Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantriebsstrang für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine, mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor mit einer Rotorwelle, sowie eine von einem Hydraulikfluid beaufschlagten Getriebeanordnung, welche drehmomentübertragend mit dem Rotor der elektrischen Maschine koppelbar ist und die elektrische Maschine sowie die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und die Rotorwelle axial in ein Differentialgetriebe der Getriebeanordnung eingreift, wobei das Differentialgetriebe ein koaxial zur Rotorwelle angeordnetes Differentialsonnenrad aufweist, welches drehmomentübertragend mit einer ersten Abtriebswelle des elektrischen Achsantriebsstrangs verbunden ist.

Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.

Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2- Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.

In der Regel ist es bei derartigen E-Achsen notwendig, den mit einem Hydraulikfluid beaufschlagten Getrieberaum gegenüber dem als Trockenraum ausgebildeten Luftspalt zwischen Stator und Rotor der elektrischen Maschine der E-Achse abzudichten. Diese Dichtstelle stellt durch die vergleichsweisen hohen Umdrehungszahlen des Rotors hohe Anforderungen an eine reibungsarme Ausführung der entsprechenden Dichtung, welche von schleifenden Dichtungen mit geringem Anpressdruck jedoch nicht immer erfüllt werden können.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung einen elektrischen Achsantriebsstrang für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug bereitzustellen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme reduziert oder vollständig beseitigt und einen besonders reibungsarmen Betrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Achsantriebsstrang für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine, mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor mit einer Rotorwelle, sowie eine von einem Hydraulikfluid beaufschlagten Getriebeanordnung, welche drehmomentübertragend mit dem Rotor der elektrischen Maschine koppelbar ist und die elektrische Maschine sowie die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und die Rotorwelle axial in ein Differentialgetriebe der Getriebeanordnung eingreift, wobei das Differentialgetriebe ein koaxial zur Rotorwelle angeordnetes Differentialsonnenrad aufweist, welches drehmomentübertragend mit einer ersten Abtriebswelle des elektrischen Achsantriebsstrangs verbunden ist, wobei eine Rotorscheibe drehmomentübertragend mit der Rotorwelle wirkverbunden und derart ausgestaltet ist, dass die Rotorscheibe und das Differentialsonnenrad eine Labyrinthdichtung mit einem Dichtspalt ausbilden, die einen von Hydraulikfluid beaufschlagten Nassraum des Differentialgetriebes von einem Trockenraum der elektrischen Maschine trennt und die Rotorscheibe derart konfiguriert ist, dass bei einer Rotation der Rotorwelle und/oder des Differentialsonnenrads in dem Dichtspalt eine in Richtung des Nassraums orientierte zentrifugalkraftbewirkte Schleuderwirkung auf das Hydraulikfluid bewirkt ist.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass aus einer Kombination von Schleuderscheibe (Rotorscheibe) und Labyrinthdichtung eine kontaktlose Dichtung mit hoher Dichtwirkung bereitgestellt werden kann.

Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs kann wenigstens eine elektrische Maschine und wenigstens eine Getriebeanordnung umfassen, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung bevorzugt jeweils eine bauliche Einheit bilden. Bevorzugt weist der elektrische Achsantriebsstrang eine erste elektrische Maschine mit einer ersten Getriebeanordnung sowie eine zweite elektrische Maschine und mit einer zweiten Getriebeanordnung auf.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass jeweils eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.

Die elektrischen Maschinen und die Getriebeanordnungen können auch jeweils oder gemeinsam in einem Antriebsstranggehäuse aufgenommen sein. Das Antriebsstranggehäuse ist zumindest zur Aufnahme der elektrischen Maschine und der Getriebeanordnung vorgesehen. Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urform verfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das Antriebsstranggehäuse aus einem Kunststoff zu bilden.

Das Antriebsstranggehäuse kann insbesondere bevorzugt eine topfartige Grundform aufweisen, so dass die elektrische Maschine und das Getriebe über die offene Stirnseite des Antriebsstranggehäuses in dieses eingesetzt werden können.

Eine elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil.

Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine als Radialoder Axialflussmaschine ausgebildet sein. Um einen axial besonders kompakt bauende Achsantriebsstrang auszubilden, sind Axialflussmaschinen zu bevorzugen.

Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.

Die Getriebeanordnung des elektrischen Achsantriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.

Die Getriebeanordnung kann ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rotorscheibe kegelstumpfringförmig ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass sich hierdurch eine besonders langer Dichtspalt ergibt und durch die kegelstumpfartige Ausbildung der Scheiben eine hohe Formstabilität, insbesondere auch bei hohen Umdrehungszahlen realisiert werden kann. Des Weiteren kann durch die kegelstumpfförmige Ausbildung der Rotorscheibe eine zentrifugalkraftbewirkte Axialkraftkomponente auf das Hydraulikfluid beaufschlagt werden, so dass das Hydraulikfluid bei Kontakt mit der Rotorscheibe und/oder im Dichtspalt stets in Richtung des Nassraums geführt wird, was die Dichtwirkung weiter verbessert.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Rotorscheibe aus einem metallischen Blech geformt ist, wodurch sich die Scheibe besonders kostengünstig fertigen lässt.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Rotorscheibe mittels eines Tiefziehverfahrens geformt ist, was ebenfalls zu einer kostengünstigen Fertigung der Scheibe beiträgt.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Rotorscheibe an einem mit der Rotorwelle drehmomentübertragend verbundenen Sonnenrad eines Planetengetriebes drehfest angeordnet ist. Auch hierdurch lässt sich die Wirkung erzielen, dass die Rotorscheibe kostengünstig herstellbar und montierbar ausgeführt werden kann. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Rotorscheibe an einem mit der Rotorwelle drehmomentübertragend verbundenen Sonnenrad eines Planetengetriebes drehtest angeordnet ist.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Differentialsonnenrad an seinem zur Rotorwelle in gerichteten distalen Ende einen ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitt mit einem ersten Winkel zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitts und einen sich an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitt mit einem zweiten Winkel zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitts aufweist, wobei der erste Winkel größer ist als der zweite Winkel. Hierdurch kann die Labyrinthdichtung weiter verbessert werden..

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Rotorscheibe einen ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitt mit einem ersten Winkel zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitts und einen sich an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitt mit einem zweiten Winkel zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitts aufweist, wobei der erste Winkel größer ist als der zweite Winkel, was ebenfalls zu einer weiteren Optimierung der Labyrinthdichtung beitragen kann.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das Differentialsonnenrad eine der Rotorscheibe angepasste Kontur aufweist, so dass der Dichtspalt eine im Wesentlichen gleichbleibende Spalthöhe über die Erstreckung des Dichtspalts besitzt. Auch hierdurch kann eine Verbesserung der Dichtwirkung der Labyrinthdichtung erreicht werden.

Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Rotorwelle und/oder das Sonnenrad des Planetengetriebes an ihrem jeweiligen zum Differentialsonnenrad hin gerichteten distalen Ende an ihrer innen Mantelfläche eine sich zum Differentialsonnenrad hin öffnende konusförmige Kontur aufweisen/ aufweist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt ist insbesondere, dass selbst bei einem Eintritt von Hydraulikfluid in den Trockenraum eine in Axialrichtung Wirkende Zentrifugalkraftkomponente auf das Hydraulikfluid beaufschlagt wird, die das Hydraulikfluid in Richtung des Nassraums bewegt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.

Es zeigt:

Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Achsantriebsstrang in einer schematischen Blockschaltansicht,

Figur 2 eine schematische Axialschnittansicht eines elektrischen Achsantriebsstrangs,

Figur 3 eine Getriebeanordnung mit axial eingreifender Rotorwelle in einer schematischen Axialschnittansicht,

Figur 4 eine Detailansicht der aus Figur 3 bekannten Getriebeanordnung mit axial eingreifender Rotorwelle in einer schematischen Axialschnittansicht,

Figur 5 eine Detailansicht der aus Figur 4 bekannten Getriebeanordnung mit axial eingreifender Rotorwelle in einer schematischen Axialschnittansicht.

Die Figur zeigt einen elektrischen Achsantriebsstrang 1 für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug 2, umfassend eine elektrische Maschine 3, und eine Getriebeanordnung 7, die mit der elektrischen Maschine 3 eine bauliche Einheit 6 bildet. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet. Figur 2 zeigt die aus Figur 1 bekannte elektrische Maschine 3 mit einem relativ zu einem Stator 4 drehbar gelagerten Rotor 5 mit einer Rotorwelle 15. Die Getriebeanordnung 7 ist von einem Hydraulikfluid 13 zur Kühlung und/oder Schmierung beaufschlagt. Das Hydraulikfluid 13 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Getriebeöl. Die Getriebeanordnung 7 ist drehmomentübertragend mit dem Rotor 5 der elektrischen Maschine 3 koppelbar.

Die Rotorwelle 15 greift axial in ein Differentialgetriebe 70 der Getriebeanordnung 7 ein, was besonders gut in der Figur 3 zu erkennen ist. In der Ausführungsform der Figur 3 ist die Rotorscheibe 8 an einem mit der Rotorwelle 15 drehmomentübertragend verbundenen Sonnenrad 20 eines Planetengetriebes 21 drehfest angeordnet. Mit anderen Worten umfasst die Rotorwelle 15 ein Sonnenrad 20, das in das Planetengetriebe 21 eingreift. Das Sonnenrad 20 kann einstückig oder mehrstückig mit der Rotorwelle 15 ausgebildet bzw. verbunden sein. Das Sonnenrad 20 ist somit im Sinne dieser Anmeldung ein Teil der Rotorwelle 15.

Das Differentialgetriebe 70 weist ein koaxial zur Rotorwelle 15 angeordnetes Differentialsonnenrad 71 auf, welches drehmomentübertragend mit einer ersten als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 72 des elektrischen Achsantriebsstrangs 1 verbunden ist.

Wie aus der Detailansicht der Figur 4 hervorgeht, ist eine Rotorscheibe 8 drehmomentübertragend mit der Rotorwelle 15 bzw. dem Sonnenrad 20 wirkverbunden und derart ausgestaltet, dass die Rotorscheibe 8 und das Differentialsonnenrad 71 eine Labyrinthdichtung 11 mit einem Dichtspalt 12 ausbilden, die einen von Hydraulikfluid 13 beaufschlagten Nassraum 19 des Differentialgetriebes 71 von einem Trockenraum 14 der elektrischen Maschine 3 trennt. Die Rotorscheibe 8 ist derart konfiguriert, dass bei einer Rotation der Rotorwelle 15 und/oder des Differentialsonnenrads 71 in dem Dichtspalt 12 eine in Richtung des Nassraums 19 orientierte zentrifugalkraftbewirkte Schleuderwirkung auf das Hydraulikfluid 13 bewirkt ist. Dies wird anhand der Detailansicht in der Figur 5 weiter erläutert. Man erkennt zunächst, dass die Rotorscheibe 8 kegelstumpfringförmig ausgebildet ist.

In der gezeigten Ausführungsform ist die Rotorscheibe 8 aus einem metallischen Blech mittels eines Tiefziehverfahrens geformt. Die Rotorscheibe 8 ist mittels einer Presspassung drehfest an der Rotorwelle 15 bzw. dem Sonnenrad 20 fixiert. Hierzu weist die Rotorscheibe 8 einen im Wesentlichen axial verlaufenden Ringabschnitt 9 auf, der an der Rotorwelle 15 bzw. dem Sonnenrad 20 anliegt.

Das Differentialsonnenrad 71 weist an seinem zur Rotorwelle 15 hin gerichteten distalen Ende 26 einen ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitt 22 mit einem ersten Winkel 23 zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitts 22 und einen sich an den ersten Abschnitt 22 anschließenden zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitt 24 mit einem zweiten Winkel 25 zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitts 24 auf. Man erkennt gut, dass der erste Winkel 23 größer ist als der zweite Winkel 25.

Analog hierzu besitzt die Rotorscheibe 8 einen ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitt 27 mit einem ersten Winkel 28 zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des ersten kegelstumpfringförmigen Abschnitts 27 und einen sich an den ersten Abschnitt 27 anschließenden zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitt 29 mit einem zweiten Winkel 30 zwischen einer Mantellinie und einer Kegelstumpfachse des zweiten kegelstumpfringförmigen Abschnitts 29 aufweist, wobei auch hier der erste Winkel 28 größer ist als der zweite Winkel 30.

Das Differentialsonnenrad 71 weist somit eine der Rotorscheibe 8 angepasste Kontur auf, so dass der Dichtspalt 12 eine im Wesentlichen gleichbleibende Spalthöhe über die Erstreckung des Dichtspalts 12 besitzt.

Die Rotorwelle 15 und/oder das Sonnenrad 20 des Planetengetriebes 21 besitzt ferner an ihrem jeweiligen zum Differentialsonnenrad 71 hin gerichteten distalen Ende 31 an ihrer innen Mantelfläche 32 eine sich zum Differentialsonnenrad 71 hin öffnende konusförmige Kontur 33, so dass im Betrieb des Achsantriebsstrangs 1 eine zentrifugalkraftbewirkte Axialkraftbeaufschlagung des Hydraulikfluids 13 erfolgt, sollte dieses in den Trockenraum 14 gelangen. Hierdurch wird ein Herausführen des Hydraulikfluids 13 aus dem Trockenraum 14 unterstützt.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Bezuqszeichenliste

1 Achsantriebsstrang

2 Kraftfahrzeug

3 elektrische Maschine

4 Stator

5 Rotor

6 bauliche Einheit

7 Getriebeanordnung

8 Rotorscheibe

9 Ringabschnitt

11 Labyrinthdichtung

12 Dichtspalt

13 Hydraulikfluid

14 Trockenraum

15 Rotorwelle

18 Wälzlager

19 Nassraum

20 Sonnenrad

21 Planetengetriebe

22 Abschnitt

23 Winkel

24 Abschnitt

25 Winkel

26 Ende

27 Abschnitt

28 Winkel

29 Abschnitt

30 Winkel

31 Ende

32 Mantelfläche 33 Kontur

70 Differentialgetriebe

71 erstes Differentialsonnenrad 72 Abtriebswelle

73 zweites Differentialsonnenrad