Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Erwärmen von Getriebeöl.

Genauer betrifft die Erfindung eine Getriebeeinheit mit einem Getriebegehäuse, einem Zahnradgetriebe und zumindest einen Elektromotor.

Im Allgemeinen wird ein Getriebe eingesetzt, um die Drehzahl eines Elektromotors zu verringern, um sie so an die arbeitende Maschine anzupassen. Mittels Zahnrädern oder Schneckenrädern untersetzt das Getriebe die Drehzahl des Motors. Eine Verbindung zwischen Getriebe und Motor wird Getriebemotor genannt. Dabei wird das Getriebe in der Regel auf die Antriebswelle des Motors geflanscht. Die Getriebewelle wird ihrerseits mit der arbeitenden Maschine verbunden.

Der hier vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Seite zu stellen.

Nach einem ersten Aspekt löst die gestellte Aufgabe eine Getriebeeinheit für ein Fahrzeug mit einem Getriebegehäuse, wobei das Getriebegehäuse einen Getriebebereich und zumindest einen Motorbereich aufweist, wobei der Getriebebereich ein ölgekühltes Getriebe und der zumindest eine Motorbereich zumindest einen Elektromotor aufnimmt, wobei der Getriebebereich und der zumindest eine Motorbereich über eine Trennwand wärmeübertragend verbunden sind, wobei optional die Trennwand ein Element aus Bimetall aufweisen kann

Begrifflich sei hierzu folgendes erläutert:

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und unbestimmte Zahlenangaben wie „ein...“, „zwei...“ usw. im Regelfall als mindestens-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei...“ usw., sofern sich nicht etwa aus dem Kontext oder dem konkreten Text einer bestimmten Stelle ergibt, dass etwa dort nur „genau ein...“, „genau zwei...“ usw. gemeint sein soll. Weiterhin sind alle Zahlenangaben sowie Angaben zu Verfahrensparametern und/oder Vorrichtungsparametern im technischen Sinne zu verstehen, d.h. als mit den üblichen Toleranzen versehen zu verstehen. Auch aus der expliziten Angabe der Einschränkung „wenigstens“ oder „mindestens“ o.ä. darf nicht geschlossen werden, dass bei der einfachen Verwendung von „ein“, also ohne die Angabe von „wenigstens“ o.ä., ein „genau ein“ gemeint ist.

Eine Getriebeeinheit wird hier als die Kombination zumindest eines Elektromotors mit dem Getriebe verstanden. Diese beiden Elemente werden erfindungsgemäß von einem gemeinsamen Getriebegehäuse aufgenommen. Die ist besonders vorteilhaft, da die Verbindung platzsparend ausgelegt werden kann.

Das Getriebe kann dabei ein Zahnradgetriebe oder ein Kegelradgetriebe sein. Denkbar ist ferner, dass zwei Elektromotoren vorgesehen sind. Diese können dabei gleichzeitig laufen oder einzeln laufen. Dabei können die Elektromotoren mechanisch oder elektrisch miteinander verbunden sein. Für den Gleichlauf der Elektromotoren ist es vorteilhaft, wenn beide Rotoren die gleiche oder im Wesentlichen gleiche Winkellage des Rotors aufweisen. Hierfür ist es denkbar, dass beide Elektromotoren einen Resolver aufweisen oder einer der Elektromotoren einen Resolver aufweist und mit dem anderen Elektromotor so mechanisch verbunden ist, dass die gleiche Winkellage gewährleistet ist.

Im Sinne der Erfindung ist eine Trennwand die räumliche Trennung zwischen dem Getriebebereich und dem Motorbereich des Getriebegehäuses und dementsprechend auch der Getriebeeinheit. Diese räumliche Trennung stellt sicher, dass kein Öl der Ölkühlung des Getriebes aus dem Getriebebereich in den Motorbereich dringt. Hierfür ist das Getriebegehäuse in diesem Bereich abgedichtet. Allerdings können der Getriebebereich und der Motorbereich über die Trennwand einander Wärme übertragen bzw. austauschen. Demnach kann das Öl der Ölkühlung die Wärme, die der Elektromotor erzeugt, abtragen und so zur Kühlung des Elektromotors beitragen. Andersherum, kann die Wärme des Elektromotors zum Aufwärmen des Öls verwendet werden. Dies ist besonders vorteilhaft für den Betrieb im Winter oder bei kühleren Außentemperaturen, da das Öl hier zähflüssiger sein kann und durch die übertragene Wärme des Elektromotors flüssiger wird.

Die konstruktive Gestaltung des Getriebegehäuses führt somit zu einer Synergie zwischen dem Getriebe und dem zumindest einen Elektromotor. Die Lösung spart nicht nur Bauraum, sondern erleichtert das Handling und ist dabei energieeffizient, da die Abwärme des Elektromotors genutzt werden kann.

In der kälteren Jahreszeit oder in kälteren Gebieten wird durch das Aufwärmen des Öls des Getriebes der Wirkungsgrad erhöht.

Ein Bimetall ist ein Metallstreifen, der aus zwei übereinander liegenden Schichten unterschiedlicher Metalle besteht. Die beiden Schichten sind miteinander stoffschlüssig oder durch formschlüssiges Material verbunden. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Metalle dehnt sich eine der Schichten stärker aus als die andere, wodurch sich der Streifen biegt.

Als besonders vorteilhaft haben sich Zink oder Messung und Stahl als Bimetall gezeigt.

Ein Bimetall kann aufgrund der Erwärmung oder Abkühlung seine Form ändern. Demnach ist es denkbar, dass mittels eines Bimetalls der Strömungsverlauf des Öls sich in Abhängigkeit des Temperaturunterschieds des Öls und des Kühlwassers ändert.

Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass der zumindest eine Elektromotor einen Kühlmantel für eine Wasserkühlung aufweist. Dabei ist der Kühlmantel um den Elektromotor angeordnet und kann diesen entweder aufwärmen oder abkühlen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Elektromotor schon länger läuft oder in einer wärmeren Region im Einsatz ist. Die Wasserkühlung stellt dabei sicher, dass Elektromotor in einem vorgegebenen Temperaturbereich eingesetzt Während der Durchströmung des Kühlmantels kann dieser die Wärme an die Trennwand abgeben.

Auch kann die Wasserkühlung die Wärme von der Ölkühlung über die Trennwand aufnehmen, um so die Temperatur des Öls zu reduzieren.

Weiterhin ist es denkbar, dass der Getriebebereich einen Ölsammelbereich aufweist, wobei der Ölsammelbereich ausgelegt ist, die Strömung des Öls auf dem Weg zum Zahnradgetriebe entlang der Trennwand zu führen.

Der Ölsammelbereich ist dabei im Bereich des einen Elektromotors oder, bei mehreren Elektromotoren zumindest in dem Bereich eines der Elektromotoren. Dabei wird unter Ölsammelbereich verstanden, dass das eintretende Öl kurzzeitig angesammelt wird, um eine große Fläche entlang der Trennwand mit Öl zu bedecken, um die gesamte oder die im wesentliche gesamte Fläche zur Wärmeübertragung nutzen zu können.

Ab einem gewissen Level an Öl in dem Ölsammelbereich fließt das Öl aus diesem heraus und wird aufgrund der konstruktiven Gestaltung des Ölsammelbereichs an der Trennwand entlang geführt.

Dabei ist dieser Ölsammelbereich so im Getriebegehäuse platziert, dass das Öl entlang der gesamten Länge der Trennwand läuft, um zum Getriebe zu kommen.

Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die Trennwand mindestens eine Kühlrippe, vorzugsweise mindestens zwei Kühlrippen, weiter vorzugsweise mindestens drei Kühlrippen, aufweist. Die Kühlrippen vergrößern die Oberfläche zur Wärmeübertragung. Demnach legt das Öl dadurch einen längeren Weg entlang der Wärmeübertagungswand zurück, so dass aufgrund der größeren Fläche der erzeugte Wärmestrom maximiert werden kann. Denkbar wäre bei einer größeren Fläche auch den Massenstrom des Öls zu erhöhen, um die Effekte der Wärmeübertragung bzw. erzwungenen Konvektion zu nutzen.

So ist es beispielsweise denkbar, dass die Trennwand zumindest ein Störelement zum Stören der Ölströmung vorsieht.

Diese beeinflussen die Strömung des Öls entlang der Trennwand positiv. Die Störelemente sind dabei so angeordnet, dass das in Richtung Getriebe strömende Öl über die Störelemente fließt. Dabei wird die bereits ausgebildete laminare Grenzschicht gestört bzw. aufgerissen und die Grenzschicht muss sich neu ausbilden, wobei sie zunächst eine turbulente Grenzschicht entlang der T rennwand bildet. Eine derartige turbulente Grenzschicht hat den Vorteil, dass sie bessere Wärmeübertragungseigenschaften hat.

Bei den Störelementen kann es sich beispielsweise um einfache Querstreben oder pfeilförmige oder stufenförmige Elemente auf der Trennwand handeln. Denkbar ist es auch, derartige Störelemente auf den Kühlrippen vorzusehen.

Weiterhin ist es denkbar, dass die Trennwand und/oder die mindestens eine Kühlrippe und/oder das zumindest eine Störelement aus Bimetall ist oder ein Bimetall aufweist.

Ein Bimetall ist ein Metallstreifen, der aus zwei übereinander liegenden Schichten unterschiedlicher Metalle besteht. Die beiden Schichten sind miteinander stoffschlüssig oder durch formschlüssiges Material verbunden. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Metalle dehnt sich eine der Schichten stärker aus als die andere, wodurch sich der Streifen biegt. Als besonders vorteilhaft haben sich Zink oder Messung und Stahl als Bimetall gezeigt.

Da das Bimetall aufgrund der Erwärmung oder Abkühlung seine Form ändern kann, ist es denkbar, dass mittels eines Bimetalls sich der Strömungsverlauf des Öls auch bezüglich des Störelements und/oder der Kählrippe in Abhängigkeit des Temperaturunterschieds des Öls und des Kühlwassers ändert.

Ferner ist es denkbar, dass der Getriebebereich und/oder der Motorbereich ein Temperatursensor aufweisen. Dadurch kann die Funktion des Elektromotors sichergestellt werden. Die Temperatursensoren geben an in welchem Temperaturbereich sich der Elektromotor befindet, wodurch abgeleitet werden kann, ob seine Funktionsweise optimal oder kritisch ist.

Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass ein Ölzufuhrventil, insbesondere ein elektrisch steuerbares Ölzuführventil, im Getriebebereich des Getriebegehäuses und/oder ein Kühlwasserzuführventil, insbesondere ein elektrisch steuerbares Kühlwasserzuführventil, am Kühlmantel des Elektromotors im Motorbereich des Getriebegehäuses vorgesehen ist.

Dies erlaubt den Austausch und Zufuhr von Öl, respektive Wasser. Durch die Ventile können die Mengen leicht und einfach festgelegt werden. Handelt es sich um elektrisch steuerbare Ventile, können diese einfach in eine Fahrzeugsteuerung oder -kontrolleinheit eingebunden und somit gesteuert und/oder geregelt werden.

Es ist weiterhin denkbar, dass eine Schnittstelle zum Austausch von Daten, insbesondere Temperaturdaten, mit einer Fahrzeugkontrolleinheit vorgesehen ist.

Die Schnittstelle kann dabei Daten der Elektromotoren und/oder des Getriebes an weitergeben und Daten zur Regelung/Steuerung dieser empfangen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugkontrolleinheit und einer oben beschriebenen Getriebeeinheit, wobei die Fahrzeugkontrolleinheit und die Getriebeeinheit über eine Schnittstelle datenkommunizierend miteinander verbunden sind.

Unter datenkommunizierend wird hier ein Austausch einer Vielzahl von Daten zwischen der Getriebeeinheit und der Fahrzeugsteuerung verstanden. Die datenkommunizierende Verbindung kann dabei kabellos, beispielsweise über Funk oder Bluetooth oder ähnliches, oder kabelbehaftet sein.

Dies erlaubt eine einfache Steuerung oder Regelung der Getriebeeinheit in Abhängigkeit weiterer Daten die an der Fahrzeugsteuerung zusammenlaufen. Dabei kann es sich beispielsweise um Temperaturdaten weiterer Elemente oder eine Leistungsanforderung und so weiter handeln.

Dabei ist es denkbar, dass die Fahrzeugkontrolleinheit ausgelegt ist, den Elektromotor und/oder die Wasserkühlung des Elektromotors so anzusteuern, dass das Wasser der Wasserkühlung eine Temperatur von 25 bis 50°C, vorzugsweise 30 bis 40°C, erreicht.

Dies erlaubt eine Anpassung der Wasserkühlung und/oder Ölkühlung abhängig vom Betriebszustand des Elektromotors bzw. der Elektromotoren.

Wird die Wasserkühlung kurzzeitig in dem Bereich 25°C bis 50°C betrieben, kann dadurch die Fließfähigkeit des Öls energieeffizient gesteigert werden, ohne dass der Elektromotor und seine Komponente an Lebensdauer Einbüßen müssen. Durch ein schnelles erreichen einer besseren Fließfähigkeit des Öls für das Getriebe erhöht sich der Wirkungsgrad der gesamten Getriebeeinheit.

Des Weiteren ist es denkbar, dass die Fahrzeugkontrolleinheit ausgelegt ist, das Ölzuführventil und/oder das Kühlwasserzuführventil zu regeln und/oder zu steuern. Dies erlaubt eine Anpassung der Wasserkühlung und/oder Ölkühlung abhängig vom Betriebszustand des Elektromotors bzw. der Elektromotoren. Bei der Anpassung der Wasserkühlung und/oder Ölkühlung kann dabei der Massenstrom des betreffenden Mediums angepasst werden.

In einem dritten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Erwärmen von Getriebeöl in einem oben beschriebenen Fahrzeug mit einer Getriebeeinheit, aufweisend die folgenden Schritte:

- Betrieb eines Elektromotors in einem Motorbereich in einem Anfahrmodus, wobei der Anfahrmodus ein Betrieb oberhalb eines optimalen Bereichs bis zu einer Temperatur der Wasserkühlung von 25° C bis 50° C, vorzugsweise 30° C bis 40° C, vorsieht,

- Zuführen von Getriebeöl über ein Ölzuführventil in den Getriebebereich der Getriebeeinheit,

- Fließen des Getriebeöls entlang der Trennwand, wobei die Trennwand die thermische Verbindung zwischen dem Motorbereich und dem Getriebebereich ist.

Denkbar ist dabei, dass sich das Getriebeöl vor dem Fließen entlang der T rennwand in einem Ölsammelbereich sammelt.

Die Erfindung sei nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dort zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäße Getriebeeinheit,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs,

Fig. 3 schematische Darstellung eines Verfahrens zum Erwärmen von Getriebeöl.

In Fig. 1 ist eine Getriebeeinheit 1 für ein Fahrzeug 2 mit einem Getriebegehäuse 3, wobei das Getriebegehäuse 3 einen Getriebebereich 4 und zumindest einen Mo- torbereich 5 aufweist, gezeigt. Im Allgemeinen nimmt der Getriebebereich 4 ein ölgekühltes Getriebe 6 und der zumindest eine Motorbereich 5 zumindest einen Elektromotor ? auf. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sieht die Getriebeeinheit 1 zwei Elektromotoren 7 vor, welche jeweils einem Motorbereich 5 zugeordnet sind. Ferner handelt es sich bei dem hier verbauten Getriebe 6 um ein Zahnradgetriebe 8. Dabei sind der Getriebebereich 4 und die beiden Motorbereiche 5 über jeweils eine Trennwand 9 wärmeübertragend verbunden.

Um die Temperierung des Elektromotors 7 bzw. vorliegende der Elektromotoren 7 sicher zu stellen, weisen die Elektromotoren 7 jeweils einen Kühlmantel 10 für eine Wasserkühlung auf.

Des Weiteren weist der Getriebebereich 4 einen Ölsammelbereich 11 auf. Dieser ist vorliegend zwischen den beiden Elektromotoren 7 bzw. den beiden Wärmeübertragungswänden 9 angeordnet. Dabei ist der Ölsammelbereich 11 ausgelegt, die Strömung des Öls auf dem Weg zum Zahnradgetriebe 8 entlang der Trennwand 9 zu führen.

Für eine erhöhte bzw. optimierte Wärmeübertragung sind in Strömungsrichtung des Öls zum Getriebe Kühlrippen 12 an der Trennwand 9 vorgesehen. Dabei sind hier sowohl an der Trennwand 9 als auch an den Kühlrippen 11 Störelemente 13 vorgesehen. Diese stören die Strömung und führen zu einem ständigen Neubilden der Grenzschicht, wodurch die Wärmeübertragung verbessert wird.

Für eine zusätzliche Beeinflussung des Strömungswegs ist hier eine der Kühlrippen 12 aus Bimetall. Durch eine Änderung der Temperatur ändert sich die Form bzw. Biegung der Kühlrippe 12 und somit der Strömungsweg.

Um die Funktion der Elektromotoren 7 sicher zu stellen, weisen der Getriebebereich 4 und der Motorbereich 5 ein Temperatursensor 14 auf. Die Getriebeeinheit 1 sieht ein elektrisch steuerbares Ölzuführventil 15 im Getriebebereich 4 des Getriebegehäuses 3 und ein elektrisch steuerbares Kühlwasserzuführventil 16 am Kühlmantel 10 des Elektromotors 7 im Motorbereich 5 des Getriebegehäuses 3 vorgesehen ist.

Das Ölzufuhrventil 15 und das Kühlwasserzuführventil 16 können mittels einer Schnittstelle 17 zum Austausch von Daten, insbesondere Temperaturdaten, mit einer Fahrzeugkontrolleinheit 18 geregelt bzw. gesteuert werden.

In Fig. 2 ist ein Fahrzeug 1 mit einer Fahrzeugkontrolleinheit 18 und einer Getriebeeinheit 1 aus Fig. 1 gezeigt. Dabei sind die Fahrzeugkontrolleinheit 18 und die Getriebeeinheit 1 über die Schnittstelle 17 datenkommunizierend miteinander verbunden.

Dabei ist die Fahrzeugkontrolleinheit 18 ausgelegt, den Elektromotor 7 und die Wasserkühlung und das Kühlwasserventil 16 des Elektromotors 7 so anzusteuern, dass das Wasser der Wasserkühlung eine Temperatur von 25 bis 50°C, vorzugsweise 30 bis 40°C, erreicht.

Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.

In Fig. 3 ist ein Verfahren 100 zum Erwärmen von Getriebeöl in einem Fahrzeug 2, wie in Fig. 2 dargestellt, mit einer Getriebeeinheit 1 gemäß Fig. 1 , aufweisend die folgenden Schritte:

Betrieb 110 eines Elektromotors 7 in einem Motorbereich 5 in einem Anfahrmodus, wobei der Anfahrmodus ein Betrieb oberhalb eines optimalen Bereichs bis zu einer Temperatur der Wasserkühlung von 25° C bis 50° C, vorzugsweise 30° C bis 40° C, vorsieht, Zuführen 120 von Getriebeöl über ein Ölzuführventil 15 in den Getriebebereich 4 der Getriebeeinheit 1 ,

Sammeln 140 des Getriebeöls in dem Ölsammelbereich 11 ,

Fließen 130 des Getriebeöls entlang der Trennwand 9, wobei die Trennwand 9 die thermische Verbindung zwischen dem Motorbereich 5 und dem Getriebebereich 4 ist.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1 . Getriebeeinheit

2. Fahrzeug

3. Getriebegehäuse

4. Getriebebereich

5. Motorbereich

6. Getriebe

7. Elektromotor

8. Zahnradgetriebe

9. Trennwand

10. Kühlmantel

11 . Ölsammelbereich

12. Kühlrippen

13. Störelemente

14. Temperatursensor

15. Ölzuführventil

16. Kühlwasserzuführventil

17. Schnittstelle

18. Fahrzeugkontrolleinheit