Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abdichtung einer Rotorwelle einer E- Maschine in einem Gehäuse. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine E- Maschine mit einer solchen Anordnung zur Abdichtung einer Rotorwelle und eine Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine solche E-Maschine.

Eine Dichtungsvorrichtung für eine Rotorwelle einer E-Maschine ist bereits aus der DE 102018 219 781 A1 bekannt. Zur Abdichtung der Rotorwelle ist eine Wellendich tung zwischen einem Gehäuse und der Rotorwelle angeordnet.

Da E-Maschinen mit hohen Drehzahlen betrieben werden können, können an der Rotorwelle einer E-Maschine hohe Umfangsgeschwindigkeiten vorherrschen, wodurch es zu einer starken thermischen Beanspruchung einer zwischen einem Ge häuse und der Rotorwelle angeordneten Wellendichtung kommen kann. Dadurch kann eine Dichtwirkung der Wellendichtung nachlassen und eine die Wellendichtung durchdringende Leckage entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik weiterzubilden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Es wird eine Anordnung zur Abdichtung einer Rotorwelle einer E-Maschine in einem Gehäuse vorgeschlagen, wobei die Rotorwelle über ein Dichtelement gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist. Zudem wird eine E-Maschine mit einer Rotorwelle und mit einer solchen Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle und damit eines Innen raums der E-Maschine vorgeschlagen. Zudem wird eine Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, aufweisend eine solche E- Maschine zur Bereitstellung einer Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung. Eine sol che E-Maschine wandelt elektrische Energie in eine mechanische Rotationsbewe- gung um, oder umgekehrt. Eine solche E-Maschine ist im Bedarfsfall als elektrischer Motor oder Generator betreibbar. Bei der E-Maschine kann es sich beispielsweise um eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine handeln.

Unter einem Dichtelement wird insbesondere ein Bauteil verstanden, das Fluid im Bereich der Rotorwelle zurückhalten soll. Ein solches Dichtelement kann als Wellen dichtung bezeichnet werden. Solche Wellendichtungen sind an sich bereits bekannt, beispielsweise als Radialwellendichtring oder als Labyrinthdichtung.

Die vorgeschlagene Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle der E-Maschine weist einen Kühlring auf, welcher radial zwischen dem Dichtelement und der Rotorwelle angeordnet ist. Der Kühlring kann beispielsweise als Stahlring ausgebildet sein.

Durch die Ausbildung als Stahlring weist der Kühlring eine relativ hohe Wärmeleitfä higkeit auf. Die Rotorwelle weist eine in den Kühlring mündende Radialbohrung auf, die mit einer in der Rotorwelle vorgesehenen Axialbohrung verbunden ist. Über die Axialbohrung und die Radialbohrung wird der Kühlring mit einem Kühlfluid versorgt. Die Radialbohrung kann hierbei auch eine axiale Erstreckung aufweisen, also schräg durch die Rotorwelle verlaufen. Auch kann die Radialbohrung als Blende oder Dros sel ausgebildet sein. Entsprechend kann die Axialbohrung eine radiale Erstreckung aufweisen und somit schräg durch die Rotorwelle verlaufen. Auch kann die Axialboh rung als Blende oder Drossel ausgebildet sein. Das Kühlfluid kann beispielsweise ein Schmiermittel oder ein Kühlmittel sein.

Durch die vorgeschlagene Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle kann die ther mische Belastung des Dichtelements auch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle reduziert werden. Die aufgrund hoher Umfangsgeschwindigkeiten der Ro torwelle entstehende Wärme im Bereich des Dichtelements kann auf das durch den Kühlring geführte Kühlfluid übertragen und dadurch vom Dichtelement weggeführt werden. Dadurch kann eine Dichtwirkung des Dichtelements bei hohen Umfangsge schwindigkeiten der Rotorwelle verbessert werden und eine aufgrund thermischer Belastung des Dichtelements auftretende Leckage über das Dichtelement in einen Innenraum der E-Maschine vermieden werden. Vorzugsweise ist der Kühlring derart ausgebildet, dass dieser gemeinsam mit der Rotorwelle der E-Maschine einen Kühlkanal ausbildet. Hierzu kann der Kühlring bei spielsweise aus einem Vollmaterial hergestellt werden, in welches eine Nut einge bracht wird. Der Kühlring kann auch aus einem Stahlblech hergestellt werden, bei welchem seitliche Stege abgekantet werden. Der Kühlring weist vorzugsweise einen u-förmigen Querschnitt auf.

Vorzugsweise weist der Kühlring eine äußere, vorzugsweise zylindrische Gleitfläche auf, welche in gleitendem Kontakt mit dem Dichtelement steht. Die zylindrische Gleit fläche bildet somit eine Lauffläche für das Dichtelement. Das Dichtelement dichtet somit - mittelbar über den Kühlring - die Rotorwelle gegenüber dem Gehäuse ab.

Der Kühlring kann mit der Rotorwelle gefügt werden, d. h. Kühlring und Rotorwelle sind durch eine mechanische oder stoffliche Verbindung fest miteinander verbunden. Beispielsweise kann der Kühlring auf die Rotorwelle aufgepresst oder aufge schrumpft oder mit der Rotorwelle verklebt werden.

Die Rotorwelle ist vorzugsweise über zwei Lager gegenüber dem Gehäuse abge stützt. Der Kühlring kann zwischen der Rotorwelle, d. h. zwischen einem axialen An schlag auf der Rotorwelle und einem der beiden Lager, über welches die Rotorwelle gegenüber dem Gehäuse abgestützt ist, eingeklemmt sein. Damit ist der Kühlring in axialer und auch in tangentialer Richtung fixiert. Ist das Lager als Wälzlager ausge bildet, dann kann der Kühlring zwischen dem axialen Anschlag auf der Rotorwelle und einem Innenring des Wälzlagers eingeklemmt sein. Bei Ausbildung des Lagers als Wälzlager kann der Kühlring auch einstückig mit dem Innenring des Wälzlagers ausgebildet sein, d. h., in den Innenring integriert sein. Damit ergibt sich eine verein fachte Montage, da ein Teil weniger zu montieren ist. Mit axialer Richtung soll vorlie gend die Richtung entlang der Rotationsachse der Rotorwelle verstanden werden.

Das Dichtelement kann als Radialwellendichtring mit einer Dichtlippe ausgebildet sein, welche auf der rotierenden Gleitfläche des Kühlrings gleitet. Die Dichtfunktion des Dichtelements besteht darin, dass der trockene Innenraum der E-Maschine, in welchem der Rotor umläuft, nach außen abgedichtet wird, insbesondere gegen das Eindringen von Schmiermittel, welches dem Lager für dessen Schmierung zugeführt wird. Das Schmiermittel, beispielsweise Öl, wird hierbei auch dem Kühlring zugeführt und dient als Kühlfluid.

Wird durch das Fügen von Kühlring und Rotorwelle keine hinreichende Dichtheit zwi schen den Fügeteilen erzielt, kann der Kühlring gegenüber der Rotorwelle durch ein weiteres Dichtelement, vorzugsweise einen O-Ring, abgedichtet werden.

Radial und/oder axial zwischen dem Kühlring und der Rotorwelle kann ein Schutze lement angeordnet sein, welches die Wärmeleitung in der Rotorwelle hemmt und/oder den Wärmefluss in der Rotorwelle umlenkt. Die Richtung des Wärmeflusses wird durch die Anordnung und Gestaltung des Schutzelements derart beeinflusst, dass der Wärmefluss vom Kühlring und somit vom Dichtelement ferngehalten und in einem Abstand um den Kühlring bzw. das Dichtelement herumgeführt wird, so dass keine unzulässig hohen Temperaturen im Bereich des Dichtelements auftreten. Eine vom Rotor der E-Maschine erzeugte Wärme kann somit von dem Kühlring und von dem Dichtelement ferngehalten werden, was die thermische Belastung des Dich telements weiter reduziert.

Das den Wärmefluss umlenkende Schutzelement kann ringförmig oder als Ring aus gebildet sein. Als Ring umschließt das Schutzelement den gesamten Umfang der Rotorwelle und lenkt somit den Wärmefluss, welcher sich zwischen dem Rotor und dem Ring zunächst axial an der Oberfläche der Rotorwelle ausbreitet, radial nach innen um, so dass der Bereich höherer Temperaturen einen vergrößerten Abstand zum Kühlring und somit auch zum Dichtelement aufweist.

Das Schutzelement kann aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Ein solches Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit kann beispiels weise ein Keramikwerkstoff oder ein Kunststoff sein.

Das ringförmige Schutzelement respektive der Ring kann mit der Rotorwelle gefügt werden, d. h. Ring und Rotorwelle sind durch eine mechanische oder stoffliche Ver bindung fest miteinander verbunden. Zudem wird der Kühlring mit dem Schutzele- ment gefügt. Beispielsweise kann der Ring auf die Rotorwelle aufgepresst oder auf geschrumpft oder mit der Rotorwelle verklebt werden. Ebenso kann der Kühlring auf das Schutzelement aufgepresst oder aufgeschrumpft oder mit dem Schutzelement verklebt werden.

Die vorgeschlagene E-Maschine verfügt über eine drehbar antreibbare Rotorwelle. Die Rotorwelle ist insbesondere mit einem Rotor der E-Maschine verbunden, was auch eine einstückige Ausführung von Rotor und Rotorwelle umfasst. Der Rotor und damit auch die Rotorachse sind insbesondere mittels eines gehäusefesten Stators der E-Maschine drehbar. Die E-Maschine verfügt über einen Innenraum, in dem der mit der Rotorwelle verbundene Rotor drehbar angeordnet ist. Die E-Maschine verfügt über die vorgeschlagene Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle der E-Maschine. Die Anordnung zur Abdichtung der Rotorwelle dichtet den Innenraum der E- Maschine an der Rotorwelle gegen ein Äußeres ab. Durch die vorgeschlagene An ordnung zur Abdichtung der Rotorwelle kann die thermische Belastung des Dich telements reduziert werden. Dadurch kann eine aufgrund thermischer Belastung des Dichtelements auftretende Leckage über das Dichtelement in den Innenraum der E- Maschine vermieden werden. Somit wird verhindert, dass ein Fluid von außen in den Innenraum der E-Maschine gelangt und sich dort unkontrolliert verteilt.

Die vorgeschlagene Antriebsvorrichtung dient zum elektrischen Antrieb eines Kraft fahrzeugs. Dementsprechend weist die Antriebsvorrichtung eine E-Maschine zur Be reitstellung einer Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug auf. Die Antriebsvorrichtung kann insbesondere als Antriebsmodul ausgebildet sein. Die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise zur Anordnung an eine angetriebene Achse des Kraftfahrzeugs aus gebildet sein. Die E-Maschine der Antriebsvorrichtung ist durch die vorgeschlagene E-Maschine gebildet, also umfasst sie die vorgeschlagene Anordnung zur Abdich tung der Rotorwelle der E-Maschine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeich nung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen Fig. 1 eine Lagerung und Abdichtung einer Rotorwelle in einem Gehäuse für ein lin kes Lager der Rotorwelle in einer Schnittdarstellung und Fig. 2 eine Lagerung und Abdichtung einer Rotorwelle in einem Gehäuse für ein rechtes Lager der Rotorwelle in einer Schnittdarstellung.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Lagerung und Abdichtung einer Rotorwelle 1 in einem Gehäuse 2 in einem Axialschnitt. Die Rotorwelle 1 ist mittels eines ersten (lin ken) Lagers, welches als Wälzlagers 3 ausgebildet ist, in dem Gehäuse 2 gelagert. Das Wälzlager 3 weist einen Innenring 3a und einen Außenring 3b auf. Auf der Ro torwelle 1 ist der Rotor 4 einer E-Maschine 5 und radial außerhalb des Rotors 4 ist der Stator 6 der E-Maschine 5 angeordnet. Der Rotor 4 läuft in einem trockenen In nenraum 7 um, der innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und nach außen abge dichtet ist. In der Zeichnung rechts vom Wälzlager 3, also auf der dem Rotor 4 zuge wandten Seite des Wälzlagers 3 ist ein Dichtelement 8 angeordnet und im Gehäuse 2 fixiert. Das Dichtelement ist vorzugsweise als Radialwellendichtring 8 ausgebildet. Radial innerhalb des Radialwellendichtringes 8 ist ein Kühlring 9 angeordnet, welcher mit der Rotorwelle 1 gefügt ist.

Der Kühlring 9 ist hier derart ausgebildet, dass dieser gemeinsam mit der Rotorwelle 1 der E-Maschine 5 einen Kühlkanal 12 ausbildet. Die Rotorwelle 1 weist eine Dreh achse a auf. Zudem weist die Rotorwelle 1 eine Axialbohrung 1a und eine Radialboh rung 1b auf, welche einer Kühlfluidzufuhr dienen. Über die Axialbohrung 1a und die Radialbohrung 1 b wird der Kühlring 9 mit Kühlfluid 10 versorgt. Das Kühlfluid 10 ist als Schmieröl ausgebildet und dient neben der Kühlung des Dichtelements 8 auch der Schmierung des Wälzlagers 3.

Der Kühlring 9, weist eine dem Wälzlager 3 zugewandte Stirnfläche 9b und eine dem Rotor 4 zugewandte Stirnfläche 9c auf und ist zwischen einem axialen Anschlag der Rotorwelle 1 und dem Innenring 3a des Wälzlagers 3 in axialer Richtung fixiert. Der Kühlring weist hier einen u-förmigen Querschnitt auf. Der Kühlring 9 weist an der dem Wälzlager 3 zugewandten Seite einen Durchlass auf, durch welchen dem Wälz lager 3 Schmieröl aus dem Kühlkanal 12 zugeleitet wird. Der Druchlass kann bei spielweise als Bohrung ausgebildet sein. Der Innenraum 7 der E-Maschine 5 wird durch das Dichtelement 8 abgedichtet; insbesondere wird durch das Dichtelement 8 verhindert, dass Schmieröl, welches dem Wälzlager 3 zugeführt wird, in den Innen raum 7 eindringt.

Der Kühlring 9 weist eine zylindrische als Gleitfläche ausgebildete Außenfläche 9a auf, welche mit dem Dichtelement 8, insbesondere der Dichtlippe des Radialwellen dichtringes 8 in Gleitkontakt steht. Die Außenfläche 9a bildet somit eine Lauffläche für das Dichtelement 8. Das Dichtelement 8 dichtet somit - mittelbar über den Kühl ring 9 - die Rotorwelle 1 gegenüber dem Gehäuse 2 ab.

Durch die Anordnung des Kühlrings 9 radial zwischen der Rotorwelle 1 und dem Dichtelement 8 kann die thermische Belastung des Dichtelements 8 auch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle 1 reduziert werden. Die aufgrund hoher Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle 1 entstehende Wärme im Bereich des Dichtelements 8 kann auf das durch den Kühlring 9 geführte Kühlfluid 10 übertragen und dadurch vom Dichtelement 8 weggeführt werden. Dadurch kann eine Dichtwir kung des Dichtelements 8 bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle 1 verbessert werden und eine aufgrund thermischer Belastung des Dichtelements 8 auftretende Leckage über das Dichtelement 8 in einen Innenraum 7 der E-Maschine 5 vermieden werden. Der Kühlring 9 kann als Stahlring ausgebildet sein.

Wird durch das Fügen von Kühlring 9 und Rotorwelle 1 keine hinreichende Dichtheit zwischen Kühlring 9 und Rotorwelle 1 erzielt, kann der Kühlring 9 gegenüber der Ro torwelle durch ein weiteres - hier nicht dargestelltes - Dichtelement abgedichtet wer den.

Für den Fall, dass dennoch geringe Mengen Schmieröl, eine so genannte Leckage, in den Innenraum 7 der E-Maschine 5 eindringen sollte, ist eine Fangvorrichtung 11 zum Auffangen von Schmieröl, welches durch eine Schulter (ohne Bezugszahl) der Rotorwelle 1 abgeschleudert wird, vorgesehen.

Fig. 2 zeigt einen weiteren Ausschnitt einer Lagerung und Abdichtung der Rotorwelle 101 in dem Gehäuse 102 in einem Axialschnitt. Für gleiche oder analoge Teile wer- den gleiche, jedoch um 100 erhöhte Bezugszahlen wie in Fig. 1 verwendet. Die Ro torwelle 101 ist mittels eines zweiten (rechten) Lagers, welches als Wälzlagers 103 ausgebildet ist, in dem Gehäuse 102 gelagert. Das Wälzlager 103 weist einen Innen ring 103a und einen Außenring 103b auf.

Auf der Rotorwelle 101 ist der Rotor 104 einer E-Maschine 105 und radial außerhalb des Rotors 104 ist der Stator 106 der E-Maschine 105 angeordnet. Der Rotor 104 läuft in einem trockenen Innenraum 107 um, der innerhalb des Gehäuses 102 ange ordnet und nach außen abgedichtet ist. In der Zeichnung links vom Wälzlager 103, also auf der dem Rotor 104 zugewandten Seite des Wälzlagers 103 ist ein Dichtele ment 108 angeordnet und im Gehäuse 102 fixiert. Das Dichtelement ist vorzugsweise als Radialwellendichtring 108 ausgebildet. Radial innerhalb des Radialwellendichtrin ges 108 ist ein Kühlring 109 angeordnet, welcher mit der Rotorwelle 101 gefügt ist.

Auch hier ist der Kühlring 109 derart ausgebildet, dass dieser gemeinsam mit der Rotorwelle 101 der E-Maschine 105 einen Kühlkanal 112 ausbildet. Die Rotorwelle 101 weist die Drehachse a auf. Zudem weist die Rotorwelle 101 eine Axialbohrung und eine Radialbohrung auf, welche der Kühlfluidzufuhr dienen. Über die Axialboh rung und die Radialbohrung wird der Kühlring 109 mit Kühlfluid 110 versorgt. Das Kühlfluid 110 ist als Schmieröl ausgebildet und dient neben der Kühlung des Dich telements 108 auch der Schmierung des Wälzlagers 103.

Der Kühlring 109 ist zwischen einem axialen Anschlag der Rotorwelle 101 und dem Innenring 103a des Wälzlagers 103 in axialer Richtung fixiert. Der Kühlring 109 weist auch hier einen u-förmigen Querschnitt auf.

Der Kühlring 109 weist eine zylindrische als Gleitfläche ausgebildete Außenfläche auf, welche mit dem Dichtelement 108, insbesondere der Dichtlippe des Radialwel lendichtringes 108 in Gleitkontakt steht. Die Außenfläche bildet somit eine Lauffläche für das Dichtelement 108. Das Dichtelement 108 dichtet somit - mittelbar über den Kühlring 109 - die Rotorwelle 101 gegenüber dem Gehäuse 102 ab. Der Kühlring 109 weist an der dem Dichtelement 108 zugewandten Seite einen Durchlass auf, durch welchen dem Wälzlager 103 Schmieröl aus dem Kühlkanal 112 zugeleitet wird. In axialer Richtung gesehen ist der Durchlass zwischen dem Wälzlager 103 und dem Dichtelement 108 angeordnet. Der Durchlass kann als Bohrung ausgebildet sein. Der Innenraum 107 der E-Maschine 105 wird durch das Dichtelement 108 abgedichtet; insbesondere wird durch das Dichtelement 108 verhindert, dass Schmieröl, welches dem Wälzlager 103 zugeführt wird, in den Innenraum 107 eindringt.

In axialer Richtung gesehen ist zwischen dem Rotor 104 und dem Dichtelement 108 benachbart zum Dichtelement 108 eine Wellenerdung 113 angeordnet. Unter einer solchen Wellenerdung 113 wird insbesondere ein Bauelement verstanden, das eine drehbare elektrische Verbindung zwischen der Rotorwelle 101 und einem elektri schen Bezugspotential herstellt. Ein solches Bezugspotential ist beispielsweise ein elektrisches Erdpotential oder eine elektrische Masse. Der Kühlring 109 weist hier, verglichen mit dem Kühlring 9 aus Fig. 1, eine längere axiale Erstreckung auf, sodass neben dem Dichtelement 108 auch die Wellenerdung 113 auf der zylindrischen Au ßenfläche des Kühlrings 109 angeordnet ist. Die Wellenerdung 113 verbindet somit die Rotorwelle 101 - mittelbar über den Kühlring 109 - elektrisch mit dem Gehäuse 102. Die Wellenerdung 113 verfügt über zum indest eine massive oder flexible Bürste zur Herstellung eines Schleifkontakts mit dem Kühlring 109. Die Wellenerdung 113 ist insbesondere als Wellenerdungsring ausgebildet.

Durch die Anordnung des Kühlrings 109 radial zwischen der Rotorwelle 101 und dem Dichtelement 108 sowie der Wellenerdung 113 kann sowohl die thermische Belas tung des Dichtelements 108 als auch die thermische Belastung der Wellenerdung 113 bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle 101 reduziert werden. Die aufgrund hoher Umfangsgeschwindigkeiten der Rotorwelle 101 durch Schleifkontakt entstehende Wärme kann auf das durch den Kühlring 109 geführte Kühlfluid 110 übertragen und dadurch sowohl vom Dichtelement 108 als auch von der Wellener dung 113 weggeführt werden. Dadurch kann die thermische Belastung diese Bautei le reduziert und die Lebensdauer erhöht werden.

Wird durch das Fügen von Kühlring 109 und Rotorwelle 101 keine hinreichende Dichtheit zwischen Kühlring 109 und Rotorwelle 101 erzielt, kann der Kühlring 109 gegenüber der Rotorwelle durch ein weiteres -hier nicht dargestelltes - Dichtelement abgedichtet werden.

Für den Fall, dass dennoch geringe Mengen Schmieröl, eine so genannte Leckage, in den Innenraum 7 der E-Maschine 5 eindringen sollte, ist auch hier eine Fangvor richtung 111 zum Auffangen von Schmieröl, welches durch eine Schulter (ohne Be zugszahl) der Rotorwelle 101 abgeschleudert wird, vorgesehen.

Bezugszeichen Rotorwelle a Axialbohrung b Radialbohrung Gehäuse Wälzlager (links) a Innenring b Außenring Rotor E-Maschine Stator Innenraum Dichtelement/Radialwellendichtring Kühlring a Außenfläche b Stirnfläche c Stirnfläche 0 Kühlfluid 1 Fangvorrichtung 2 Kühlkanal 01 Rotorwelle 02 Gehäuse 03 Wälzlager (rechts) 03a Innenring 03b Außenring 04 Rotor 05 E-Maschine 06 Stator 07 Innenraum 08 Dichtelement/Radialwellendichtring 09 Kühlring 110 Kühlfluid

111 Fangvorrichtung

112 Kühlkanal

113 Wellenerdung a Drehachse