WO2024083652A1 - Elektrisches antriebssystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2024083652A1
WO2024083652A1 PCT/EP2023/078416 EP2023078416W WO2024083652A1 WO 2024083652 A1 WO2024083652 A1 WO 2024083652A1 EP 2023078416 W EP2023078416 W EP 2023078416W WO 2024083652 A1 WO2024083652 A1 WO 2024083652A1
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electric drive
housing
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Tobias Schilder
Tobias Haerter
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Mercedes-Benz Group AG
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Definitions

  • the invention relates to an electric drive system for a motor vehicle with an electric machine and a planetary gear stage arranged axially adjacent to it.
  • Planetary gear ratios which can be used, for example, in an electric drive system for a motor vehicle, are known from the state of the art.
  • the planetary gear ratio and the electric machine are axially adjacent to each other.
  • Other planetary gear ratios suitable for electric drive systems are known from
  • a planetary transmission stage in which lubricating oil from an oil channel in a housing is first fed into a carrier shaft of a planet carrier and from there into an axially adjacent and coaxially arranged rotor shaft.
  • the object of the present invention is to provide an improved electric drive system with a planetary gear ratio, which is optimized in particular in the area of lubricating oil supply.
  • the electric drive system according to the invention for a motor vehicle comprises the electric machine and a planetary gear stage with sun gear, planet carriers including associated planet gears and a ring gear.
  • the rotor shaft itself is connected or can be connected to the sun gear in a torque-transmitting manner.
  • the rotor shaft can be connected to the sun gear in a rotationally fixed manner.
  • one or more gear ratio stages and/or a switching element can also be arranged between the rotor shaft and the sun gear.
  • the planet carrier has a carrier shaft that is arranged coaxially and adjacent in the axial direction to the rotor shaft.
  • the carrier shaft of the planet carrier is mounted by means of a first bearing opposite a housing that has a circular opening through which the carrier shaft is guided.
  • the housing comprises a first oil channel that opens into this circular opening.
  • the carrier shaft has a rotary feedthrough in the axial region of the opening relative to its axis of rotation in order to receive the lubricating oil flowing in through the first oil channel.
  • the carrier shaft also has at least one first bore that runs in the axial direction and is connected at one end to the rotary feedthrough so that the oil can flow through this first bore.
  • the rotor shaft has an axially running second bore that is arranged in particular coaxially to the rotor shaft and runs inside it.
  • the rotor shaft is designed as a hollow shaft, at least in the section facing the carrier shaft.
  • the first hole in the carrier shaft and the second hole in the rotor shaft are connected to each other so that oil that enters the first hole in the carrier shaft via the rotary union can reach the faster rotating rotor shaft.
  • rotating components installed on the rotor shaft side can be ideally supplied with lubricating oil, and this with a very simple and compact design.
  • Coaxial, axial and radial refer to the corresponding arrangements or directions in relation to a rotation axis of the planetary gear stage, which could also be referred to as the main rotation axis.
  • a nozzle is arranged on a front side of the carrier shaft facing the rotor shaft, which nozzle opens into the second bore and thus releases the lubricating oil flow flowing into it into the typically faster rotating rotor shaft.
  • a retaining ring is provided which is arranged within the second bore at least partially axially overlapping the nozzle.
  • the interaction of the nozzle and the retaining ring can ensure that lubricating oil cannot escape through a gap between the rotor shaft and the carrier shaft.
  • the solution according to the invention makes it possible to dispense with a shaft seal between the carrier shaft and the rotor shaft. A shaft seal on the rapidly rotating rotor shaft would cause significant friction losses.
  • the retaining ring has a plate section on its end facing the carrier shaft, which extends radially inward from an inner surface of the second bore, the plate section being completely axially overlapped by the nozzle.
  • the plate section effectively prevents lubricating oil from flowing back towards the carrier shaft in a simple and cost-effective manner.
  • the retaining ring has a cylinder portion which rests against a wall of the second bore and which is connected to the plate portion.
  • the plate section advantageously has an opening radially on the inside, which is advantageously circular, wherein the nozzle has a second cylinder section that axially penetrates the opening. Both the plate section and the advantageously circular opening are advantageously arranged coaxially to the axis of rotation of the planetary gear stage.
  • axial overlap means that two at least partially overlapping elements are each at least partially arranged in the same area of axial coordinates.
  • radially within should be understood as that a first element is arranged radially within a second element if the first element is arranged in a region of smaller radial coordinates than the second element.
  • the area with the sun gear can be arranged axially adjacent to this nozzle, which, as already explained above, is connected to the rotor shaft in a rotationally fixed manner.
  • the supply of lubricating oil via the nozzle therefore takes place in the area of the sun gear, in particular in such a way that the nozzle opening into the second bore of the rotor shaft axially touches or partially overlaps the area of the sun gear.
  • a rotationally fixed connection within the meaning of the invention is understood to mean the connection of two coaxial elements in such a way that they rotate at the same angular velocity.
  • the first bore is arranged parallel to the axis of rotation of the carrier shaft.
  • the carrier shaft can be designed, for example, as a hollow shaft in which the first bore or the several first bores are located.
  • the rotor shaft has at least one second oil channel that connects the surface of the rotor shaft to the second bore.
  • oil from the area of the second bore which preferably reaches there via the nozzle or the possibly differently designed connection between the two bores, reaches the radially outer area of the rotor shaft and can lubricate bearings located there accordingly or is thrown radially outwards by the rotation of the rotor shaft in order to supply the corresponding bearings, for example a bearing of the rotor, a second bearing of the planet carrier or the like, with lubricating oil.
  • This second oil channel can be designed in particular radially in order to ensure an ideal flow; in principle it is also sufficient if it connects the corresponding elements in the manner mentioned, for which its course always has a radial component, at least in sections.
  • Another very favorable embodiment of the electric drive system according to the invention further provides that the planetary gears are arranged on planetary gear bolts, wherein oil collecting plates are arranged on the planetary gear bolts in such a way that oil which is thrown radially outwards from the rotor shaft is guided through the oil collecting plates into the planetary gear bolts designed as hollow cylinders.
  • the planetary gear bolts have third oil channels which connect the interior of the hollow cylinders with the outer surface of the planetary gear bolts that support the planet carriers.
  • the oil guided into the interior of the hollow cylinders via the oil collecting plates thus reaches the outer surfaces of the planetary gear bolts on which the planetary gears are arranged with their corresponding bearings.
  • the oil can then lubricate the planetary gears or their bearings accordingly, whereby here too the third oil channels preferably run from radially inside to radially outside, relative to the axis of rotation of the planetary gear stage, in order to promote the conveyance of the oil by centrifugal forces.
  • fourth oil channels are arranged in the housing radially outside the ring gear.
  • lubricating oil can now be drained from the area of the electric machine and the planetary gear stage accordingly in order to return to a lubricating oil circuit and, for example, after passing through a filter and a conveyor device, to be fed back to the rotary oil feedthrough via the first oil channel and thus indirectly to the interior of the rotor shaft as the starting point for the lubrication described.
  • a further advantageous design of the electric drive train according to the invention can also provide that the housing has a base housing and a housing cover, wherein the first oil channel is arranged in a wall of the housing cover, preferably in such a way that the first oil channel runs at least partially parallel to the surface of the wall.
  • the oil is guided simply and efficiently through the housing cover to the rotary oil passage of the carrier shaft, wherein the oil channels, as just indicated, can in particular provide a circulation of the oil.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an electric drive system for a motor vehicle in an embodiment according to the invention.
  • Fig. 2 is a sectional view of a section of the electric drive system with an inventive implementation of the planetary gear ratio stage.
  • FIG. 1 shows an electric drive system 1. It has an electric machine 2, which is designed, for example, as an axial flux machine.
  • This comprises a stator 30, which is arranged here in a rotationally fixed manner opposite a housing 5, and a two-part rotor 3, which is rotationally fixedly connected to a rotor shaft 4.
  • the rotor shaft 4 forms the input shaft in a planetary gear stage 13 and is rotationally fixedly connected to a sun gear 11 or can be connected if required, which is not explicitly shown here.
  • the planetary gear stage 13 also comprises a ring gear 12, which is rotationally fixedly connected to the housing 5.
  • a planet carrier 8 is rotationally fixedly connected to an output shaft 18, which derives power from the electric drive system 1, as shown by the output designated 7 and indicated by an arrow in the illustration in Figure 1.
  • the electric drive system 1 is shown in a section.
  • the rotor 3, of which only the half located to the right in the electric machine 2 or to the right of the stator 30 is shown here, is mounted opposite a housing 5 via a rotor bearing 6, which is advantageously designed as a roller bearing, particularly advantageously as an angular contact ball bearing. It is connected in a rotationally fixed manner to a rotor shaft 4, which is designed in several parts. It is mounted indirectly via the rotor bearing 6 of the rotor 3 and is also supported on the housing via a needle bearing 28.
  • the output 7 to the wheel of the motor vehicle or an axle transmission - e.g. a differential - is shown schematically.
  • This output 7 is connected in a rotationally fixed manner via the output shaft 18 by means of a spline shaft toothing 19 to a planetary gear carrier 8 as the output element of a planetary gear stage 13.
  • the axial direction a is arranged parallel to a rotation axis A of the planetary gear stage 13.
  • the rotation axis A is the common rotation axis of the sun gear 11, the ring gear 12 and the planet carrier 8. It is also particularly advantageous if the rotor 3 of the electric machine 2 is arranged coaxially to the rotation axis A and thus coaxially to the planetary gear stage 13.
  • the planet carrier 8 has planetary gear bolts 9 that protrude in the axial direction a in the orientation of the electric machine 2.
  • Planetary gears 10 are each mounted on these planetary gear bolts 9 via a planetary gear bearing device 27, which here is designed in the form of two angular contact ball bearings.
  • a ring gear 12 complements this structure to form the planetary transmission stage 13 for converting the torque between the rotor 3 and the output 7.
  • the ring gear 12 is connected to the housing 5 in a rotationally fixed manner.
  • the planet carrier 8 thus comprises the planet gear bolts 9, which are connected in a rotationally fixed manner to a component 14 of the planet carrier 8, referred to as a web.
  • the planet gears 10 are placed on the planet gear bolts 9 together with the two angular contact ball bearings of the planet gear bearing device 27.
  • the planet carrier 8, consisting of the web 14 and the planet gear bolt 9, is designed as a one-piece forged part. According to the After fitting the planetary gears 10 and the two angular contact ball bearings of the planetary gear bearing device 27, a web bracket 15 is now fitted on the side of the planet carrier 8 facing away from the web 14. After fitting the planetary gears 10, a preload can now be applied to the angular contact ball bearings of the planetary gear bearing device 27 by pressing the web bracket 15 onto the web 14.
  • the bridge frame 15 is then welded to the bridge 14 in this pre-stressed position.
  • a part of the planet carrier 8 surrounding the output shaft 18 can be seen.
  • This is designed as a carrier shaft 16, which is mounted by means of a first bearing 17, which is also designed as an angular contact ball bearing, relative to the housing 5, and here in particular a part of the housing 5 designed as a housing cover 5.1.
  • the planet carrier 8 or its web 14 rests with an outer support ring on the first bearing 17, which is supported radially on the inside on a housing ring, which is part of the said housing cover 5.1.
  • the housing cover 5.1 then completes the aforementioned housing 5 together with a housing base 5.2.
  • the carrier shaft 16 runs through a circular opening 20 in the housing 5 or the housing cover 5.1.
  • a first oil channel 21 is arranged in the housing cover 5.1 and runs parallel to its walls at least in sections. In the illustration in Figure 2, it runs diagonally from the top left in the housing cover 5.1 to the bottom right.
  • the carrier shaft 16 has a rotary feedthrough 25 in the area where the first oil channel 21 opens into the circular opening 20. This is connected to a first bore 26 which is made parallel to the axis of rotation A in the carrier shaft 16. As indicated by the arrows, lubricating oil can now flow into the first bore 26 via the first oil channel 21 and the rotary feedthrough 25 and spreads out to the left in the axial direction a as seen in the illustration in Figure 2.
  • the oil can now reach the area of the rotation axis A via a radial channel 29 or a corresponding disc-shaped open area of the carrier shaft 16.
  • a nozzle 31 is arranged, which creates a connection between the first bore 26 and the area of a second bore 32, which is designed as a central coaxial bore in the rotor shaft 4.
  • the oil can now reach the area of the rotation axis A via this nozzle 31.
  • a retaining ring 37 is provided, which is arranged within the second bore and at least partially axially overlapping the nozzle. The interaction of nozzle 31 and retaining ring 37 can ensure that lubricating oil cannot escape through a gap between rotor shaft 4 and carrier shaft 16.
  • the retaining ring 37 advantageously has, on its end facing the carrier shaft 16, a plate portion 39 which extends radially inward from an inner surface of the second bore 32, wherein the plate portion 39 is completely axially overlapped by the nozzle 31.
  • the retaining ring 37 has a cylinder portion 38 which rests against a wall of the second bore 32 and which is connected to the plate portion 39.
  • the plate section 39 has an opening radially inwardly, which is advantageously circular, wherein the nozzle 31 has a second cylinder section 40 which axially penetrates the opening.
  • a second oil channel 22 now connects this second bore in the radial direction r with an outer surface of the rotor shaft 4 as seen in the radial direction r.
  • Lubricating oil can now exit from this second oil channel 22 and reach the area of the rotor bearing 6 for the rotor shaft 4 and through the needle bearing 28 into the area of the sun gear 11.
  • the oil can thus lubricate the rotor 3 of the electric machine 2 or its rotor bearing 6 on the one hand and a second bearing 33 of the planet carrier 8 on the other hand, which is arranged between the web 15 and a housing ring 34 of the housing lower part 5.2. Remaining oil is thrown radially outwards by the centrifugal forces and the rapidly rotating rotor shaft 4.
  • a fourth oil channel 24 can optionally be provided there, via which the remaining oil can be drained outside the housing 5. It can then be returned to the circuit after cleaning, for example, and is fed back to the electric drive device 1 via the first oil channel 21 in order to repeat the path just described. This makes it possible to achieve very good lubrication of both the planetary gear ratio 13 and the electric machine 2.
  • a axis of rotation a axial direction radial direction

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine (2), die einen Rotor (3) mit einer Rotorwelle (4) aufweist, mit einer Planetenübersetzungsstufe (13), die ein Sonnenrad (11), einen Planetenträger (8) und zugehörige Planetenräder (10) sowie ein Hohlrad (12) aufweist, wobei die Rotorwelle (4) drehfest mit dem Sonnenrad (11) verbunden ist, wobei der Planetenträger (8) eine Trägerwelle (16) aufweist, die koaxial und axial benachbart zu der Rotorwelle (4) angeordnet ist, wobei die Trägerwelle (16) mittels eines ersten Lagers (14) gegenüber einem Gehäuse (5) gelagert ist, wobei das Gehäuse (5) eine kreisförmige Öffnung (20) aufweist, durch welche die Trägerwelle (16) geführt ist, wobei das Gehäuse (5) einen ersten Ölkanal (21) aufweist der in die kreisförmige Öffnung (20) mündet und die Trägerwelle (16) bezogen auf ihre Drehachse (A) in dem axialen Bereich der Öffnung (20) eine Drehdurchführung (25) aufweist, wobei die Trägerwelle (16) wenigstens eine in axialer Richtung (a) verlaufende erste Bohrung (26) aufweist, die an ihrem einen Ende mit der Drehdurchführung (25) verbunden ist, wobei die Rotorwelle (4) eine axial verlaufende zweite Bohrung (32) aufweist, und wobei die erste Bohrung (26) mit der zweiten Bohrung (32) in Verbindung steht.

Description

Elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einer in axialer Richtung daneben angeordneten Planetenübersetzungsstufe.
Planetenübersetzungsstufen, welche beispielsweise in einem elektrischen Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen können, sind so weit aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielhaft kann hier auf die DE 102019 114 139 B3 verwiesen werden, welche ein Kraftfahrzeuggetriebe zur Ankopplung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang zeigt. Dabei liegen die Planetenübersetzungsstufe und die elektrische Maschine axial benachbart zueinander. Weitere für elektrische Antriebssysteme geeignete Planetenübersetzungsstufen sind aus der
DE 8535076 U1 , der CN 1 01 338 812 A, der JP S63-197641 U, der DE 10323254 A1, der US 2016 / 0 265652 A1 , und der US 5 597 370 A bekannt.
Aus der gattungsgemäßen DE 102014 220 309 A1 ist eine Planetenübersetzungsstufe bekannt, bei der Schmieröl aus einem Ölkanal aus einem Gehäuse zunächst in eine Trägerwelle eines Planetenträgers und von dort in eine axial benachbart und koaxial angeordnete Rotorwelle geleitet wird.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin ein verbessertes elektrisches Antriebssystem mit einer Planetenübersetzungsstufe anzugeben, welches insbesondere im Bereich der Schmierölversorgung optimiert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein elektrisches Antriebssystem für ein
Kraftfahrzeug mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug umfasst die elektrische Maschine und eine Planetenübersetzungsstufe mit Sonnenrad, Planetenträgern samt zugehörigen Planetenrädern sowie einem Hohlrad.
Die Rotorwelle selbst ist dabei drehmomentübertragend mit dem Sonnenrad verbunden oder verbindbar. Die Rotorwelle kann drehfest mit dem Sonnenrad verbunden sein. Zwischen der Rotorwelle und dem Sonnenrad können aber auch eine oder mehrere Getriebeübersetzungsstufen und/oder ein Schaltelement angeordnet sein.
Der Planetenträger weist eine Trägerwelle auf, die koaxial und benachbart in axialer Richtung zu der Rotorwelle angeordnet ist. Die Trägerwelle des Planetenträgers ist mittels eines ersten Lagers gegenüber einem Gehäuse gelagert, welches eine kreisförmige Öffnung aufweist, durch welche die Trägerwelle geführt ist. Das Gehäuse umfasst einen ersten Ölkanal, welcher in dieser kreisförmigen Öffnung mündet. Die Trägerwelle weist, bezogen auf ihre Drehachse im axialen Bereich der Öffnung eine Drehdurchführung auf, um das durch den ersten Ölkanal zuströmende Schmieröl aufzunehmen. Die Trägerwelle weist außerdem wenigstens eine in axialer Richtung verlaufende erste Bohrung auf, die an ihrem einen Ende mit der Drehdurchführung verbunden ist, sodass das Öl durch diese erste Bohrung strömen kann. Die Rotorwelle weist eine axial verlaufende zweite Bohrung auf, welche insbesondere koaxial zu der Rotorwelle angeordnet ist und in ihrem Inneren verläuft. Man könnte auch sagen, dass die Rotorwelle zumindest in dem der Trägerwelle zugewandten Abschnitt als Hohlwelle ausgeführt ist. Die erste Bohrung in der Trägerwelle und die zweite Bohrung in der Rotorwelle stehen dabei miteinander in Verbindung, sodass Öl, welches über die Drehdurchführung in die erste Bohrung der Trägerwelle gelangt, in die schneller drehende Rotorwelle gelangen kann. Hierdurch lassen sich rotorwellenseitig verbaute drehende Bauteile ideal mit Schmieröl versorgen, und dies bei einem sehr einfachen und kompakten Aufbau.
Unter koaxial, axial und radial sind dabei die entsprechenden Anordnungen bzw. Richtungen in Bezug auf eine Drehachse der Planetenübersetzungsstufe zu verstehen, welche auch als Hauptdrehachse bezeichnet werden könnte. Um diese Drehachse drehen sich sowohl die elektrische Maschine bzw. ihr Rotor als auch die Elemente der Planetenübersetzungsstufe, also das Sonnenrad, das Hohlrad und der Planetenträger. Sollten sich derartige Angaben auf eine andere Achse beziehen, beispielsweise die Drehachse eines einzelnen Planetenrades, so ist dies jeweils explizit angegeben.
Es ist dabei vorgesehen, dass an einer der Rotorwelle zugewandten Stirnseite der Trägerwelle eine Düse angeordnet ist, welche in die zweite Bohrung mündet, und so den ihr zuströmenden Schmierölstrom in die typischerweise schneller drehende Rotorwelle abgibt.
Erfindungsgemäß ist ein Rückhaltering vorgesehen, welcher innerhalb der zweiten Bohrung zumindest teilweise axial überlappend zu der Düse angeordnet ist. Durch ein Zusammenwirken von Düse und Rückhaltering kann bewirkt werden, dass Schmieröl nicht durch einen Spalt zwischen Rotorwelle und Trägerwelle entweichen kann. Dabei kann durch die erfindungsgemäße Lösung auf eine Wellendichtung zwischen der Trägerwelle und der Rotorwelle verzichtet werden. Eine Wellendichtung zu der sich schnell drehenden Rotorwelle würde signifikante Reibungsverluste verursachen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rückhaltering auf seinem der Trägerwelle zugewandten Ende einen Tellerabschnitt aufweist, der sich ausgehend von einer Innenoberfläche der zweiten Bohrung nach radial innen erstreckt, wobei der Tellerabschnitt vollständig axial durch die Düse überlappt wird. Durch den Tellerabschnitt wird ein Zurückströmen von Schmieröl in Richtung der Trägerwelle wirksam und auf einfache und kostengünstige Weise verhindert.
Vorteilhaft weist der Rückhaltering einen Zylinderabschnitt auf, welcher an einer Wand der zweiten Bohrung anliegt und welcher mit dem Tellerabschnitt verbunden ist.
Vorteilhaft weist der Tellerabschnitt radial innen eine Öffnung auf, die vorteilhaft kreisrund ausgebildet ist, wobei die Düse einen zweiten Zylinderabschnitt aufweist, der die Öffnung axial durchdringt. Sowohl der Tellerabschnitt als auch die vorteilhaft kreisrunde Öffnung sind vorteilhaft koaxial zu der Drehachse der Planetenübersetzungsstufe angeordnet.
Mit dem Begriff der axialen Überlappung ist gemeint, dass zwei sich zumindest teilweise überlappende Elemente jeweils zumindest teilweise in einem gleichen Bereich axialer Koordinaten angeordnet sind. Die Wendung „radial innerhalb“ soll so verstanden werden, dass ein erstes Element dann radial innerhalb eines zweiten Elementes angeordnet ist, wenn das erste Element in einem Bereich kleinerer radialer Koordinaten angeordnet ist als das zweite Element.
Axial benachbart zu eben dieser Düse kann gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung der Bereich mit dem Sonnenrad angeordnet sein, welches, wie oben bereits ausgeführt, drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist. Die Zufuhr des Schmieröls über die Düse erfolgt also im Bereich des Sonnenrads, insbesondere so, dass die in die zweite Bohrung der Rotorwelle mündende Düse den Bereich des Sonnenrads axial berührt oder teilweise überlappt.
Unter einer drehfesten Verbindung im Sinne der Erfindung ist dabei die Verbindung von zwei koaxialen Elementen in der Art zu verstehen, dass diese mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen.
Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung ist die erste Bohrung dabei parallel zu der Drehachse der Trägerwelle angeordnet. Die erste Bohrung oder, falls mehrere derartige Bohrungen über dem Umfang verteilt vorhanden sind, all diese ersten Bohrungen sind parallel zur Drehachse der Trägerwelle angeordnet. Die Trägerwelle kann beispielsweise als Hohlwelle ausgestaltet sein, in denen sich die erste Bohrung oder die mehreren ersten Bohrungen befinden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass die Rotorwelle wenigstens einen zweiten Ölkanal aufweist, der die Oberfläche der Rotorwelle mit der zweiten Bohrung verbindet. Durch ihn gelangt Öl aus dem Bereich der zweiten Bohrung, welches vorzugsweise über die Düse oder die gegebenenfalls auch anders gestalte Verbindung zwischen den beiden Bohrungen dort hingelangt ist, in den radial äußeren Bereich der Rotorwelle und kann dort befindliche Lager entsprechend schmieren bzw. wird durch die Rotation der Rotorwelle radial nach außen geschleudert, um die entsprechenden Lager, beispielsweise ein Lager des Rotors, ein zweites Lager des Planetenträgers oder dergleichen, mit Schmieröl zu versorgen. Dieser zweite Ölkanal kann dabei insbesondere radial ausgeführt sein, um eine ideale Durchströmung zu gewährleisten, prinzipiell reicht es auch aus, wenn er die entsprechenden Elemente in der genannten Art verbindet, wofür sein Verlauf immer, zumindest abschnittsweise, auch eine radiale Komponente aufweist.
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung sieht es ferner vor, dass die Planetenräder auf Planetenradbolzen angeordnet sind, wobei an den Planetenradbolzen Ölfangbleche in der Art angeordnet sind, dass Öl, welches von der Rotorwelle kommend radial nach außen geschleudert wird, durch die Ölfangbleche in die als Hohlzylinder ausgebildeten Planetenradbolzen geleitet wird.
Schmieröl gelangt auf diese Art einfach und effizient in den Bereich der Planetenradbolzen. Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung dieser Variante des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems kann es dann vorgesehen sein, dass die Planetenradbolzen dritte Ölkanäle aufweisen, welche den Innenraum der Hohlzylinder mit der die Planetenträger tragenden äußeren Oberfläche der Planetenradbolzen verbinden. Das über die Ölfangbleche in das Innere der Hohlzylinder geleitete Öl gelangt so auf die äußeren Oberflächen der Planetenradbolzen, auf welchen die Planetenräder mit ihrer entsprechenden Lagerung angeordnet sind. Das Öl kann dann dort die Planentenräder bzw. ihre Lagerungen entsprechend schmieren, wobei auch hier die dritten Ölkanäle vorzugsweise von radial innen nach radial außen, bezogen auf die Drehachse der Planetenübersetzungsstufe, entsprechend verlaufen, um die Förderung des Öls durch Fliehkräfte zu begünstigen.
Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung kann es nun außerdem vorgesehen sein, dass vierte Ölkanäle in dem Gehäuse radial außerhalb des Hohlrads angeordnet sind. Über solche vierte Ölkanäle, welche ebenfalls radial verlaufen können, aber nicht müssen, lässt sich nun Schmieröl aus dem Bereich der elektrischen Maschine und der Planetenübersetzungsstufe entsprechend abführen, um so in einen Schmierölkreislauf zurück zu gelangen und beispielsweise nach der Passage eines Filters und einer Fördereinrichtung über den ersten Ölkanal wieder der Drehöldurchführung und damit mittelbar dem Inneren der Rotorwelle als Ausgangspunkt für die beschriebene Schmierung zugeführt zu werden. Eine weitere vorteilhafte Gestaltung des elektrischen Antriebsstrangs gemäß der Erfindung kann es außerdem vorsehen, dass das Gehäuse ein Grundgehäuse und ein Gehäusedeckel aufweist, wobei der erste Ölkanal in einer Wand des Gehäusedeckels angeordnet ist, und zwar vorzugsweise in der Art, dass der erste Ölkanal zumindest teilweise parallel zu der Oberfläche der Wand verläuft. Hierdurch wird einfach und effizient durch den Gehäusedeckel das Öl zu der Drehöldurchführung der Trägerwelle geleitet, wobei die Ölkanäle, wie es soeben angedeutet, insbesondere eine Kreislaufführung des Öls vorsehen können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Planetenübersetzungsstufe sowie des elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts aus dem elektrischen Antriebssystem mit einer erfindungsgemäßen Umsetzung der Planetenübersetzungsstufe.
In der Darstellung der Figur 1 ist ein elektrisches Antriebssystem 1 dargestellt. Es verfügt über eine elektrische Maschine 2, welche z.B. als Axialflussmaschine ausgebildet ist. Diese umfasst einen Stator 30, welcher hier drehfest gegenüber einem Gehäuse 5 angeordnet ist, sowie einen zweiteiligen Rotor 3, welcher mit einer Rotorwelle 4 drehfest verbunden ist. Die Rotorwelle 4 bildet die Eingangswelle in eine Planetenübersetzungsstufe 13 und ist drehfest mit einem Sonnenrad 11 verbunden oder bei Bedarf verbindbar, was hier nicht explizit dargestellt ist. Die Planetenübersetzungsstufe 13 umfasst außerdem ein Hohlrad 12, welches drehfest mit dem Gehäuse 5 ausgebildet ist. Ein Planetenträger 8 ist drehfest mit einer Abtriebswelle 18 verbunden, welche Leistung aus dem elektrischen Antriebssystem 1 ausleitet, wie es durch den mit 7 bezeichneten und durch einen Pfeil in der Darstellung der Figur 1 angedeuteten Abtrieb dargestellt ist. In der Darstellung der Figur 2 ist das elektrische Antriebssystem 1 in einem Ausschnitt dargestellt. Der Rotor 3, von welchem hier nur die rechts in der elektrischen Maschine 2 bzw. rechts vom Stator 30 liegende Hälfte entsprechend dargestellt ist, ist über ein vorteilhaft als Wälzlager, besonders vorteilhaft als Schrägkugellager, ausgebildetes Rotorlager 6 gegenüber einem Gehäuse 5 gelagert. Er ist drehfest mit einer Rotorwelle 4 verbunden, welche mehrteilig ausgeführt ist. Sie ist mittelbar über das Rotorlager 6 des Rotors 3 gelagert und ist ferner über eine Nadellager 28 am Gehäuse abgestützt. Auf der in einer axialen Richtung a abgewandten Seite der elektrischen Maschine 2 ist der Abtrieb 7 zum Rad des Kraftfahrzeugs oder einem Achsgetriebe - z.B. einem Differential - schematisch dargestellt. Dieser Abtrieb 7 ist dabei über die Abtriebswelle 18 mittels einer Keilwellenverzahnung 19 drehfest mit einem Planetenradträger 8 als abtreibendem Element einer Planetenübersetzungsstufe 13 verbunden.
Die axiale Richtung a ist dabei parallel zu einer Drehachse A der Planetenübersetzungsstufe 13 angeordnet. Die Drehachse A ist dabei gemeinsame Drehachse des Sonnenrades 11, des Hohlrades 12 und des Planetenträgers 8. Besonders vorteilhaft ist auch der Rotor 3 der elektrischen Maschine 2 koaxial zu der Drehachse A und damit koaxial zu der Planetenübersetzungsstufe 13 angeordnet.
Der Planetenträger 8 weist in axialer Richtung a in Orientierung der elektrischen Maschine 2 überstehende Planetenradbolzen 9 auf. Planetenräder 10 sind jeweils über eine Planetenradlagervorrichtung 27, welche hier in Form von jeweils zwei Schrägkugellagern ausgebildet ist, auf diesen Planetenradbolzen 9 gelagert. Mit den Planetenrädern 10 kämmt radial innen ein Sonnenrad 11 , welches durch eine Verzahnung der Rotorwelle 4 ausgebildet ist. Ein Hohlrad 12 ergänzt diesen Aufbau zu der Planetenübersetzungsstufe 13 zur Wandlung des Drehmoments zwischen dem Rotor 3 und dem Abtrieb 7. Das Hohlrad 12 ist hier drehfest mit dem Gehäuse 5 verbunden.
Der Planetenträger 8 umfasst also die Planetenradbolzen 9, welche drehfest mit einem als Steg bezeichneten Bauteil 14 des Planetenträgers 8 verbunden sind. Auf die Planetenradbolzen 9 werden in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Planetenräder 10 zusammen mit den zwei Schrägkugellagern der Planetenradlagervorrichtung 27 aufgesteckt. Alternativ dazu könnte beispielsweise auch ein einzelnes Rollenlager vorgesehen werden. Der Planetenträger 8 aus dem Steg 14 und dem Planetenradbolzen 9 ist dabei als einteiliges Schmiedeteil ausgeführt. Nach dem Aufsetzen der Planetenräder 10 und der beiden Schrägkugellager der Planetenradlagervorrichtung 27, wird nun auf der dem Steg 14 abgewandten Seite des Planetenträgers 8 eine Stegbrille 15 aufgesetzt. Nach dem Aufstecken der Planetenräder 10 kann nun durch das Aufpressen der Stegbrille 15 auf den Steg 14 eine Vorspannung auf die Schrägkugellager der Planetenradlagervorrichtung 27 aufgebracht werden.
Anschließend wird die Stegbrille 15 mit dem Steg 14 in dieser vorgespannten Position verschweißt.
In axialer Richtung a der Drehachse A rechts in der Darstellung der Figur 1 ist dabei ein die Abtriebswelle 18 umgebender Teil des Planetenträgers 8 zu erkennen. Dieser ist als Trägerwelle 16 ausgebildet, welche mittels eines ersten Lagers 17, welches hier ebenfalls als Schrägkugellager ausgebildet ist, gegenüber dem Gehäuse 5, und hier insbesondere einem als Gehäusedeckel 5.1 ausgebildeten Teil des Gehäuses 5, gelagert ist. Der Planetenträger 8 bzw. sein Steg 14 liegen dabei mit einem äußeren Tragring an dem ersten Lager 17 an, welches sich in radialer Richtung innen auf einem Gehäusering, welcher Teil des besagten Gehäusedeckels 5.1 ist, entsprechend abstützt. Der Gehäusedeckel 5.1 komplettiert dann zusammen mit einem Gehäuseunterteil 5.2 das bereits angesprochene Gehäuse 5.
Die Trägerwelle 16 läuft durch eine kreisförmige Öffnung 20 des Gehäuses 5 bzw. des Gehäusedeckels 5.1. Ein erster Ölkanal 21 ist in dem Gehäusedeckel 5.1 angeordnet und verläuft zumindest abschnittsweise parallel zu dessen Wänden. In der Darstellung der Figur 2 verläuft er schräg von links oben in dem Gehäusedeckel 5.1 nach rechts unten. Die Trägerwelle 16 weist in dem Bereich, in dem der erste Ölkanal 21 in die kreisförmige Öffnung 20 mündet, eine Drehdurchführung 25 auf. Diese steht mit einer ersten Bohrung 26 in Verbindung, welche parallel zu der Drehachse A in die Trägerwelle 16 eingebracht ist. Wie es durch die Pfeile angedeutet ist, kann Schmieröl nun über den ersten Ölkanal 21 und die Drehdurchführung 25 in die erste Bohrung 26 einströmen und breitet sich hier in der Darstellung der Figur 2 in axialer Richtung a gesehen nach links aus. Über einen Radialkanal 29 bzw. einen entsprechenden scheibenförmigen offenen Bereich der Trägerwelle 16 kann das Öl nun bis in den Bereich der Drehachse A gelangen. Dort ist im Bereich der Trägerwelle 16 eine Düse 31 angeordnet, welche eine Verbindung der ersten Bohrung 26 in den Bereich einer zweiten Bohrung 32 herstellt, welche als zentrale koaxiale Bohrung in der Rotorwelle 4 ausgebildet ist. Von der vergleichsweise langsamen drehenden Trägerwelle 16 des Planetenträgers 8 kann das Öl nun über diese Düse 31 in die zweite Bohrung 32 der deutlich schneller drehenden Rotorwelle 4 strömen bzw. dort hinein eingespritzt werden.
Zusätzlich zu der Düse 31 ist ein Rückhaltering 37 vorgesehen, welcher innerhalb der zweiten Bohrung und zumindest teilweise axial überlappend zu der Düse angeordnet ist. Durch ein Zusammenwirken von Düse 31 und Rückhaltering 37 kann bewirkt werden, dass Schmieröl nicht durch einen Spalt zwischen Rotorwelle 4 und Trägerwelle 16 entweichen kann.
Der Rückhaltering 37 weist vorteilhaft auf seinem der Trägerwelle 16 zugewandten Ende einen Tellerabschnitt 39 auf, der sich ausgehend von einer Innenoberfläche der zweiten Bohrung 32 nach radial innen erstreckt, wobei der Tellerabschnitt 39 vollständig axial durch die Düse 31 überlappt wird.
Vorteilhaft weist der Rückhaltering 37 einen Zylinderabschnitt 38 auf, welcher an einer Wand der zweiten Bohrung 32 anliegt und welcher mit dem Tellerabschnitt 39 verbunden ist.
Vorteilhaft weist der Tellerabschnitt 39 radial innen eine Öffnung auf, die vorteilhaft kreisrund ausgebildet ist, wobei die Düse 31 einen zweiten Zylinderabschnitt 40 aufweist, der die Öffnung axial durchdringt.
Ein zweiter Ölkanal 22 verbindet nun in radialer Richtung r diese zweite Bohrung mit einer in Radialrichtung r gesehen äußeren Oberfläche der Rotorwelle 4. Schmieröl kann nun aus diesem zweiten Ölkanal 22 austreten und gelangt in den Bereich des Rotorlagers 6 für die Rotorwelle 4 sowie durch das Nadellager 28 in den Bereich des Sonnenrades 11. Das Öl kann so einerseits den Rotor 3 der elektrischen Maschine 2 bzw. sein Rotorlager 6 entsprechend schmieren und andererseits ein zweites Lager 33 des Planetenträgers 8, welches zwischen der Stegbrille 15 und einem Gehäusering 34 des Gehäuseunterteils 5.2 angeordnet ist. Restliches Öl wird durch die Fliehkräfte und die schnell drehende Rotorwelle 4 radial nach außen geschleudert. Im Bereich der Planetenradbolzen 9, welche hohlzylindrisch ausgeführt sind und auf der Stegseite über ein Blech 34 oder das Material des Stegs 14 entsprechend verschlossen sind, befindet sich nun auf der Stegbrillenseite ein Ölfangblech 36, welches in der Art angeordnet ist, dass nach radial außen geschleudertes Öl entsprechend aufgefangen und in den Hohlzylinder geleitet wird. In jedem einzelnen der hohlzylindrisch ausgebildeten Planetenradbolzen 9 befindet sich dann ein dritter radialer Ölkanal 23, welcher das Innenvolumen des Hohlzylinders nach radial außen gerichtet mit dessen äußerer Oberfläche verbindet. In diesem Bereich sind die beiden oben bereits angesprochenen Schrägkugellager der Planetenradlagervorrichtung 27 angeordnet und profitieren so von dem durch den dritten Ölkanal 23 strömenden Schmieröl zur Schmierung der Lagerung der Planentenräder 10.
Letztlich gelangt das Öl durch die in dem Gehäuseunterteil 5.2 bzw. dem Gehäuse 5 wirkenden Fliehkräfte in der Darstellung der Figur 1 immer weiter nach außen, in der Darstellung der Figur 2 insbesondere nach oben und in dem nicht dargestellten Bereich unterhalb der Drehachse A nach unten. Dort kann optional ein vierter Ölkanal 24 vorgesehen sein, über weichen das restliche Öl nach außerhalb des Gehäuses 5 abgeleitet werden kann. Es kann dann beispielsweise nach einer Reinigung im Kreislauf zurückgeführt werden und wird der elektrischen Antriebsvorrichtung 1 über den ersten Ölkanal 21 wieder zugeführt, um den soeben beschriebenen Weg erneut zu durchlaufen. Hierdurch lässt sich eine sehr gute Schmierung sowohl der Planetenübersetzungsstufe 13 als auch der elektrischen Maschine 2 erreichen.
Bezugszeichenliste
1 Elektrisches Antriebssystem
2 Elektrische Maschine
3 Rotor
4 Rotorwelle
5 Gehäuse
5.1 Gehäusedeckel
5.2 Gehäuseunterteil
6 Rotorlager
7 Abtrieb
8 Planetenträger
9 Planetenradbolzen
10 Planetenräder
11 Sonnenrad
12 Hohlrad
13 Planetenübersetzungsstufe
14 Steg
15 Stegbrille
16 Trägerwelle
17 erstes Lager
18 Abtriebswelle
19 Keilwellenverzahnung
20 kreisförmige Öffnung
21 erster Ölkanal
22 zweiter Ölkanal
23 dritter Ölkanal
24 vierter Ölkanal
25 Drehdurchführung
26 erste Bohrung
27 Planetenradlagervorrichtung
28 Nadellager
29 radialer Kanal
30 Stator
31 Düse 32 zweite Bohrung
33 zweites Lager
34 Gehäusering
35 Blech
36 Ölfangblech
37 Rückhaltering
38 Zylinderabschnitt
39 Tellerabschnitt
40 Zweiter Zylinderabschnitt
A Drehachse a axiale Richtung radiale Richtung

Claims

Mercedes-Benz Group AG Patentansprüche
1. Elektrisches Antriebssystem (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine (2), die einen Rotor (3) mit einer Rotorwelle (4) aufweist, mit einer Planetenübersetzungsstufe (13), die ein Sonnenrad (11), einen Planetenträger (8) und zugehörige Planetenräder (10) sowie ein Hohlrad (12) aufweist, wobei die Rotorwelle (4) drehmomentübertragend mit dem Sonnenrad (11) verbunden oder verbindbar ist, wobei der Planetenträger (8) eine Trägerwelle (16) aufweist, die koaxial und axial benachbart zu der Rotorwelle (4) angeordnet ist, wobei die Trägerwelle (16) mittels eines ersten Lagers (17) gegenüber einem Gehäuse (5) gelagert ist, wobei das Gehäuse (5) eine kreisförmige Öffnung (20) aufweist, durch welche die Trägerwelle (16) geführt ist, wobei das Gehäuse (5) einen ersten Ölkanal (21) aufweist der in die kreisförmige Öffnung (20) mündet und die Trägerwelle (16) bezogen auf ihre Drehachse (A) in dem axialen Bereich der Öffnung (20) eine Drehdurchführung (25) aufweist, wobei die Trägerwelle (16) wenigstens eine in axialer Richtung (a) verlaufende erste Bohrung (26) aufweist, die an ihrem einen Ende mit der Drehdurchführung (25) verbunden ist, wobei die Rotorwelle (4) eine axial verlaufende zweite Bohrung (32) aufweist, und wobei die erste Bohrung (26) mit der zweiten Bohrung (32) in Verbindung steht, wobei an einer der Rotorwelle (4) zugewandten Stirnseite der Trägerwelle (16) eine Düse (31) angeordnet ist, welche in die zweite Bohrung (32) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückhaltering (37) vorgesehen ist, welcher innerhalb der zweiten Bohrung (32) zumindest teilweise axial überlappend zu der Düse (31) angeordnet ist.
2. Elektrisches Antriebssystem (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhaltering (37) auf seinem der Trägerwelle (16) zugewandten Ende einen Tellerabschnitt (39) aufweist, der sich ausgehend von einer Innenoberfläche der zweiten Bohrung nach radial innen erstreckt, wobei der Tellerabschnitt (39) vollständig axial durch die Düse (31) überlappt wird. Elektrisches Antriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem axial benachbart zu der Düse (31) angeordneten Bereich das Sonnenrad (11) angeordnet ist. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bohrung (26) parallel zu der Drehachse (a) der Trägerwelle (16) angeordnet ist. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) wenigstens einen zweiten Ölkanal (22) aufweist, der die radial äußere Oberfläche der Rotorwelle (4) mit der zweiten Bohrung (32) verbindet. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (10) koaxial zu Planetenradbolzen (9) angeordnet sind, wobei an den Planetenradbolzen (9) Ölfangbleche (36) in der Art angeordnet sind, dass Öl, welches von der Rotorwelle (4) kommend radial nach außen geschleudert wird, in die als Hohlzylinder ausgebildeten Planetenradbolzen (9) geleitet wird. Elektrisches Antriebssystem (1) nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass, die Planetenradbolzen (9) dritte Ölkanäle (23) aufweisen, welche den Innenraum der Hohlzylinder mit der die Planetenräder (10) tragenden äußeren Oberflächen der Planetenradbolzen (9) verbinden. Elektrisches Antriebssystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein vierter Ölkanal (24) radial außerhalb des Hohlrades (12) und axial überlappend zu diesem in dem Gehäuse (5) angeordnet ist. Elektrisches Antriebssystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zweiten, dritten oder vierten Ölkanäle (22, 2324) in radialer Richtung (r) verläuft. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) ein Grundgehäuse (5.2) und einen Gehäusedeckel (5.1) aufweist, wobei der erste Ölkanal (21) in einer Wand des Gehäusedeckels (5.1) angeordnet ist, und wobei der erste Ölkanal (21) zumindest teilweise parallel zu einer äußeren Oberfläche der Wand verläuft.
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