WO2024074203A1 - Elektroantrieb zum antreiben eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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WO2024074203A1
WO2024074203A1 PCT/EP2022/077722 EP2022077722W WO2024074203A1 WO 2024074203 A1 WO2024074203 A1 WO 2024074203A1 EP 2022077722 W EP2022077722 W EP 2022077722W WO 2024074203 A1 WO2024074203 A1 WO 2024074203A1
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WO
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opening
section
electric drive
lubricant
motor shaft
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/077722
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English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Broicher
Marc Absenger
Original Assignee
Gkn Automotive Limited
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating
    • F16H57/0447—Control of lubricant levels, e.g. lubricant level control dependent on temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating
    • F16H57/0467—Elements of gearings to be lubricated, cooled or heated
    • F16H57/0476—Electric machines and gearing, i.e. joint lubrication or cooling or heating thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating
    • F16H57/042—Guidance of lubricant
    • F16H57/0421—Guidance of lubricant on or within the casing, e.g. shields or baffles for collecting lubricant, tubes, pipes, grooves, channels or the like
    • F16H57/0424—Lubricant guiding means in the wall of or integrated with the casing, e.g. grooves, channels, holes

Definitions

  • the present invention relates to an electric drive for driving a motor vehicle.
  • Electric drives convert the electrical energy from energy storage devices into rotational energy to drive the wheels of vehicles.
  • the rotating parts of the electric drive for example elements of the electric machine or elements of integrated gears, and the associated bearings must be supplied with sufficient lubricant to ensure their long-term functionality during operation.
  • the distribution of the lubricant in the gear enables the dissipation of excess thermal energy.
  • the entry of lubricant into the air gap of an electric machine in the electric drive can lead to significant efficiency losses.
  • a transmission with a transmission housing is known from DE 10 2014 204 088 A1.
  • the transmission housing has a first section in which an electric machine is arranged, and a second section in which a transmission is arranged.
  • An intermediate plate separates the first section from the second section.
  • a channel creates a fluid connection between the first section and the second section of the housing.
  • a flap is arranged in the channel and is attached via a hinge. The flap is arranged in such a way that when oil flows from the first section to the second section, it is moved away from a stop, thus freeing the channel. When oil flows from the second section to the first section, the flap is pressed against the stop by the oil flow, thereby closing the channel.
  • an electric drive arrangement for driving a motor vehicle comprising: a housing arrangement with an engine compartment in which an electric machine is accommodated, and with a transmission compartment in which a transmission is arranged that is drive-connected to the electric machine.
  • the engine compartment and the transmission compartment are fluidically sealed against one another via a radial shaft sealing ring resting on the motor shaft, so that lubricant cannot enter from the transmission compartment into the engine compartment.
  • This has the disadvantage that as the radial shaft sealing ring wears, lubricant can enter the engine compartment as unwanted leakage from the transmission compartment, which collects permanently in the engine compartment and can enter the air gap of the electric machine.
  • the present invention is based on the object of providing an electric drive for driving a motor vehicle, which ensures a constant efficiency of the electric drive over the entire operating period.
  • an electric drive for driving a motor vehicle comprising: an electric machine; a motor shaft that can be driven by the electric machine to rotate about a drive axis; a transmission that is drive-connected to the motor shaft; and a housing in which a lubricant is contained and which has an intermediate wall that delimits a transmission chamber in which the transmission is arranged and an engine chamber in which the electric machine is arranged; wherein the intermediate wall has a first opening that establishes a fluidic connection between the engine chamber and the transmission chamber; and wherein a valve with a closure element is provided that can be transferred into a blocking position in which the fluidic connection between the engine chamber and the transmission chamber is blocked via the first opening, and into a release position in which the fluidic connection between the engine chamber and the transmission chamber is released via the first opening, wherein the first opening comprises a guide section in which the closure element is guided and which extends obliquely to a horizontal in a nominal installation position of the electric drive.
  • the nominal installation position is to be understood as
  • the electric drive according to the invention has the advantage that the arrangement of the closure element in the inclined guide channel provides a self-switching valve through weight and buoyancy forces. A compact design is thus achieved for the electric drive according to the invention using a small number of parts.
  • the motor shaft can extend through a second opening in the intermediate shaft in such a way that lubricant can pass from the transmission compartment into the motor compartment via a gap between the motor shaft and the intermediate wall.
  • the motor shaft can be connected to the rotor of the electric machine.
  • the lubricant in the gear chamber can form a lubricant surface that defines a rest lubricant plane. At least one gear of the gear can be immersed in the lubricant.
  • the electric machine can also have an air gap formed between a stator and a rotor. A deepest circumferential section of the air gap can lie below the lubricant plane. In other words, the air gap can extend vertically through the rest lubricant plane.
  • the first opening can have an engine compartment opening that opens towards the engine compartment and a transmission compartment opening that opens towards the transmission compartment.
  • the The engine compartment opening can be arranged lower in the vertical direction than a vertically deepest circumferential section of the air gap.
  • the engine compartment opening in the nominal installation position, can be arranged vertically higher than the gearbox compartment opening.
  • the gearbox compartment opening In the nominal installation position and while the motor shaft is at rest without a drive, the gearbox compartment opening can be arranged below the resting lubricant level. In the nominal installation position and while the motor shaft is driven, the gearbox compartment opening can be arranged at least partially above an operating lubricant level and/or the engine compartment opening can be arranged above the operating lubricant level.
  • the fluidic connection between the engine compartment and the transmission compartment can be selectively opened and closed via the first opening.
  • the valve can in particular be self-switching.
  • the valve can be actuated, in particular by an electromagnetic device.
  • the valve can comprise a closure element designed as a ball.
  • the closure element can alternatively have a spherical section.
  • the closure element can be arranged to be movable in the first opening. In the blocking position, the closure element can only be in contact with an inner wall of the first opening and the lubricant.
  • the closure element can in particular be rubberized.
  • the closure element is designed as a flap element which is pivotally attached to the housing so that the gear chamber opening can be selectively released and blocked by the flap element.
  • the sealing element can have a lower density than the lubricant.
  • the sealing element In the nominal installation position and while the motor shaft is at rest without a drive, the sealing element is subjected to a buoyancy force by the lubricant in the direction of a blocking position in which the fluidic connection between the motor compartment and the gear compartment is blocked via the first opening. If the If the sealing element has a lower density than the lubricant, the engine compartment opening can be arranged vertically lower than the gearbox compartment opening in the nominal installation position.
  • the closure element can have a higher density than the lubricant.
  • the closure element In the nominal installation position and while the motor shaft is at rest without a drive, the closure element is then subjected to a buoyancy force by the lubricant that is less than the weight of the closure element, so that the closure element is acted upon in the direction of a blocking position in which the fluidic connection between the engine compartment and the transmission compartment is blocked via the first opening.
  • the closure element has a higher density than the lubricant, the engine compartment opening can be arranged vertically higher than the transmission compartment opening in the nominal installation position.
  • the first opening may extend obliquely to a vertical.
  • the cross section of the first opening can be defined in the region of the guide section by a first maximum inscribing circle, and the cross section of the first opening can be defined in a second region, which can also be referred to as a blocking section, by a second maximum inscribing circle.
  • the first maximum inscribing circle can have a larger diameter than the second maximum inscribing circle.
  • the first opening can be designed in a stepped manner.
  • the area of the guide section can be closer to the gear chamber than the second area.
  • a stop can be arranged in the gear chamber.
  • the closure element can rest against the stop in a release position of the valve, in which the fluidic connection between the engine compartment and the gear chamber is released via the first opening.
  • a fluid throttle can be arranged in the second opening.
  • a fluid throttle reduces the flow through the second opening, but cannot completely prevent it.
  • the fluid throttle can be, for example, a contactless seal that is arranged in particular between the motor shaft and the second opening. Annular gap seals and labyrinth seals are particularly suitable as contactless seals.
  • a vertically deepest toothed section of the gear unit can be higher in the vertical direction than the vertically deepest circumferential section of the air gap.
  • the vertically deepest toothed section of the gear unit in the nominal installation position, can be higher in the vertical direction than the engine compartment opening of the first opening.
  • the motor shaft can have a pinion section, a through section and a bearing section in between.
  • the pinion section can be arranged in the gear chamber and have a largest pinion diameter.
  • the through section can be arranged in the second opening in the intermediate wall and have a largest through section diameter.
  • the bearing section can accommodate a bearing for rotatably supporting the motor shaft relative to the intermediate wall and have a largest bearing section diameter.
  • the largest pinion diameter can be smaller than or equal to the largest bearing section diameter.
  • the largest pinion diameter can be smaller than or equal to the largest through section diameter.
  • the largest bearing section diameter can be smaller than or equal to the largest through section diameter.
  • Figure 1 shows a longitudinal section through an electric drive for a vehicle in an embodiment according to the invention, the electric drive being shown in a nominal installation position in the vehicle;
  • Figure 2 is a detailed view of the first opening of the intermediate wall of the electric drive from Figure 1, wherein the motor shaft rests without a drive and the closure element is in a locking position;
  • Figure 3 is a detailed view of the first opening of the intermediate wall of the electric drive from Figure 1, wherein the motor shaft is driven in rotation and the closure element is in a release position;
  • Figure 4 is a detailed view of the second opening in the intermediate wall of the electric drive from Figure 1.
  • FIGS 1 to 4 show an electric drive 1 according to the invention for driving a vehicle.
  • the electric drive 1 comprises an electric machine 19 with a rotor 20 that can rotate about a rotor axis L20 and a stator 21.
  • An air gap 22 is formed between the rotor 20 and the stator 21, which cylindrically surrounds the rotor axis L20 at least in sections.
  • the electric drive 1 further comprises a motor shaft 23 that is connected to the rotor 20 in a rotationally fixed manner, so that the motor shaft 23 can be driven by the electric machine 19 in rotation about a drive axis L23.
  • the drive axis L23 and the rotor axis L20 are arranged coaxially to one another.
  • the motor shaft 23 is drive-connected to a transmission 27.
  • the transmission 27 is designed to convert a speed of the electric machine 19 to the speed of the wheels of the vehicle.
  • the transmission 27 comprises a spur gear 28 with one or more spur gear stages and a differential 29 with a ring gear 30, which is connected to a differential cage 31 and is in engagement with the spur gear 28.
  • the ring gear 30 rotates about an axis of rotation L29, which in the present case is arranged coaxially to the drive axis L23, without being limited thereto.
  • the differential 29 can, in a manner known to those skilled in the art, divide the power transmitted from the spur gear 28 to the ring gear 30 between two wheels of the vehicle.
  • the electric drive 1 also comprises a housing 2 which has a motor housing element 6 and a gear housing element 18 which are connected to one another via an intermediate plate 17.
  • the motor housing element 6 is pot-shaped and has an opening on a first side which is closed by a motor cover 5.
  • the motor housing element 6 and the motor cover 5 delimit a motor compartment 3 in which the electric machine 19 and sections of the motor shaft 23 are arranged.
  • Cooling channels 39 are formed between the motor cover 5 and the motor housing element 6, in which coolant circulates to cool the electric machine 19.
  • the electric drive 1 thus comprises a fluid-cooled electric machine.
  • the motor shaft 23 extends through the second opening 8.
  • the motor shaft 23 is mounted in the motor cover 5 with a motor cover bearing 37 and in the intermediate wall 7 with an intermediate wall bearing 38 so as to be rotatable about the drive axis L23.
  • the motor housing element 6 and the transmission housing element 18 are connected to one another via the intermediate plate 17 in such a way that a transmission chamber 4 is formed between the motor housing element 6 and the transmission housing element 18.
  • the transmission 27 with the spur gear 28 and the differential 29 as well as sections of the motor shaft 23 are accommodated in the transmission chamber 4.
  • the intermediate plate 17 supports bearings of the spur gear 28 and the differential 29.
  • the housing 2 contains lubricant 32 for lubricating the components of the electric drive 1.
  • the lubricant 32 forms a lubricant surface 33, as shown in Figure 3 as a dot-dash line.
  • the lubricant surface 33 defines a rest lubricant plane ES1, which can also be referred to as a rest lubricant level.
  • the air gap 22 of the electrical machine 19 extends through the rest lubricant level ES1.
  • the rest lubricant level ES1 is arranged vertically higher than the vertically deepest circumferential section of the air gap 22.
  • the motor shaft 23 has a through section 25 that is arranged in the second opening 8.
  • the through section 25 is arranged with respect to the drive axis L23 in radial overlap with the section of the intermediate wall 7 that delimits the second opening 8.
  • the section of the intermediate wall 7 that delimits the second opening 8 can also be referred to as a throttle section 11.
  • the through section 25 and the second opening 8 are each designed to be cylindrical in sections, so that in the present case an annular gap 9 is formed between the motor shaft 23 and the intermediate wall 7.
  • Lubricant 32 can pass through the gap 9 from the gear chamber 4 into the motor chamber 3. Due to the rotation of the through section 25 of the motor shaft 23 and the throttle section 11 of the intermediate wall 7 relative to one another, the gap 9 represents a contactless and leak-proof gap seal.
  • the passage section 25 and the second opening 8 have a shape that differs from cylindrical in sections.
  • an alternative contactless seal can be formed by the passage section 25 and the second opening 8, for example a conical gap seal or a labyrinth seal.
  • Contactless seals can act as a fluid throttle to reduce the volume that can pass through the gap 9, but cannot completely prevent lubricant 32 from passing through the gap 9.
  • the gap 9 can also be designed in such a way that it has no sealing effect whatsoever.
  • a diameter D25 of the through section 25 can be made larger than when using a seal that touches the through section 25 between the through section 25 and the intermediate wall 7. Due to the larger diameter D25 of the through section 25, the contact surfaces/sealing surfaces of the seal would quickly become worn due to the high circumferential speeds on the surface of the through section 25. wear out.
  • the motor shaft 23 has a bearing section 26 which adjoins the through section 25 in the axial direction.
  • the bearing section 26 is cylindrical and has a diameter D26.
  • the intermediate wall bearing 38 with an inner ring is arranged on the bearing section 26.
  • the intermediate wall bearing 38 is supported with the outer ring in a bearing receiving section 10 of the intermediate wall 7.
  • the motor shaft 23 also has a toothed pinion section 24, which is connected to the bearing section 26 in the axial direction.
  • the teeth of the pinion section 24 are in engagement with a toothing of the gear 27 or the spur gear 28, so that the power transmitted from the electric machine 19 to the motor shaft 23 can be transmitted from the pinion section 24 to the gear 27.
  • the pinion section 24 has a diameter D24, which is defined by the tip diameter of the teeth of the pinion section 24.
  • the realizable diameter D24 of the pinion section 24 is limited by the diameter D8 of the largest cylinder inscribed in the second opening 8, which is arranged coaxially with the drive axis L23 so that the motor shaft 23 can be pushed through the second opening 8 during assembly. Due to the contactless arrangement of the through section 25 of the motor shaft 23 and the intermediate wall 7, the diameter D25 of the through section 25 and the diameter D8 of the largest cylinder inscribed in the second opening 8 can be increased. This in turn means that the diameter D24 of the pinion section 24 can also be increased. This results in extensive new design freedoms for the electric drive 1, through which, for example, the transmission ratio of the gear 27 can be advantageously adapted to different applications of the electric drive 1 or the gearing can be optimized with regard to durability or NVH behavior.
  • the diameter D26 of the bearing section 26 is smaller than the diameter D25 of the through section 25.
  • the diameter D24 of the pinion section 24 is smaller than the diameter D26 of the Bearing section 26.
  • the intermediate wall 7 has a first opening 12 in an area which, in the nominal installation position of the electric drive 1, is vertically lower than the second opening s.
  • the first opening 12 fluidically connects the engine compartment 3 to the transmission compartment 4.
  • the first opening 12 is aligned transversely to a horizontal in the nominal installation position of the electric drive 1.
  • the first opening 12 comprises an engine compartment opening 15 which opens in the direction of the engine compartment 3 and a transmission compartment opening 16 which opens in the direction of the transmission compartment 4.
  • the engine compartment opening 15 is arranged vertically higher than the transmission compartment opening 16.
  • the engine compartment opening 15 is arranged vertically lower than the air gap 22 of the electric machine 19. This arrangement of the engine compartment opening 15 in the partition wall 7 ensures that the lubricant 32 that has passed into the engine compartment 3 via the second opening 8 cannot collect in the air gap 22. This would lead to a significant reduction in the efficiency of the electric machine 19 and is therefore undesirable.
  • the engine compartment opening 15 is arranged axially offset from the air gap 22 with respect to the drive axis L23.
  • the engine compartment opening 15 is arranged with respect to the drive axis L23 in radial overlap with the air gap 22.
  • the engine compartment opening 15 can be arranged vertically below the air gap 22 in the nominal installation position of the electric drive 1.
  • the first opening 12 has a guide section 13 and a locking section 14.
  • the guide section 13 and the locking section 14 are cylindrical in the present case and extend over a conical section of the first opening 12 into one another.
  • the diameter of the guide section 13 is larger than the diameter of the locking section 14.
  • the guide section 13 and the locking section 14 have a shape other than cylindrical.
  • the guide section 13 and the locking section 14 can be conical, in particular frustoconical.
  • the guide section 13 i is arranged obliquely to a horizontal.
  • a closure element 35 is movably arranged in the guide section 13. The closure element 35 can be transferred into a blocking position in which the closure element 35 blocks the fluidic connection between the engine compartment 3 and the transmission compartment 4 via the first opening 12, and into a release position in which the closure element 35 releases the fluidic connection between the engine compartment 3 and the transmission compartment 4 via the first opening 12.
  • closure element 35 In the locking position, the closure element 35 is subjected to force in the direction of the locking section 14. The closure element 35 then comes into contact with the locking section 14 and seals it off from the guide section 13.
  • the closure element 35 is designed as a rubberized ball.
  • the closure element 35 has a lower density than the lubricant 32. If, in the nominal installation position of the electric drive 1, the lubricant level E_S in the gear chamber 4 is located vertically above the position of the closure element 35, the closure element 35 experiences a buoyancy force from the lubricant 32, which acts on the closure element 35 in the direction of the locking section 14. This is the case, for example, when the motor shaft 23 is at rest without a drive and the lubricant level E_S corresponds to the rest lubricant level ES1, as shown in Figure 3. In the nominal installation position and in the non-driven state of the electric drive 1, the closure element 35 is thus arranged in the locking position.
  • the wheels of the transmission 27 rotate through drives of the electric machine 19.
  • the wheels of the transmission 27, which extend through the rest lubricant plane ES1 or with a circumferential section in the lubricant 32 are arranged, distribute the lubricant 32 in the gear chamber 4 through their rotation.
  • the ring gear 30 of the differential 29 extends through the rest lubricant plane ES1 and has a circumferential section which is arranged in the lubricant 32.
  • the lubricant surface 33 sinks from the rest lubricant level ES1 in the gear chamber 4 to an operating lubricant level ES2, the level of which lies vertically below the vertically lowest circumferential section of the ring gear 30, as shown in Figure 4.
  • the level of the operating lubricant level ES2 is also vertically lower than the locking position of the closure element 35. Due to the lower density of the closure element 35 compared to the lubricant 32, the closure element 35 floats on the lubricant 32 when the lubricant surface 33 sinks, starting from the locking position, and moves from the locking position towards the release position according to the position of the operating lubricant level ES2.
  • the release position is defined by a stop 36.
  • the guide section 13 of the first opening 12 is partially blocked by the stop 36 on the side of the gear chamber opening 16.
  • the stop 36 is arranged such that the closure element 35 cannot completely emerge from the first opening 12 or from the guide section 13. In other words, the stop 36 secures the closure element 35 in the first opening 12.
  • the stop 36 is designed here as a stop element that is connected to the gear housing element 18.
  • the closure element 35 is thus part of a valve 34 which is designed to open or close the fluidic connection between the engine compartment 3 and the transmission compartment 4 via the first opening 12.
  • the valve 34 can also be designed as a self-switching valve, in particular as a self-switching check valve
  • the valve 34 is formed in the present case from the closure element 35 and the first opening 12.
  • the valve 34 is inserted into the first opening 12 as a unit, for example as a cartridge.
  • the above-mentioned statements basically refer to the nominal installation position of the electric drive 1 in the vehicle, wherein the vehicle is arranged on a horizontal plane.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektroantrieb zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, umfassend: eine elektrische Maschine; ein Getriebe und ein Gehäuse, in dem ein Schmiermittel enthalten ist und das eine Zwischenwand aufweist, die einen Getrieberaum, in dem das Getriebe angeordnet ist, und einen Motorraum, in dem die elektrische Maschine angeordnet ist, begrenzt; wobei die Zwischenwand einen ersten Durchbruch aufweist, der eine fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum und dem Getrieberaum herstellt; und wobei ein Ventil mit einem Verschlusselement vorgesehen ist, das in eine Sperrposition überführbar ist, in der die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum und dem Getrieberaum gesperrt ist, und in eine Freigabeposition, in der die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum und dem Getrieberaum freigegeben ist, wobei der erste Durchbruch einen Führungsabschnitt umfasst, in dem das Verschlusselement geführt ist und der sich in einer Nenn-Einbaulage des Elektroantriebs schräg zu einer Horizontalen erstreckt.

Description

GKN Automotive Limited 05. Oktober 2022
2100 The Crescent Oy/Bl (2022012489)
Birmingham Business Park Q22018WO00
Birmingham, West Midlands B37 7YE United Kingdom
Elektroantrieb zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektroantrieb zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs.
Elektroantriebe wandeln die elektrische Energie von Energiespeichern in Rotationsenergie um, um die Räder von Fahrzeugen anzutreiben. Die rotierenden Teile des Elektroantriebs, beispielsweise Elemente der elektrischen Maschine oder Elemente von integrierten Getrieben, und die dazugehörigen Lager müssen ausreichend mit Schmiermittel versorgt werden, um deren Funktion langfristig im Betrieb zu sichern. Zusätzlich wird durch die Verteilung des Schmiermittels in dem Getriebe eine Abfuhr überschießender Wärmeenergie ermöglicht. Demgegenüber kann der Eintritt von Schmiermittel in den Luftspalt einer elektrischen Maschine des Elektroantriebes zu signifikanten Wirkungsgradverlusten führen.
Aus der DE 10 2014 204 088 A1 ist ein Getriebe mit einem Getriebegehäuse bekannt. Das Getriebegehäuse weist einen ersten Abschnitt auf, in dem eine elektrische Maschine angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, in dem ein Getriebe angeordnet ist. Eine Zwischenplatte grenzt den ersten Abschnitt vom zweiten Abschnitt ab. Ein Kanal stellt eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des Gehäuses her. Im Kanal ist eine Klappe angeordnet, welche über ein Scharnier befestigt ist. Die Klappe ist dabei so angeordnet, dass sie bei einer Ölströmung vom ersten Abschnitt zum zweiten Abschnitt von einem Anschlag wegbewegt wird und damit den Kanal freigibt. Bei einer Ölströmung vom zweiten Abschnitt zum ersten Abschnitt wird die Klappe durch die Ölströmung gegen den Anschlag gedrückt, wodurch der Kanal verschlossen wird. Aus der WO 2019/228639 A1 ist eine Elektroantriebsanordnung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs bekannt, umfassend: eine Gehäuseanordnung mit einem Motorraum, in dem eine elektrische Maschine aufgenommen ist, und mit einem Getrieberaum, in dem ein Getriebe angeordnet ist, das mit der elektrischen Maschine antriebsverbunden ist. Der Motorraum und der Getrieberaum sind über einen an der Motorwelle anliegenden Radialwellendichtring fluidisch gegeneinander abgedichtet, sodass Schmiermittel nicht von dem Getrieberaum in den Motorraum eintreten kann. Dies hat den Nachteil, dass mit zunehmendem Verschleiß des Radialwellendichtrings Schmiermittel als ungewollte Leckage von dem Getrieberaum in den Motorraum eintreten kann, dass sich dauerhaft in dem Motorraum sammelt und in den Luftspalt der elektrischen Maschine eintreten kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Elektroantrieb zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, der einen konstanten Wirkungsgrad des Elektroantriebs über die vollständige Betriebsdauer sicherstellt.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Elektroantrieb zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend: eine elektrische Maschine; eine Motorwelle, die von der elektrischen Maschine um eine Antriebsachse drehend antreibbar ist; ein Getriebe, das mit der Motorwelle antriebsverbunden ist; und ein Gehäuse, in dem ein Schmiermittel enthalten ist und das eine Zwischenwand aufweist, die einen Getrieberaum, in dem das Getriebe angeordnet ist, und einen Motorraum, in dem die elektrische Maschine angeordnet ist, begrenzt; wobei die Zwischenwand einen ersten Durchbruch aufweist, der eine fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum und dem Getrieberaum herstellt; und wobei ein Ventil mit einem Verschlusselement vorgesehen ist, das in eine Sperrposition überführbar ist, in der die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum und dem Getrieberaum über den ersten Durchbruch gesperrt ist, und in eine Freigabeposition, in der die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum und dem Getrieberaum über den ersten Durchbruch freigegeben ist, wobei der erste Durchbruch einen Führungsabschnitt umfasst, in dem das Verschlusselement geführt ist und der sich in einer Nenn-Einbaulage des Elektroantriebs schräg zu einer Horizontalen erstreckt. Als Nenn-Einbaulage soll die Lage des Elektroantriebs verstanden werden, die sich ergibt, wenn der Elektroantrieb in seiner Soll-Lage in dem Fahrzeug eingebaut ist und das Fahrzeug mit den Rädern auf einer horizontalen Ebene unbewegt steht.
Durch den Betrieb des Getriebes sinkt der Schmiermittelpegel in dem Getrieberaum ab. Der von dem Schmiermittel von der Getrieberaumseite auf das Verschlusselement einwirkende hydraulische Druck nimmt ab, bis das Verschlusselement auf Grund der Summe aus Gewichtskraft und hydraulischem Druck auf der Motorraumseite aus Sperrposition herausbewegt wird.
Der erfindungsgemäße Elektroantrieb weist den Vorteil auf, dass durch die Anordnung des Verschlusselements in dem schrägen Führungskanal durch Gewichts- und Auftriebskräfte ein selbstschaltendes Ventil bereitgestellt wird. Für den erfindungsgemäßen Elektroantrieb wird somit eine kompakte Bauweise bei Verwendung einer geringen Teilezahl realisiert.
In einer möglichen Ausführungsform des Elektroantriebs kann sich die Motorwelle so durch einen zweiten Durchbruch der Zwischenwelle erstrecken, dass Schmiermittel über einen Spalt zwischen Motorwelle und Zwischenwand von dem Getrieberaum in den Motorraum treten kann.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform des Elektroantriebs kann die Motorwelle mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden sein. In der Nenn-Einbaulage und während die Motorwelle antriebsfrei ruht, kann das Schmiermittel in dem Getrieberaum eine Schmiermitteloberfläche bilden, die eine Ruhe-Schmiermittelebene definiert. Zumindest ein Zahnrad des Getriebes kann dabei in das Schmiermittel eintauchen. Die elektrische Maschine kann zudem einen zwischen einem Stator und einem Rotor ausgebildeten Luftspalt aufweisen. Ein tiefster Umfangsabschnitt des Luftspalts kann unterhalb der Schmiermittelebene liegen. Mit anderen Worten kann sich der Luftspalt in vertikaler Richtung durch die Ruhe-Schmiermittelebene hindurcherstrecken.
Der erste Durchbruch kann in einer möglichen Ausgestaltung eine Motorraum- Mündung aufweisen, die sich in Richtung Motorraum öffnet, und eine Getrieberaum- Mündung, die sich in Richtung Getrieberaum öffnet. In der Nenn-Einbaulage kann die Motorraum-Mündung in vertikaler Richtung tiefer angeordnet sein als ein vertikal tiefster Umfangsabschnitt des Luftspalts. Alternativ oder in Kombination kann in der Nenn-Einbaulage die Motorraum-Mündung vertikal höher angeordnet sein als die Getrieberaum-Mündung. In der Nenn-Einbaulage und während die Motorwelle antriebsfrei ruht, kann die Getrieberaum-Mündung unterhalb der Ruhe- Schmiermittelebene angeordnet sein. In der Nenn-Einbaulage und während die Motorwelle angetrieben wird, kann die Getrieberaum-Mündung zumindest teilweise oberhalb einer Betriebs-Schmiermittelebene angeordnet sein und/oder die Motorraum- Mündung kann oberhalb der Betriebs-Schmiermittelebene angeordnet sein.
In einer möglichen Ausführungsform des Elektroantriebs kann die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum und dem Getrieberaum über den ersten Durchbruch selektiv freigebbar und sperrbar sein. Das Ventil kann insbesondere selbstschaltend sein. Alternativ kann das Ventil aktuierbar sein, insbesondere durch eine elektromagnetische Vorrichtung.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform des Elektroantriebs kann das Ventil ein als Kugel ausgestaltetes Verschlusselement umfassen. Das Verschlusselement kann alternativ einen kugelförmigen Abschnitt aufweisen. Das Verschlusselement kann in dem ersten Durchbruch bewegbar angeordnet sein. Das Verschlusselement kann in der Sperrposition einzig mit einer Innenwandung des ersten Durchbruchs und dem Schmiermittel in Kontakt sein. Das Verschlusselement kann insbesondere gummiert sein.
Als weitere alternative Ausgestaltung kommt in Betracht, dass das Verschlusselement als Klappenelement ausgestaltet ist, das schwenkbar an dem Gehäuse befestigt ist, sodass die Getrieberaum-Mündung wahlweise von dem Klappenelement freigegeben und gesperrt werden kann.
Das Verschlusselement kann eine geringere Dichte aufweisen als das Schmiermittel. In der Nenn-Einbaulage und während die Motorwelle antriebsfrei ruht wird somit das Verschlusselement von dem Schmiermittel mit einer Auftriebskraft in Richtung einer Sperrposition beaufschlagt, in der die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum und dem Getrieberaum über den ersten Durchbruch gesperrt ist. Weist das Verschlusselement eine geringere Dichte als das Schmiermittel auf, kann der in der Nenn-Einbaulage die Motorraum-Mündung vertikal tiefer angeordnet sein als die Getrieberaum-Mündung.
Alternativ kann das Verschlusselement eine höhere Dichte aufweisen als das Schmiermittel. In der Nenn-Einbaulage und während die Motorwelle antriebsfrei ruht wird sodann das Verschlusselement von dem Schmiermittel mit einer Auftriebskraft beaufschlagt, die geringer ist als die Gewichtskraft des Verschlusselements, sodass das Verschlusselement in Richtung einer Sperrposition beaufschlagt wird, in der die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum und dem Getrieberaum über den ersten Durchbruch gesperrt ist. Weist das Verschlusselement eine höhere Dichte als das Schmiermittel auf, kann der in der Nenn-Einbaulage die Motorraum-Mündung vertikal höher angeordnet sein als die Getrieberaum-Mündung.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann sich der erste Durchbruch schräg zu einer Vertikalen erstrecken.
Der Querschnitt des ersten Durchbruchs kann in einer möglichen Ausführungsform im Bereich des Führungsabschnittes durch einen ersten maximalen einschreibenden Kreis definiert sein, und der Querschnitt des ersten Durchbruchs kann in einem zweiten Bereich, der auch als Sperrabschnitt bezeichnet werden kann, durch einen zweiten maximalen einschreibenden Kreis definiert sein. Der erste maximale einschreibende Kreis kann einen größeren Durchmesser aufweisen als der zweite maximale einschreibende Kreis. Mit anderen Worten kann der erste Durchbruch gestuft ausgeführt sein.
Der Bereich des Führungsabschnitts kann näher an dem Getrieberaum liegen als der zweite Bereich.
In einerweiteren möglichen Ausführungsform kann in dem Getrieberaum ein Anschlag angeordnet sein. An dem Anschlag kann das Verschlusselement in einer Freigabeposition des Ventils anliegen, in der die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum und dem Getrieberaum über den ersten Durchbruch freigegeben ist. In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann in dem zweiten Durchbruch eine Fluiddrossel angeordnet sein. Eine Fluiddrossel senkt den Durchfluss durch den zweiten Durchbruch, kann diesen aber nicht vollständig verhindern. Die Fluiddrossel kann beispielsweise eine berührungslose Dichtung sein, die insbesondere zwischen der Motorwelle und dem zweiten Durchbruch angeordnet ist. Als berührungslose Dichtungen kommen im Speziellen Ringspaltdichtungen und Labyrinth-Dichtungen in Betracht.
In der Nenn-Einbaulage kann in einer möglichen Ausführungsform ein vertikal tiefster verzahnter Abschnitt des Getriebes in vertikaler Richtung höher liegen als der vertikal tiefste Umfangsabschnitt des Luftspalts. Alternativ oder in Kombination kann in der Nenn-Einbaulage der vertikal tiefste verzahnte Abschnitt des Getriebes in vertikaler Richtung höher liegen als die Motorraum-Mündung des ersten Durchbruchs.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die Motorwelle einen Ritzelabschnitt, einen Durchgangsabschnitt und dazwischenliegend einen Lagerabschnitt aufweisen. Der Ritzelabschnitt kann in dem Getrieberaum angeordnet sein und einen größten Ritzel-Durchmesser aufweisen. Der Durchgangsabschnitt kann in dem zweiten Durchbruch der Zwischenwand angeordnet sein und einen größten Durchgangsabschnitt-Durchmesser aufweisen. Der Lagerabschnitt kann ein Lager zur drehbaren Lagerung der Motorwelle gegenüber der Zwischenwand aufnehmen und einen größten Lagerabschnitt-Durchmesser aufweisen. Der größte Ritzel-Durchmesser kann dabei kleiner oder gleich dem größten Lagerabschnitt- Durchmesser sein. Alternativ oder in Kombination kann der größte Ritzel-Durchmesser kleiner oder gleich dem größten Durchgangsabschnitt-Durchmesser sein. Der größte Lagerabschnitt-Durchmesser kann kleiner oder gleich dem größten Durchgangsabschnitt-Durchmesser sein.
Eine mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Elektroantriebs wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Hierin zeigt
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Elektroantrieb für ein Fahrzeug in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung, wobei der Elektroantrieb in einer Nenn- Einbaulage in dem Fahrzeug dargestellt ist; Figur 2 eine Detailansicht des ersten Durchbruchs der Zwischenwand des Elektroantriebs aus Figur 1 , wobei die Motorwelle antriebsfrei ruht und sich das Verschlusselement in einer Sperrposition befindet;
Figur 3 eine Detailansicht des ersten Durchbruchs der Zwischenwand des Elektroantriebs aus Figur 1 , wobei die Motorwelle drehend angetrieben ist und sich das Verschlusselement in einer Freigabeposition befindet; und
Figur 4 eine Detailansicht des zweiten Durchbruchs der Zwischenwand des Elektroantriebs aus Figur 1.
Die Figuren 1 bis 4, die nachfolgend gemeinsam beschrieben werden, zeigen einen erfindungsgemäßen Elektroantrieb 1 zum Antreiben eines Fahrzeuges. Der Elektroantrieb 1 umfasst eine elektrische Maschine 19 mit einem um eine Rotorachse L20 drehbaren Rotor 20 und einem Stator 21. Zwischen dem Rotor 20 und dem Stator 21 ist ein Luftspalt 22 gebildet, der die Rotorachse L20 zumindest abschnittsweise zylindrisch umgibt. Der Elektroantrieb 1 umfasst des Weiteren eine Motorwelle 23, die mit dem Rotor 20 drehfest verbunden ist, sodass die Motorwelle 23 von der elektrischen Maschine 19 um eine Antriebsachse L23 drehend antreibbar ist. Die Antriebsachse L23 und die Rotorachse L20 sind koaxial zueinander angeordnet.
Die Motorwelle 23 ist mit einem Getriebe 27 antriebsverbunden. Das Getriebe 27 ist dazu ausgestaltet, eine Drehzahl der elektrischen Maschine 19 auf die Drehzahl der Räder des Fahrzeuges zu wandeln. Das Getriebe 27 umfasst vorliegend ein Stirnradgetriebe 28 mit einer oder mehreren Stirnradgetriebestufen und ein Differential 29 mit einem Ringrad 30, das mit einem Differentialkorb 31 verbunden und mit dem Stirnradgetriebe 28 in Eingriff ist. Das Ringrad 30 dreht sich dabei um eine Drehachse L29, die im vorliegenden Fall koaxial zu der Antriebsachse L23 angeordnet ist, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Differential 29 kann in dem Fachmann bekannter Weise die von dem Stirnradgetriebe 28 auf das Ringrad 30 übertragene Leistung auf zwei Räder des Fahrzeugs aufteilen. Der Elektroantrieb 1 umfasst zudem ein Gehäuse 2, das ein Motorgehäuseelement 6 und ein Getriebegehäuseelement 18 aufweist, die über eine Zwischenplatte 17 miteinander verbunden.
Das Motorgehäuseelement 6 ist topffömig ausgestaltet und weist an einer ersten Seite eine Öffnung auf, die von einem Motordeckel 5 verschlossen wird. Das Motorgehäuseelement 6 und der Motordeckel 5 begrenzen einen Motorraum 3, in dem die elektrische Maschine 19 und Abschnitte der Motorwelle 23 angeordnet sind. Zwischen dem Motordeckel 5 und dem Motorgehäuseelement 6 sind Kühlkanäle 39 ausgebildet, in denen Kühlmittel zur Kühlung der elektrischen Maschine 19 zirkuliert. Der Elektroantrieb 1 umfasst somit eine fluidgekühlte elektrische Maschine.
Ein Bodenabschnitt des topfförmigen Motorgehäuseelements 6, der auch als Zwischenwand 7 bezeichnet werden kann, weist einen ersten Durchbruch 12 und einen zweiten Durchbruch 8 auf. Durch den zweiten Durchbruch 8 erstreckt sich die Motorwelle 23. Die Motorwelle 23 ist in dem Motordeckel 5 mit einem Motordeckellager 37 und in der Zwischenwand 7 mit einem Zwischenwand lager 38 drehbar um die Antriebsachse L23 gelagert.
Das Motorgehäuseelement 6 und das Getriebegehäuseelement 18 sind über die Zwischenplatte 17 so miteinander verbunden, dass zwischen dem Motorgehäuseelement 6 und dem Getriebegehäuseelement 18 ein Getrieberaum 4 gebildet ist. In dem Getrieberaum 4 ist das Getriebe 27 mit dem Stirnradgetriebe 28 und dem Differential 29 sowie Abschnitte der Motorwelle 23 aufgenommen. Die Zwischenplatte 17 stützt dabei Lager des Stirnradgetriebes 28 und des Differentials 29 ab.
In dem Gehäuse 2 ist Schmiermittel 32 zur Schmierung der Komponenten des Elektroantriebs 1 aufgenommen. In einer Nenn-Einbaulage des Elektroantriebs 1 in dem Fahrzeug, bei dem das Fahrzeug auf einer horizontalen Ebene steht, und während die Motorwelle 23 antriebsfrei ruht, bildet das Schmiermittel 32 eine Schmiermitteloberfläche 33, wie in Figur 3 als strichpunktierte Linie gezeigt ist. Durch die Schmiermitteloberfläche 33 wird eine Ruhe-Schmiermittelebene ES1 definiert, die auch als Ruhe-Schmiermittelniveau bezeichnet werden kann. Der Luftspalt 22 der elektrischen Maschine 19 erstreckt sich durch die Ruhe-Schmiermittelebene ES1. Mit anderen Worten ist die Ruhe-Schmiermittelebene ES1 vertikal höher angeordnet, als der vertikal tiefste Umfangsabschnitt des Luftspalts 22.
Die Motorwelle 23 weist einen Durchgangsabschnitt 25 auf, der in dem zweiten Durchbruch 8 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Durchgangsabschnitt 25 bezüglich der Antriebsachse L23 in radialer Überdeckung mit dem Abschnitt der Zwischenwand 7 angeordnet, der den zweiten Durchbruch 8 begrenzt. Der Abschnitt der Zwischenwand 7, der den zweiten Durchbruch 8 begrenzt, kann auch als Drosselabschnitt 11 bezeichnet werden. Der Durchgangsabschnitt 25 und der zweite Durchbruch 8 sind jeweils abschnittsweise zylindrisch ausgestaltet, sodass vorliegend ein ringförmiger Spalt 9 zwischen der Motorwelle 23 und der Zwischenwand 7 gebildet ist. Durch den Spalt 9 kann Schmiermittel 32 von dem Getrieberaum 4 in den Motorraum 3 treten. Auf Grund der Rotation von Durchgangsabschnitt 25 der Motorwelle 23 und dem Drosselabschnitt 11 der Zwischenwand 7 relativ zueinander stellt der Spalt 9 eine berührungslose und leckagebehaftete Spaltdichtung dar.
Es ist auch denkbar, dass der Durchgangsabschnitt 25 und der zweite Durchbruch 8 abschnittsweise eine von zylindrisch abweichende Form aufweisen. Insbesondere kann durch den Durchgangsabschnitt 25 und den zweiten Durchbruch 8 eine alternative berührungslose Dichtung gebildet werden, beispielweise eine konische Spaltdichtung oder eine Labyrinthdichtung. Berührungslose Dichtungen können als Fluiddrossel das Volumen reduzieren, das durch den Spalt 9 treten kann, nicht aber einen Übertritt von Schmiermittel 32 durch den Spalt 9 vollständig verhindern. Es versteht sich, dass der Spalt 9 auch so ausgeführt sein kann, dass dieser keinerlei Dichtwirkung aufweist.
Durch die berührungslose Anordnung der Motorwelle 23 in dem zweiten Durchbruch 8 kann ein Durchmesser D25 des Durchgangsabschnittes 25 größer ausgeführt werden als bei der Verwendung einer den Durchgangsabschnitt 25 berührenden Dichtung zwischen dem Durchgangsabschnitt 25 und der Zwischenwand 7. Durch den größeren Durchmesser D25 des Durchgangsabschnittes 25 würden bei berührenden Dichtungen die Auflageflächen/Dichtflächen der Dichtung auf Grund großer Umfangsgeschwindigkeiten auf der Oberfläche des Durchgangsabschnittes 25 schnell verschleißen.
Die Motorwelle 23 weist einen Lagerabschnitt 26 auf, der in axialer Richtung an den Durchgangsabschnitt 25 anschließt. Der Lagerabschnitt 26 ist zylindrisch ausgestaltet und weist einen Durchmesser D26 auf. Auf dem Lagerabschnitt 26 ist das Zwischenwandlager 38 mit einem Innenring angeordnet. Das Zwischenwand lager 38 ist mit dem Außenring in einem Lageraufnahmeabschnitt 10 der Zwischenwand 7 abgestützt.
Die Motorwelle 23 weist zudem einen verzahnten Ritzelabschnitt 24 auf, der in axialer Richtung an den Lagerabschnitt 26 anschließt. Die Verzahnung des Ritzelabschnittes 24 steht mit einer Verzahnung des Getriebes 27 respektive des Stirnradgetriebes 28 in Eingriff, sodass von dem Ritzelabschnitt 24 die von der elektrischen Maschine 19 auf die Motorwelle 23 übertragene Leistung auf das Getriebe 27 übertragbar ist. Der Ritzelabschnitt 24 weist einen Durchmesser D24 auf, der durch den Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung des Ritzelabschnittes 24 definiert ist.
Der realisierbare Durchmesser D24 des Ritzelabschnittes 24 wird durch den Durchmesser D8 des größten in dem zweiten Durchbruch 8 eingeschrieben Zylinders limitiert, der koaxial mit der Antriebsachse L23 angeordnet ist, damit bei der Montage die Motorwelle 23 durch den zweiten Durchbruch 8 hindurch geschoben werden kann. Durch die berührungslose Anordnung von dem Durchgangsabschnitt 25 der Motorwelle 23 und der Zwischenwand 7 kann der Durchmesser D25 des Durchgangsabschnittes 25 sowie der Durchmesser D8 des größten in dem zweiten Durchbruch 8 eingeschrieben Zylinders vergrößert werden. Dies hat wiederum zur Folge, dass auch der Durchmesser D24 des Ritzelabschnittes 24 vergrößert werden kann. Hierdurch ergeben sich weitreichende neu konstruktive Freiheiten für den Elektroantrieb 1 , durch die beispielweise die Übersetzung des Getriebes 27 vorteilhaft an verschiedene Applikationen des Elektroantriebs 1 angepasst oder die Verzahnung bezüglich der Dauerhaltbarkeit oder dem NVH-Verhalten optimiert werden kann
Der Durchmesser D26 des Lagerabschnittes 26 ist vorliegend kleiner als der Durchmesser D25 des Durchgangsabschnittes 25 ausgeführt. Der Durchmesser D24 des Ritzelabschnittes 24 ist vorliegend kleiner als der Durchmesser D26 des Lagerabschnittes 26 ausgeführt.
Die Zwischenwand 7 weist einen ersten Durchbruch 12 in einem Bereich auf, der in der Nenn-Einbaulage des Elektroantriebs 1 vertikal tiefer liegt als der zweite Durchbruch s. Der erste Durchbruch 12 verbindet den Motorraum 3 mit dem Getrieberaum 4 fluidisch. Der erste Durchbruch 12 ist in der Nenn- Einbaulage des Elektroantriebs 1 quer zu einer Horizontalen ausgerichtet. Der erste Durchbruch 12 umfasst eine Motorraum-Mündung 15, die sich in die Richtung des Motorraums 3 öffnet, und eine Getrieberaum-Mündung 16, die sich in die Richtung des Getrieberaums 4 öffnet. Die Motorraum-Mündung 15 ist in der Nenn-Einbaulage des Elektroantriebs 1 vertikal höher angeordnet als die Getrieberaum-Mündung 16. Somit kann Schmiermittel 32, das über den zweiten Durchbruch 8 in den Motorraum 3 getreten ist, über den ersten Durchbruch 12 wieder zurück in den Getrieberaum 4 fließen, wenn das Ölniveau im Motorraum 3 auf die Höhe der Motorraum-Mündung 15 steigt.
Die Motorraum-Mündung 15 ist in der Nenn-Einbaulage des Elektroantriebs 1 vertikal tiefer angeordnet als der Luftspalt 22 der elektrischen Maschine 19. Durch diese Anordnung der Motorraum-Mündung 15 in der Zwischenwand 7 wird sichergestellt, dass das über den zweiten Durchbruch 8 in den Motorraum 3 übergetretene Schmiermittel 32 sich nicht in dem Luftspalt 22 sammeln kann. Dies würde zu einer erheblichen Reduktion des Wirkungsgrades der elektrischen Maschine 19 führen und ist daher unerwünscht.
Die Motorraum-Mündung 15 ist im vorliegenden Fall bezüglich der Antriebsachse L23 axial versetzt zu dem Luftspalt 22 angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass die Motorraum-Mündung 15 bezüglich der Antriebsachse L23 in radialer Überdeckung zu dem Luftspalt 22 angeordnet ist. Mit anderen Worten kann die Motorraum-Mündung 15 in der Nenn-Einbaulage des Elektroantriebs 1 vertikal unterhalb des Luftspalts 22 angeordnet sein.
Der erste Durchbruch 12 weist einen Führungsabschnitt 13 und einen Sperrabschnitt 14 auf. Der Führungsabschnitt 13 und der Sperrabschnitt 14 sind im vorliegenden Fall zylindrisch ausgestaltet und gehen über einen konischen Abschnitt des ersten Durchbruchs 12 ineinander über. Der Durchmesser des Führungsabschnitts 13 ist größer als der Durchmesser des Sperrabschnitts 14. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Führungsabschnitt 13 und der Sperrabschnitt 14 eine von zylindrisch abweichende Form aufweisen. Insbesondere können der Führungsabschnitts 13 und der Sperrabschnitt 14 konisch, im Speziellen kegelstumpfförmig, ausgestaltet sein.
Der Führungsabschnitt 13 i ist schräg zu einer Horizontalen angeordnet. In dem Führungsabschnitt 13 ist ein Verschlusselement 35 bewegbar angeordnet. Das Verschlusselement 35 ist in eine Sperrposition überführbar, in der das Verschlusselement 35 die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum 3 und dem Getrieberaum 4 über den ersten Durchbruch 12 sperrt, und in eine Freigabeposition, in der das Verschlusselement 35 die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum 3 und dem Getrieberaum 4 über den ersten Durchbruch 12 freigibt.
In der Sperrposition wird das Verschlusselement 35 in Richtung des Sperrabschnitts 14 mit Kraft beaufschlagt. Das Verschlusselement 35 kommt sodann in Anlage mit dem Sperrabschnitt 14 und dichtet diesen gegenüber dem Führungsabschnitt 13 ab.
Das Verschlusselement 35 ist vorliegend als gummierte Kugel ausgeführt. Das Verschlusselement 35 weist eine geringer Dichte auf als das Schmiermittel 32. Liegt in Nenn-Einbaulage des Elektroantriebs 1 die Schmiermittelebene E_S in dem Getrieberaum 4 vertikal über der Position des Verschlusselements 35, erfährt das Verschlusselement 35 von dem Schmiermittel 32 eine Auftriebskraft, die das Verschlusselement 35 in Richtung des Sperrabschnitts 14 beaufschlagt. Dies ist beispielweise dann der Fall, wenn die Motorwelle 23 antriebsfrei ruht und die Schmiermittelebene E_S der Ruhe-Schmiermittelebene ES1 entspricht, wie in der Figur 3 gezeigt. In der Nenn-Einbaulage und im unangetriebenen Zustand des Elektroantriebs 1 ist das Verschlusselement 35 somit in der Sperrposition angeordnet.
Durch Antrieben der elektrischen Maschine 19 drehen die Räder des Getriebes 27. Die Räder des Getriebes 27, die sich durch die Ruhe-Schmiermittelebene ES1 hindurch erstrecken respektive mit einem Umfangsabschnitt in dem Schmiermittel 32 angeordnet sind, verteilen durch ihre Rotation das Schmiermittel 32 in dem Getrieberaum 4. Im vorliegenden Fall erstreckt sich in der Nenn-Einbaulage des Elektroantriebs 1 bei nicht angetriebener Motorwelle 32 das Ringrad 30 des Differentials 29 durch die Ruhe-Schmiermittelebene ES1 hindurch und weist einen Umfangsabschnitt auf, der in dem Schmiermittel 32 angeordnet ist.
Durch das Verteilen des Schmiermittels 32 in dem Getrieberaum 4 bei höheren Drehzahlen sinkt die Schmiermitteloberfläche 33 von der Ruhe-Schmiermittelebene ES1 in dem Getrieberaum 4 auf eine Betriebs-Schmiermittelebene ES2 ab, deren Niveau vertikal unterhalb des vertikal tiefsten Umfangabschnitts des Ringrades 30 liegt, wie in Figur 4 gezeigt. Das Niveau der Betriebs-Schmiermittelebene ES2 liegt zudem vertikal tiefer als die Sperrposition des Verschlusselements 35. Auf Grund der kleineren Dichte des Verschlusselementes 35 gegenüber dem Schmiermittel 32 schwimmt das Verschlusselement 35 beim Absinken der Schmiermitteloberfläche 33 ausgehend von der Sperrposition auf dem Schmiermittel 32 auf und bewegt sich aus der Sperrposition entsprechend der Lage der Betriebs-Schmiermittelebene ES2 in Richtung Freigabeposition.
Bei weiteren Absinken des Niveaus der Schmiermitteloberfläche 33 durch Rotation des Ringrades 30 folgt das Verschlusselement 35 der Schmiermitteloberfläche 33 bis hin zu der Freigabeposition. Die Freigabeposition wird dabei durch einen Anschlag 36 definiert. Der Führungsabschnitt 13 des ersten Durchbruchs 12 wird auf Seite der Getrieberaum-Mündung 16 teilweise durch den Anschlag 36 versperrt. Der Anschlag 36 ist dabei so angeordnet, dass das Verschlusselement 35 aus dem ersten Durchbruch 12 respektive aus dem Führungsabschnitt 13 nicht vollständig heraustreten kann. Mit anderen Worten sichert der Anschlag 36 das Verschlusselement 35 in dem ersten Durchbruch 12. Der Anschlag 36 ist vorliegend als Anschlagelement ausgeführt, das mit dem Getriebegehäuseelement 18 verbunden ist.
Das Verschlusselement 35 ist somit Teil eines Ventils 34, das ausgestaltet ist, die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum 3 und dem Getrieberaum 4 über den ersten Durchbruch 12 freizugeben oder zu sperren. Das Ventil 34 kann auch als selbstschaltendes Ventil, insbesondere als selbstschaltendes Rückschlagventil bezeichnet werden. Das Ventil 34 wird vorliegend aus dem Verschlusselement 35 und dem ersten Durchbruch 12 gebildet. Es ist aber auch denkbar, dass das Ventil 34 als Einheit, beispielsweise als Kartusche, in den ersten Durchbruch 12 eingesetzt wird. Die zuvor genannten Ausführungen beziehen sich grundsätzlich auf die Nenn- Einbaulage des Elektroantriebes 1 in dem Fahrzeug, wobei das Fahrzeug auf einer horizontalen Ebene angeordnet ist.
Bezugszeichenliste
1 Elektroantrieb
2 Gehäuse
3 Motorraum
4 Getrieberaum
5 Motordeckel
6 Motorgehäuseelement
7 Zwischenwand
8 Durchbruch
9 Spalt
10 Lageraufnahmeabschnitt
11 Drosselabschnitt
12 Durchbruch
13 Führungsabschnitt
14 Sperrabschnitt
15 Motorraum-Mündung
16 Getrieberaum-Mündung
17 Zwischenplatte
18 Getriebegehäuseelement
19 elektrische Maschine
20 Rotor
21 Stator
22 Luftspalt
23 Motorwelle
24 Ritzelabschnitt
25 Durchgangsabschnitt
26 Lagerabschnitt
27 Getriebe 8 Stirnradgetriebe 9 Differential 0 Ringrad 1 Differentialkorb 2 Schmiermittel
33 Schm ierm itteloberf lache
34 Ventil
35 Verschlusselement
36 Anschlag
37 Motordeckellager
38 Zwischenwandlager
39 Kühlkanäle
L23 Antriebsachse
L20 Rotorachse
L29 Drehachse
ES1 Ruhe-Schm ierm ittelebene
ES2 Betriebs-Schmiermittelebene

Claims

Ansprüche
1 . Elektroantrieb zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, umfassend: eine elektrische Maschine (19); eine Motorwelle (23), die von der elektrischen Maschine (19) um eine Antriebsachse (L23) drehend antreibbar ist; ein Getriebe (27), das mit der Motorwelle (23) antriebsverbunden ist; und ein Gehäuse (2), in dem ein Schmiermittel (32) enthalten ist und das eine Zwischenwand (7) aufweist, die einen Getrieberaum (4), in dem das Getriebe (27) angeordnet ist, und einen Motorraum (3), in dem die elektrische Maschine (19) angeordnet ist, begrenzt; wobei die Zwischenwand (7) einen ersten Durchbruch (12) aufweist, der eine fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum (3) und dem Getrieberaum (4) herstellt; und wobei ein Ventil (34) mit einem Verschlusselement (35) vorgesehen ist, das in eine Sperrposition überführbar ist, in der die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum (3) und dem Getrieberaum (4) gesperrt ist, und in eine Freigabeposition, in der die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum (3) und dem Getrieberaum (4) freigegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Durchbruch (12) einen Führungsabschnitt (13) umfasst, in dem das Verschlusselement (35) geführt ist und der sich in einer Nenn-Einbaulage des Elektroantriebs (1 ) schräg zu einer Horizontalen erstreckt. Elektroantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Motorwelle (23) so durch einen zweiten Durchbruch (8) der Zwischenwand (7) hindurch erstreckt, dass Schmiermittel (32) über einen Spalt (9) zwischen Motorwelle (23) und Zwischenwand (7) von dem Getrieberaum (4) in den Motorraum (3) treten kann. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (19) einen zwischen einem Stator (21 ) und einem Rotor (20) ausgebildeten Luftspalt (22) aufweist; dass die Motorwelle (23) mit dem Rotor (20) der elektrischen Maschine (19) verbunden ist; dass in der Nenn-Einbaulage und während die Motorwelle (23) antriebsfrei ruht, das Schmiermittel (32) in dem Getrieberaum eine Schmiermitteloberfläche (33) bildet, die eine Ruhe-Schmiermittelebene (ES1 ) definiert; dass zumindest ein Zahnrad des Getriebes (27) in das Schmiermittel (32) eintaucht; und dass ein vertikal tiefster Umfangsabschnitt des Luftspalts (22) unterhalb der der Ruhe-Schmiermittelebene (ES1 ) liegt. Elektroantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Durchbruch (12) eine Motorraum-Mündung (15) aufweist, die sich in Richtung Motorraum (3) öffnet, und eine Getrieberaum-Mündung (16), die sich in Richtung Getrieberaum (4) öffnet, wobei in der Nenn-Einbaulage die Motorraum-Mündung (15) in vertikaler Richtung tiefer angeordnet ist als ein tiefster Umfangsabschnitt des Luftspalts (22) und/oder dass in der Nenn-Einbaulage die Motorraum-Mündung (15) vertikal höher angeordnet ist als die Getrieberaum-Mündung (16), und/oder dass in der Nenn-Einbaulage und während die Motorwelle (23) antriebsfrei ruht, die Getrieberaum-Mündung (16) unterhalb der Ruhe-Schmiermittelebene (ES1 ) angeordnet ist, und/oder dass in der Nenn-Einbaulage und während die Motorwelle (23) angetrieben wird, die Getrieberaum-Mündung (16) zumindest teilweise oberhalb einer Betriebs-Schmiermittelebene (ES2) angeordnet ist, und/oder dass in der Nenn-Einbaulage und während die Motorwelle (23) angetrieben wird, die Motorraum-Mündung (15) oberhalb der Betriebs-Schmiermittelebene (ES2) angeordnet ist. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die fluidische Verbindung zwischen dem Motorraum (3) und dem Getrieberaum (4) über den ersten Durchbruch (12) selektiv freigebbar und sperrbar ist, wobei das Ventil (34) insbesondere selbstschaltend ist. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (35) als Kugelelement ausgestaltet ist, das in dem ersten Durchbruch (12) bewegbar angeordnet ist, wobei das Verschlusselement (35) insbesondere gummiert ist. Elektroantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (35) eine geringere Dichte aufweist als das Schmiermittel (32), sodass, in der Nenn-Einbaulage und während die Motorwelle (23) antriebsfrei ruht, das Verschlusselement (35) von dem Schmiermittel (32) mit einer Auftriebskraft in Richtung der Sperrposition beaufschlagt wird. Elektroantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des ersten Durchbruchs (12) im Bereich des Führungsabschnittes (13) durch einen ersten maximalen einschreibenden Kreis definiert ist, und dass der Querschnitt des ersten Durchbruchs (12) in einem zweiten Bereich (14) durch einen zweiten maximalen einschreibenden Kreis definiert ist, wobei der erste maximale einschreibende Kreis einen größeren Durchmesser aufweist als der zweite maximale einschreibende Kreis. Elektroantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Führungsabschnitts (13) näher an dem Getrieberaum (4) liegt als der zweite Bereich (14). Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Getrieberaum (4) ein Anschlag (36) angeordnet ist, an dem das Verschlusselement (35) in der Freigabeposition anliegt. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Durchbruch (8) eine Fluiddrossel angeordnet ist, beispielsweise eine berührungslose Dichtung. Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Nenn-Einbaulage ein vertikal tiefster verzahnter Abschnitt des Getriebes (27) in vertikaler Richtung höher liegt als der vertikal tiefste Umfangsabschnitt des Luftspalts (22). Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (23) einen Ritzelabschnitt (24), einen Durchgangsabschnitt (25) und dazwischenliegend einen Lagerabschnitt (26) aufweist. Elektroantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wobei der Ritzelabschnitt (24) in dem Getrieberaum (4) angeordnet ist und einen größten Ritzel-Durchmesser (D24) aufweist, und der Durchgangsabschnitt (25) in dem zweiten Durchbruch (8) der Zwischenwand (7) angeordnet ist und einen größten Durchgangsabschnitt- Durchmesser (D25) aufweist, und der Lagerabschnitt (26) ein Lager (38) zur drehbaren Lagerung der Motorwelle
(23) gegenüber der Zwischenwand (7) aufnimmt und einen größten Lagerabschnitt-Durchmesser (D26) aufweist, wobei der größte Ritzel-Durchmesser (D24) kleiner oder gleich dem größten Lagerabschnitt-Durchmesser (D26) und/oder kleiner oder gleich dem größten Durchgangsabschnitt-Durchmesser (D25) ist. Elektroantrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Lagerabschnitt-Durchmesser (D26) kleiner oder gleich dem größten Durchgangsabschnitt-Durchmesser (D25) ist.
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