegehäuseabschnitt 13 ist ein ebenfalls nur schematisch dargestelltes Übersetzungsgetriebe 18 angeordnet, welches vorzugsweise als ein Planetengetriebe ausgebildet ist, und welches über eine Hohlwelle 19 mit dem Rotor 17 des Elektromotors 26 gekoppelt ist, das Antriebsdrehmoment aus dem Elektromotor 26 umsetzt und die Welle 2 antreibt. Die Welle 2 ist dagegen in den äußeren Lagerschildern 5 und 14 gelagert. Das Übersetzungsgetriebe 18 in dem Getriebegehäuseabschnitt 13
wird durch ein Öl, insbesondere durch ein Schmieröl geschmiert. Bodenseitig sammelt sich das Öl aufgrund der Schwerkraft in dem Ölsumpf 9, der in dem Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 angeordnet ist. Der Elektromotor 26 ist mittels eines Kühlmantels 20 gekühlt, welcher gemeinsam durch einen Kühlring 21 und den Motorgehäuseabschnitt 1 2 gebildet ist. Der Kühlring 21 erstreckt sich in axialer Richtung zur Hauptdrehachse 3 über mindestens 80 % des Stators 16 und weist in Umlaufrichtung verlaufende Stege 22 auf, welche besser in der Figur 4 zu erkennen sind, die eine isometrische Darstellung der elektrischen Achse 1 mit zeichnerisch unterdrückten Bereichen zeigt. Die Stege 22 bilden zusammen mit der inneren, hohlzylindrischen Fläche des Motorgehäuseabschnitts 12 Kühlkanäle 24 als Führungsstrukturen für ein Kühlmittel, welches in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse 3 in dem Kühlmantel 20 mäandernd geführt wird. Das Kühlmittel, z.B. Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung, wird über einen Kühlmitteleinlass 23 im Bereich des Versorgungsflansches 4 eingeführt, läuft dann über die Kühlkanäle 24 umlaufend um den Elektromotor 26 und tritt - wie dies in der Figur 2 wieder zu erkennen ist - durch einen Kühlmittelauslass 25 aus dem Gehäuse 6 aus, und wird dann über die Kühlmittelleitung 10 in den Getriebekühlabschnitt 1 1 überführt.
Die Figur 5 zeigt eine Unteransicht der elektrischen Achse 1 , in der zu erkennen ist, dass das Kühlmittel von der Kühlmittelleitung 10 in den Getriebekühlabschnitt des Ölsumpfgehäuseabschnitts 1 1 geführt wird und bei einem Kühlmittelausgang 27 wieder austritt. Der Verlauf des Kühlmittels in dem Getriebekühlabschnitt 1 1 ist mit Pfeilen verdeutlicht. Der Getriebekühlabschnitt 1 1 weist in der gezeigten Unteransicht eine Kühlmittelführung mit einem U-förmigen Verlauf auf, wobei das Kühlmittel an einem freien Schenkelende des U's eingeführt wird, zweimal umgelenkt wird und den Getriebekühlabschnitt an dem anderen freien Schenkelende des U's wieder verlässt. In dem von dem U-förmigen Verlauf umgriffenen Bereich ist der Ölsumpf 9 angeordnet.
Wie sich aus der Darstellung in der Figur 3 entnehmen lässt, weist der Ölsumpf 9 einen Sammelbereich 28 und einen Ablassbereich 29 auf, wobei der Sammelbereich 28 im gezeigten Schnitt einen Doppelboden zu dem Aufnahmeraum bzw. Getriebeinnenraum in dem Getriebegehäuseabschnitt 13 bildet und der Ablassbereich 29 nochmals tiefer versetzt angeordnet ist. Das Öl läuft durch eine Sammelöffnung 30, die z.B. als zwei Durchlässe ausgebildet ist, ausgehend von dem Aufnahmeraum des Getriebegehäuseabschnitts 13 über den Sammelbereich 28 in den Ablassbereich 29. Der Getriebekühlabschnitt ist in dem
Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 durch eine einfache Wandung von dem Sammelbereich 28 getrennt, so dass eine gute thermische Ankopplung zwischen dem Öl und dem Kühlmittel erreicht wird. Zudem ist der Ablassbereich 29 innerhalb des U's angeordnet, so dass auch eine gute thermische Kopplung zwischen Öl in dem Ablassbereich 29 und dem Kühlmittel in dem Getriebekühlabschnitt des Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 gegeben ist.
Der Ölsumpf 9 ist als eine angeformte Ausbuchtung in dem Aufnahmeraum des Getriebegehäuseabschnitts 13 als der Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 ausgebildet. Von dem Ölsumpf 9 führt die Ölleitung 8 zu der Ölpumpe 7. Der Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 mit dem Getriebekühlabschnitt ist ebenfalls aus dem Grundmaterial des Getriebegehäuseabschnitts 13 ausgeformt, wobei in dem Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 der Getriebekühlabschnitt und der Ölsumpf 9 nur über eine einfache Wandung voneinander getrennt sind.
Die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Kühlmantel 20 und dem Getriebekühlabschnitt 1 1 erfolgt über die Kühlmittelleitung 1 0, welche mittels einer simplen und robusten Schraubverbindung sowohl an dem Kühlmittelauslass 25 und an dem Getriebekühlabschnitt 1 1 festgelegt ist.
Durch das einteilige Gehäuse 6 und die robuste separate Kühlmittelleitung 10 kann der Kühlkreislauf mit wenigen Komponenten und einer geringen
Anzahl von Dichtflächen einfach und robust aufgebaut werden, so dass die Montage vereinfacht und das Betriebsverhalten robust und störunanfällig ist.
In einem Querschnitt durch die elektromotorische Getriebevorrichtung 1 im Bereich der Ölpumpe 7 weist der Getriebegehäuseabschnitt 13 eine kreisrunde Form auf, an der sich eine rechteckige Form des Ölsumpfgehäuseabschnitts 1 1 anschließt. In dem Übergangsbereich zwischen dem Getriebegehäuseabschnitt 13 und dem Olsumpfgehäuseabschnitt 1 1 ist eine Kehle 31 ausgebildet, die in axialer Richtung parallel zu der Hauptdrehachse 3 verläuft, wie dies aus der Figur 4 ersichtlich ist. Die Ölpumpe 7 weist ein zylinderförmiges Pumpengehäuse und ist parallel zu der der Hauptdrehachse in der Kehle 31 angeordnet. Durch diese Anordnung ist die Ölpumpe platzsparend an das Gehäuse als separate Baugruppe angesetzt, so dass der Bauraum für die elektromotorische Getriebevorrichtung 1 gering gehalten wird und zugleich die Ölpumpe 7 wartungsfreundlich angeordnet ist.
Bezugszeichenliste
1 Achse
2 Welle
3 Hauptdrehachse
4 Versorgungsflansch
5 Lagerschild
6 Gehäuse
7 Ölpumpe
8 Ölleitung
9 Ölsumpf
10 Kühlmittelleitung
1 1 Getriebekühlabschnitt
12 Motorgehäuseabschnitt
13 Getriebegehäuseabschnitt
14 äußeres Lagerschild
15 Zwischenlagerschild
16 Stator
17 Rotor
18 Übersetzungsgetriebe
19 Hohlwelle
20 Kühlmantel
21 Kühlring
22 Stege
23 Kühlmitteleinlass
24 Kühlkanäle
25 Kühlmittelauslass
26 Elektromotor
27 Kühlmittelausgang
28 Sammelbereich
29 Ablassbereich
30 Sammelöffnung
31 Kehle
Claims
1 . Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse (6), mit einem Elektromotor (26) zur Erzeugung des Antriebsdrehmoments, wobei der Elektromotor (26) in einem Motorgehäuseabschnitt (1 2) des Gehäuses (6) in einem Motorinnenraum angeordnet ist, mit einem Getriebe (18) zur Umsetzung des Antriebsdrehmoments, wobei das Getriebe (18) in einem Getriebegehäuseabschnitt (13) des Gehäuses (6) in einem Getriebeinnenraum angeordnet ist, mit einem Ölsumpfbereich (9), wobei der Ölsumpfbereich (9) in einem Ölsumpfgehäuseabschnitt (1 1 ) bodenseitig zu dem Getriebeinnenraum angeordnet und strömungstechnisch mit diesem verbunden ist, mit einem Ölsystem (7,8) , welches ausgebildet ist, Öl von dem Getriebe (18) aus dem Ölsumpfbereich (9) zu entnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölsystem (7,8) eine elektrische Ölpumpe (7) zur Förderung des Öls umfasst.
2. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ölpumpe (7) außerhalb des Gehäuses
(6) angeordnet ist.
3. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorgehäuseabschnitt (12) und der Getriebegehäuseabschnitt (13) einen Hülsenabschnitt bilden, welcher koaxial zu dem Rotor (17) des Elektromotors (26) ausgerichtet ist, wobei der Elektromotor (26) und das Getriebe (18) axial zueinander versetzt in dem Hülsenabschnitt angeordnet sind, wobei durch einen Übergang des Hülsenabschnitts zu dem Ölsumpfgehäuseabschnitt (1 1 ) eine in axialer Richtung verlaufende Kehle gebildet ist und wobei die elektrische Ölpumpe
(7) in der Kehle angeordnet ist.
4. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ölpumpe (7) ein zylinderförmiges Pumpengehäuse aufweist, welches parallel zu der axialen Ausrichtung des Gehäuses (6) ausgerichtet ist.
5. Elektrische Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölsumpfbereich (9) als eine separate Kammer zu dem Getriebeinnenraum ausgebildet ist, welche durch einen Durchgangsbereich (30) mit dem Getriebeinnenraum strömungstechnisch verbunden ist, so dass der Ölsumpfbereich (9) als ein Trockensumpfbereich ausgebildet ist.
6. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer einen Sammelbereich (28) und einen
Ablassbereich, der strömungstechnisch dem Sammelbereich nachgeschaltet ist, und der Durchgangsbereich mindestens zwei Durchlässe aufweist, die in dem Sammelbereich (28) münden, wobei der Ablassbereich (29) tiefer als der Sammelbereich (28) angeordnet ist.
7. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebegehäuseabschnitt (13) gemeinsam mit dem Motorgehäuseabschnitt
(12) und/oder mit dem Ölsumpfgehäuseabschnitt (1 1 ) einstückig ausgebildet sind.
8. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kühlkreislauf, wobei der Motorgehäuseabschnitt (12) einen Teil eines Motorkühlabschnitts (20) zur Kühlung des Elektromotors (26) und der Getriebegehäuseabschnitt
(13) mit dem Ölsumpfgehäuseabschnitt (1 1 ) einen Teil eines Getriebekühlabschnitts (1 1 ) zur Kühlung des Getriebes (18) bildet, wobei der Getriebekühlabschnitt (1 1 ) einen Ölkühlbereich in dem Olsumpfgehäuseabschnitt (1 1 ) umfasst, der mit dem Olsumpfbereich (9) des Getriebes (18) thermisch gekoppelt ist, und der in den Wänden des Ölsumpfgehäuseabschnitts (1 1 ) integrierte Kühlkanäle umfasst.
9. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (26) mit einem Kühlmantel (20) umgeben ist, der von einem Kühlmittel durchströmt ist, wobei der Kühlmantel (20) und die Kühlkanäle in den Wänden des Ölsumpfgehäuseabschnitts (1 1 ) strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
10. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese als ein Radmodul, eine elektrische Achse oder als ein Hybridgetriebe ausgebildet ist.
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