Titel

Antriebseinheit für ein Fahrzeug

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Antriebseinheiten der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik als elektrifizierte Achsen bekannt, bspw. aus DE 102018210452 A1.

Aus DE 102015211 789 A1 ist eine Getriebeanordnung bekannt, die eine schmierölführende Hohlwelle aufweist, an der endseitig eine Schleuderscheibe angeordnet ist, um Schmieröl an Getriebekomponenten vorbeizuführen und dieses einem Ölsumpf zuzuführen.

Offenbarung der Erfindung

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Erfindungsgemäß wird eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug vorgeschlagen, die eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle und ein Getriebe mit einer Getriebewelle aufweist. Die Rotorwelle und die Getriebewelle sind (axial) ineinander gesteckt und mittels einer Steckverzahnung gekoppelt. In der Getriebewelle ist ein Schmierstoffkanal ausgebildet, der am der Rotorwelle zugewandten Ende (stirnseitig) in einen Innenraum der Rotorwelle mündet, um Schmierstoff für die Steckverzahnung bereitzustellen. Die Rotorwelle weist am axialen Ende, welches der Getriebewelle zugewandt ist, eine Stirnseite auf, wobei an der Stirnseite eine oder mehrere Öffnungen ausgebildet sind, die sich von einem den Innenraum begrenzenden Innenumfang der Rotorwelle zu deren Außenumfang hin erstrecken. Somit ist der Schmierstoffkanal über den Innenraum und die Steckverzahnung mit den Öffnungen strömungsverbunden. Diese Strömungsverbindung führt Schmierstoff vom Schmierstoffkanal in der Getriebewelle zu den stirnseitigen Öffnungen der Rotorwelle.

Hiermit kann eine verbesserte Schmierung und Kühlung der Steckverzahnung erreicht werden. Durch Weiterführung des Schmierstoffs zu den Öffnungen an der Stirnseite können weitere Getriebekomponenten geschmiert und/oder gekühlt werden. Der Aufbau eines Schmierstoff-Flusses durch vorhandene Bauelemente erlaubt einen höheren Integrationsgrad. Dies trägt zur Gewichtsminimierung, einem kompaktem Bauraum und zur Kostensenkung bei.

Die Strömungsverbindung, entlang der der Schmierstoff gefördert wird, hat einen quasi haarnadelförmigen Verlauf. Der Schmierstoff wird in den Schmierstoffkanal eingebracht und fließt zum der Rotorwelle zugewandten Ende der Getriebewelle. Dort mündet der Schmierstoff in einen Innenraum der Rotorwelle (hohler Abschnitt der Rotorwelle). Der Schmierstoff wird bei drehender Rotorwelle bzw. Getriebewelle durch die Zentrifugalkraft nach radial außen zur Steckverzahnung geführt. Von dort wird Schmierstoff zu den Öffnungen in der Stirnseite der Rotorwelle geführt. Dabei verläuft der Schmierstoff ein Stück weit entgegen der Laufrichtung des Schmierstoffs im Schmierstoffkanal der Getriebewelle.

Die elektrische Maschine kann ein Gehäuse (Motorgehäuse) aufweisen. Am vom Getriebe abgewandten Ende kann die elektrische Maschine bzw. deren Gehäuse ein Lagerschild mit einem Wälzlager aufweisen, in dem die Rotorwelle gelagert ist. Ggf. ist in der elektrischen Maschine keine weitere Lagerung für die Rotorwelle vorgesehen.

Auch das Getriebe kann ein Gehäuse aufweisen (Getriebegehäuse). Motorgehäuse und Getriebegehäuse können jeweils eine Trennebene aufweisen, an der Motorgehäuse und Getriebegehäuse aneinander anliegen. Die Trennebenen können jeweils orthogonal zur Mittellängsachse der Rotorwelle bzw. der Getriebewelle angeordnet sein. Alternativ hierzu können das Motorgehäuse und das Getriebegehäuse zu einem Bauteil bzw. einem Gehäuse zusamengefasst sein, bspw. einem Gehäuse oder Systemgehäuse. Dann handelt es sich bei dem Gehäuse um ein Bauteil (keine Trennung an einer Trennebene).

Bei der Getriebewelle kann es sich bspw. um eine Getriebe-Eingangswelle handeln. Die Getriebewelle kann ein Ritzel tragen, welches mit weiteren Getrieberädern in Eingriff ist bzw. kämmt. Das Getriebegehäuse kann optional mehrteilig ausgebildet sein, bspw. mit einem (mittleren) Gehäuseabschnitt und einem Getriebedeckel.

Die Getriebewelle kann durch zwei Wälzlager gelagert sein. Ein Wälzlager kann am oder im Getriebegehäuse, bspw. im mittleren Gehäuseabschnitt, und ein weiteres Wälzlager kann am oder im Getriebedeckel angeordnet sein.

Der Schmierstoffkanal kann sich vollständig durch die Getriebewelle erstrecken. Die Getriebewelle kann somit als Hohlwelle ausgebildet sein. Die Antriebseinheit kann bspw. als E-Achse ausgebildet sein oder Bestandteil einer E-Achse bilden. Bei dem Schmierstoff kann es sich bspw. um Öl handeln. Die Rotorwelle und die Getriebewelle sind insbesondere koaxial zueinander abgeordnet.

Zur Bereitstellung der Steckerzahnung weist die Rotorwelle an ihrem Innenumfang (axial abschnittsweise) eine Innenverzahnung und die Getriebewelle an ihrem Außenumfang (axial abschnittsweise) eine Außenverzahnung auf. Sind Rotorwelle und Getriebewelle ineinander gesteckt, sind die Außenverzahnung und die Innenverzahnung miteinander im Eingriff. Rotorwelle und Getriebewelle sind somit drehfest miteinander gekoppelt.

Gemäß einer Weiterbildung können sich die Öffnungen entlang der Radialrichtung oder unter einem Winkel zur Radialrichtung vom Innenumfang zum Außenumfang der Rotorwelle erstrecken. Somit ergibt sich eine Förderwirkung durch die auf den Schmierstoff wirkende Zentrifugalkraft bei drehender Rotorwelle bzw. drehender Getriebewelle.

Gemäß einer Weiterbildung können die Öffnungen an der Stirnseite über den Umfang regelmäßig verteilt sein, bspw. in über den Umfang der Rotorwelle gleichen Abständen oder gleichen Winkeln. Dadurch wird ein gleichmäßiges Ausbringen von Schmierstoff begünstigt.

Gemäß einer Weiterbildung können die Öffnungen an der Stirnseite als Nuten ausgebildet sein. Nuten lassen sich bspw. im Vergleich zu Bohrungen einfach ausbilden. Durch die Nuten kommt es nur zu einer vergleichsweise geringen Schwächung der Rotorwelle bzw. des hohlen Abschnitts der Rotorwelle.

Gemäß einer Weiterbildung kann im Getriebe eine Schmierstoff-Abgabestelle zum Einbringen von Schmierstoff in den Schmierstoffkanal der Getriebewelle angeordnet sein. Somit ist eine gezielte Bereitstellung von Schmierstoff möglich. Die Schmierstoff-Abgabestelle kann am von der Rotorwelle abgewandten Ende der Getriebewelle angeordnet sein, bspw. an der Getriebedeckelseite.

Die Schmierstoff-Abgabestelle kann mittels einer Schmierstoff- Abgabeeinrichtung (aktiv oder passiv) mit Schmierstoff gespeist werden. Zur aktiven Beförderung von Schmierstoff kann eine Schmierstoffpumpe vorgesehen sein, die bspw. im Getriebe angeordnet sein kann. Bei Ausführungen ohne Schmierstoffpumpe (passive Sumpf-Schmierung) kann der Schmierstoff durch entsprechende Leitgeometrien (bspw. im Gehäuse ausgebildet) in die Getriebewelle geleitet werden.

Gemäß einer Weiterbildung kann im Schmierstoffkanal am von der Rotorwelle abgewandten Ende der Getriebewelle eine Schmierstoff-Rückhaltekappe angeordnet sein. Diese verhindert ein Ausfluss von Schmierstoff bzw. Öl am von der Rotorwelle abgewandten Ende der Getriebewelle. Die Schmierstoff- Rückhaltekappe kann ein kreisringförmiges Profil aufweisen. Die Schmierstoff- Rückhaltekappe kann mittig offen ausgebildet sein, bspw. mit einem zentrischen Durchgang, um ein Einbringen von Schmierstoff zu ermöglichen.

Gemäß einer Weiterbildung kann (axial) zwischen der Steckverzahnung und dem axialen (der Getriebewelle zugewandten) Ende der Rotorwelle ein Stützabschnitt ausgebildet sein, in welchem die Rotorwelle (mit einem Innenumfang) und die Getriebewelle (mit einem Außenumfang) aneinander anliegen, wobei im Stützabschnitt an der Getriebewelle und/oder an der Rotorwelle Nuten ausgebildet sind, die sich zwischen der Steckverzahnung und dem axialen Ende der Rotorwelle erstrecken. Nuten im Stützabschnitt begünstigen die Zuführung von Schmierstoff von der Steckverbindung zu den Öffnungen bzw. Nuten in der Stirnseite der Rotorwelle. Die Nuten erstrecken sich insbesondere von der Steckverzahnung zum axialen Ende der Rotorwelle. Im Konkreten können sich die Nuten parallel zur Axialrichtung erstrecken oder zur Axialrichtung bzw. einer Parallelen zur Achsrichtung einen Winkel einschließen.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Getriebewelle durch ein im Getriebegehäuse angeordnetes bzw. im Getriebegehäuse sitzendes Wälzlager hindurch geführt sein, wobei die Rotorwelle mit der (der Getriebewelle zugewandten) Stirnseite mittelbar (bspw. mittels eines auf der Getriebewelle sitzenden Zwischenrings) oder unmittelbar am Innenring des Wälzlagers anliegt. Dadurch kann die Rotorwelle axial abgestützt werden. Die Übertragung einer Relativkraft zwischen Rotorwelle und Getriebewelle, bspw. im Bereich der Steckverzahnung oder des Stützabschnitts, wird somit durch die Abstützung am Innenring vermieden.

Gemäß einer Weiterbildung kann in dem Bereich, in dem die Rotorwelle und die Getriebewelle ineinander gesteckt sind (axiale Überlappung von Rotorwelle und Getriebewelle) ein Radialwellendichtring angeordnet sein, der im Getriebegehäuse sitzt. Der Schmierstoff kann somit zur Schmierung des Radialwellendichtrings eingesetzt werden. Der Schmierstoff kann durch einen Schmierstoffkanal (Ölbohrung) zurück in einen Ölsumpf der Antriebseinheit oder des Getriebes oder durch das Wälzlager hindurch fließen.

Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Antriebseinheit;

Figur 2 einen schematischen und vergrößerten Teilschnitt der

Antriebseinheit aus Figur 1 im Bereich der Getriebewelle; und

Figur 3 eine schematische und perspektivische Ansicht der Rotorwelle der Antriebseinheit aus Figur 1. Die Antriebseinheit für ein Fahrzeug trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Antriebseinheit 10 kann bspw. als E-Achse ausgebildet sein oder Bestandteil einer E-Achse bilden.

Die Antriebseinheit 10 weist eine elektrische Maschine 12 mit einer Rotorwelle 14 und ein Getriebe 16 mit einer Getriebewelle 18 auf. In der elektrischen Maschine 12 können zudem ein Stator und ein mit der Rotorwelle 14 gekoppelter Rotor angeordnet sein, der Rotorkomponenten, bspw. ein Blechpaket mit Wicklungen, aufweist (nicht dargestellt).

Die elektrische Maschine 12 weist ein Gehäuse 20 auf (Motorgehäuse). Am vom Getriebe 16 abgewandten Ende weist die elektrische Maschine 12 bzw. deren Gehäuse 20 im Beispiel ein Lagerschild 22 mit einem Wälzlager 24 auf, in dem die Rotorwelle 14 gelagert ist (vgl. Fig.1). Im Beispiel ist in der elektrischen Maschine 12 keine weitere Lagerung für die Rotorwelle 14 vorgesehen.

Auch das Getriebe 16 weist ein Gehäuse 26 auf (Getriebegehäuse). Das Motorgehäuse 20 und das Getriebegehäuse 26 weisen im Beispiel jeweils eine Trennebene 28, 30 auf, an der das Motorgehäuse 20 und das Getriebegehäuse 26 aneinander anliegen. Die Trennebenen 28, 30 sind im Beispiel jeweils orthogonal zur Mittellängsachse 32 (Axialrichtung 32) der Rotorwelle 14 bzw. der Getriebewelle 18 angeordnet. Alternativ hierzu (nicht dargestellt) können das Motorgehäuse 20 und das Getriebegehäuse 36 zu einem Bauteil, bspw. einem Gehäuse bzw. Systemgehäuse, zusammengefasst sein (keine Trennung an Trennebene 28/30).

Bei der Getriebewelle 18 handelt es sich um eine Getriebe-Eingangswelle. Die Getriebewelle 18 trägt im Beispiel ein Ritzel 34, welches mit weiteren Getrieberädern in Eingriff ist (nicht dargestellt). Das Getriebegehäuse 26 ist im Beispiel mehrteilig ausgebildet und weist einen an das Motorgehäuse angrenzenden Gehäuseabschnitt 36 und einen Getriebedeckel 38 auf.

Die Getriebewelle 18 ist durch zwei Wälzlager 40, 42 im Getriebegehäuse 26 gelagert. Ein Wälzlager 40 ist am oder im Gehäuseabschnitt 36 und ein weiteres Wälzlager 42 am oder im Getriebedeckel 38 angeordnet. Die Rotorwelle 14 und die Getriebewelle 18 sind (axial) ineinander gesteckt und mittels einer Steckverzahnung 44 gekoppelt (vgl. Fig.2). Die Rotorwelle 14 und die Getriebewelle 18 sind koaxial zueinander abgeordnet. In der Getriebewelle 18 ist ein Schmierstoffkanal 46 ausgebildet, der am der Rotorwelle 14 zugewandten Ende (stirnseitig) in einen Innenraum 48 der Rotorwelle 14 mündet, um Schmierstoff für die Steckverzahnung 44 bereitzustellen.

Die Rotorwelle 14 weist am axialen Ende, welches der Getriebewelle 18 zugewandt ist, eine Stirnseite 50 auf, wobei an der Stirnseite 50 eine oder mehrere Öffnungen 52 ausgebildet sind, die sich von einem den Innenraum begrenzenden Innenumfang 54 der Rotorwelle 14 zu deren Außenumfang 56 hin erstrecken (vgl. Fig.2 und 3). Somit ist der Schmierstoffkanal 46 über den Innenraum 48 und die Steckverzahnung 44 mit den Öffnungen 52 strömungsverbunden. Diese Strömungsverbindung führt Schmierstoff vom Schmierstoffkanal 46 in der Getriebewelle 18 zu den stirnseitigen Öffnungen 52 der Rotorwelle 14.

Der Schmierstoffkanal 46 erstreckt sich im Beispiel vollständig durch die Getriebewelle 18 (vgl. Fig.2). Die Getriebewelle 18 ist somit als Hohlwelle ausgebildet. Bei dem Schmierstoff kann es sich bspw. um Öl handeln.

Die Öffnungen 52 erstrecken sich entlang der Radialrichtung oder unter einem Winkel zur Radialrichtung vom Innenumfang 54 zum Außenumfang 56 der Rotorwelle 14. Somit ergibt sich eine Förderwirkung durch die auf den Schmierstoff wirkende Zentrifugalkraft bei drehender Rotorwelle 14 bzw. drehender Getriebewelle 18.

Die Öffnungen 52 sind an der Stirnseite 50 über den Umfang regelmäßig verteilt, bspw. in über den Umfang der Rotorwelle 14 gleichen Abständen oder Winkeln (vgl. Fig.3). Die Öffnungen 52 an der Stirnseite 50 sind als Nuten ausgebildet.

Im Getriebe ist eine Schmierstoff-Abgabeeinrichtung (nicht dargestellt) zum Einbringen von Schmierstoff an einer Schmierstoff-Abgabestelle 60 in den Schmierstoffkanal 46 der Getriebewelle 18 angeordnet (vgl. Fig.2). Die Schmierstoff-Abgabeeinrichtung ist am von der Rotorwelle 14 abgewandten Ende der Getriebewelle 18 angeordnet (Getriebedeckelseite). Die Schmierstoff- Abgabeeinrichtung kann ausgebildet sein wie oben beschrieben.

Im Schmierstoffkanal 46 ist am von der Rotorwelle 14 abgewandten Ende der Getriebewelle 18 eine Schmierstoff-Rückhaltekappe 62 angeordnet. Die Schmierstoff-Rückhaltekappe 62 weist ein kreisringförmiges Profil mit einem zentrischen Durchgang auf (ohne Bezugszeichen).

Axial zwischen der Steckverzahnung 44 und dem axialen (der Getriebewelle 18 zugewandten) Ende der Rotorwelle 14 ist ein Stützabschnitt 64 ausgebildet, in welchem die Rotorwelle 14 mit dem Innenumfang 54 und die Getriebewelle 18 mit einem Außenumfang 66 aneinander anliegen (vgl. Fig.2). Im Stützabschnitt 64 können an der Getriebewelle 18 und/oder an der Rotorwelle 14 Nuten ausgebildet sein (nicht dargestellt), die sich zwischen der Steckverzahnung 44 und dem axialen Ende der Rotorwelle 14 erstrecken. Die Nuten erstrecken sich insbesondere von der Steckverzahnung zum axialen Ende der Rotorwelle, bspw. parallel zur Axialrichtung 32 oder unter einem Winkel zur Axialrichtung bzw. einer Parallelen zur Axialrichtung 32.

Die Getriebewelle 18 ist durch das im Getriebegehäuse 26 angeordnete bzw. sitzende Wälzlager 40 hindurch geführt, wobei die Rotorwelle 14 mit der (der Getriebewelle 18 zugewandten) Stirnseite 50 unmittelbar am Innenring 68 des Wälzlagers 40 anliegt (vgl. Fig.2).

In dem Bereich, in dem die Rotorwelle 14 und die Getriebewelle 18 ineinander gesteckt sind (axiale Überlappung von Rotorwelle 14 und Getriebewelle 18) ist ein Radialwellendichtring 70 angeordnet, der im Getriebegehäuse 26 sitzt. Der Schmierstoff kann somit zur Schmierung des Radialwellendichtrings 70 eingesetzt werden. Der Schmierstoff kann durch einen Schmierstoffkanal (Ölbohrung) zurück in einen Ölsumpf der Antriebseinheit 10 oder des Getriebes 16 oder durch das Wälzlager 40 hindurch fließen (nicht im Einzelnen dargestellt).

Die Strömungsverbindung, entlang der der Schmierstoff gefördert wird, hat bspw. einen haarnadelförmigen oder hin- und hergehenden Verlauf (vgl. Fig.2). Der Schmierstoff wird in den Schmierstoffkanal 46 eingebracht und fließt zum der Rotorwelle 14 zugewandten Ende der Getriebewelle 18. Dort mündet der Schmierstoffkanal 46 in den Innenraum 48 der Rotorwelle 14 (hohler Abschnitt der Rotorwelle), so dass der Schmierstoff in den Innenraum 48 gelangt. Der Schmierstoff wird bei drehender Rotorwelle 14 bzw. Getriebewelle 18 durch die Zentrifugalkraft nach radial außen zur Steckverzahnung 44 geführt. Von dort wird Schmierstoff zu den Öffnungen 52 in der Stirnseite 50 der Rotorwelle 14 geführt.

Dabei verläuft der Schmierstoff ein Stück weit entgegen der Laufrichtung des Schmierstoffs im Schmierstoffkanal 46 der Getriebewelle 18.