DE102020208725B3

DE102020208725B3 - Elektrische Achsanordnung und Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Achsanordnung

Info

Publication number: DE102020208725B3
Application number: DE102020208725.3A
Authority: DE
Inventors: Lukas Legl
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: CN115803210B; US20230249529A1; WO2022012797A1; US12246586B2; CN115803210A; US20250206120A1

Abstract

Elektrische Achsanordnung (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine antreibbare Achse (2), eine elektrische Maschine (3), wobei die Achse (2) antriebswirksam mit der elektrischen Maschine (3) verbunden oder verbindbar ist, einen Kühlmittelsumpf (4) mit flüssigem Kühlmittel und einen Hochbehälter (5), wobei das flüssige Kühlmittel von dem Kühlmittelsumpf (4) in den Hochbehälter (5) förderbar ist, wobei der Hochbehälter (5) über ein schaltbares Ventil (6) mit einem Kühlsystem (7) zur Kühlung der elektrischen Maschine (3) fluidwirksam verbindbar ist sowie Antriebsstrang mit zumindest einer solchen elektrischen Achsanordnung (1).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Achsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eine antreibbare Achse, eine elektrische Maschine, wobei die Achse antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbunden oder verbindbar ist, einen Kühlmittelsumpf mit flüssigem Kühlmittel und einen Hochbehälter, wobei das flüssige Kühlmittel von dem Kühlmittelsumpf in den Hochbehälter förderbar ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen elektrischen Achsanordnung.
Stand der Technik
Ein sekundärer Antrieb eines Kraftfahrzeugs wird einen Großteil seiner Lebensdauer im Leerlauf mitgeschleppt. Im Falle von elektrischen Sekundär-Kraftfahrzeugachsen besteht die Notwendigkeit eine dieser Achse zugeordnete elektrische Maschine bei Bedarf zu kühlen. In der Regel werden elektrische Maschinen mittels einem flüssigen Kühlmittel, wie beispielsweise Öl, gekühlt, wobei die Förderung des flüssigen Kühlmittels Schleppverluste verursacht.
Die Druckschrift JP 2012-126 191 A offenbart beispielsweise ein Hybridfahrzeug umfassend einen Frontmotor, der das Hybridfahrzeug antreibt, einen Generator, der eine Stromerzeugung durchführt, einen Motor, der den Generator antreibt und eine Ölpumpe, die Öl fördert, um den Frontmotor und den Generator zu kühlen.
Weiterhin offenbart diese Druckschrift ein Magnetventil, das die dem Generator zugeführte Ölmenge steuert und einen Magnetventilöffnungsberechnungsteil, der das Magnetventil basierend auf dem Zustand des Generators steuert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen verbesserte elektrische Achsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges anzugeben. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Achsanordnung anzugeben, der sich insbesondere durch reduzierte Schleppverluste und in weiterer Folge optimierte Reichweiten des Kraftfahrzeugs im elektrischen Betrieb auszeichnet.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 gedeckt werden.
Die erfindungsgemäße elektrische Achsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine antreibbare Achse, eine elektrische Maschine, wobei die Achse antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbindbar ist, einen Kühlmittelsumpf mit flüssigem Kühlmittel und einen Hochbehälter, wobei das flüssige Kühlmittel von dem Kühlmittelsumpf in den Hochbehälter förderbar ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist der Hochbehälter über ein schaltbares Ventil mit einem Kühlsystem zur Kühlung der elektrischen Maschine fluidwirksam verbindbar.
Erfindungsgemäß ist die Achse über eine Zuschalteinheit, die auf einer Zwischenwelle einer Getriebeanordnung angeordnet ist, mit der elektrischen Maschine antriebswirksam verbindbar. Dabei ist das Ventil ebenso über die Zuschalteinheit schaltbar.
Die Zuschalteinheit wirkt entsprechend der vorliegenden Erfindung derart verstellwirksam mit dem Ventil zusammen, dass in einem ersten Betriebszustand der Zuschalteinheit, nämlich in einem Betriebszustand in dem die elektrische Maschine antriebswirksam mit der Achse verbunden ist, das Ventil geöffnet ist und dass in einem zweiten Betriebszustand der Zuschalteinheit, nämlich in einem Betriebszustand in dem die elektrische Maschine nicht antriebswirksam mit der Achse verbunden ist, das Ventil geschlossen ist.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine erfindungsgemäße elektrische Achsanordnung.
Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der elektrischen Achsanordnung und in weiterer Folge des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs ist es möglich bei einem einfachen und bauteil- sowie kostenreduzierten Aufbau Schleppverluste weitestgehend zu reduzieren und so einen optimierten Betrieb der elektrischen Achsanordnung zu erzielen. Durch den Einsatz zumindest einer solchen elektrischen Achsanordnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs können durch die reduzierten Schleppverluste auf Achsebene erhöhte Reichweiten insbesondere im elektrischen Betrieb erreicht werden.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer elektrischen Achsanordnung.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer elektrischen Achsanordnung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 und 2 ist jeweils schematisch ein Beispiel für eine elektrische Achsanordnung 1 für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Jede der beiden elektrischen Achsanordnungen 1 umfasst eine antreibbare Achse 2, eine elektrische Maschine 3, einen Kühlmittelsumpf 4, einen Hochbehälter 5, ein Ventil 6 und ein Kühlsystem 7.
Die elektrischen Maschine 3 ist über eine Getriebeanordnung 11 antriebswirksam mit der Achse 2 verbunden oder verbindbar.
In dem Kühlmittelsumpf 4 befindet sich flüssiges Kühlmittel. In diesem Zusammenhang ist unter einem flüssigen Kühlmittel Öl zu verstehen.
Das flüssige Kühlmittel kann aus dem Kühlmittelsumpf 4 in den Hochbehälter 5 gefördert werden. In den beiden vorliegenden Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 erfolgt dies über ein sich drehendes Zahnrad 10 („final drive“), dass teilweise in den Kühlmittelsumpf 4 taucht, und geeignete Leiteinrichtungen (nicht dargestellt).
Das Kühlsystem 7 dient der Kühlung der elektrischen Maschine 3.
Der Hochbehälter 5 ist in beiden Ausführungsvarianten über das schaltbare Ventil 6 mit dem Kühlsystem 7 zur Kühlung der elektrischen Maschine 3 fluidwirksam verbindbar. Das Kühlmittel fließt aus dem Kühlsystem 7 der elektrischen Maschine 3 wieder zurück in den Kühlmittelsumpf 4.
In 1 ist schematisch eine beispielhafte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen elektrischen Achsanordnung 1 dargestellt. In dieser ersten Ausführungsvariante ist auf einer Zwischenwelle 9 der Getriebeanordnung 11 eine Zuschalteinheit 8 angeordnet. Über diese Zuschalteinheit 8 kann die elektrische Maschine 3 antriebswirksam mit der Achse 2 verbunden werden.
Weiterhin ist die Zuschalteinheit 8 verstellwirksam mit dem schalbaren Ventil 6 verbunden und zwar wirkt die Zuschalteinheit 8 derart verstellwirksam mit dem Ventil 6 zusammen, dass in einem ersten Betriebszustand der Zuschalteinheit 8, nämlich in einem Betriebszustand in dem die elektrische Maschine 3 antriebswirksam mit der Achse 2 verbunden ist, das Ventil 6 geöffnet ist und dass in einem zweiten Betriebszustand der Zuschalteinheit 8, nämlich in einem Betriebszustand in dem die elektrische Maschine 3 nicht antriebswirksam mit der Achse 2 verbunden ist, das Ventil 6 geschlossen ist.
Wird im Leerlauf die elektrische Maschine 3 über die Zuschalteinheit 8 von der Achse 2 abgekoppelt, so drehen sich noch die Zwischenwelle 9 und das Zahnrad 10 mit der Achse 2 mit. Durch diese Drehung fördert das Zahnrad 10 Kühlmittel vom Kühlmittelsumpf 4 in den Hochbehälter 8. Durch den Einsatz des Ventils 6, das über die Zuschalteinheit 8 in dem zweiten Betriebszustand der Zuschalteinheit 8 in entsprechender Weise geschaltet wird, nämlich geschlossen wird, kann man den Rückfluss des Kühlmittels aus dem Hochbehälter 5 über das Kühlsystem 7 in den Kühlmittelsumpf 4 verhindern und so die Schleppverluste im zweiten Betriebszustand der Zuschalteinheit 8 reduzieren, da sich mehr Kühlmittel im Hochbehälter 5 sammelt und so das Zahnrad 10 in einer reduzierten Menge Kühlmittel planscht.
Wird die elektrische Maschine 3 wieder an die Achse 2 angekoppelt (erster Betriebszustand der Zuschalteinheit 8), so wird das Ventil 6 über die Zuschalteinheit 8 geöffnet und das Kühlsystem 7 zur Kühlung der elektrischen Maschine 3 wieder mit Kühlmittel aus dem Hochbehälter 8 versorgt.
In 2 ist schematisch eine beispielhafte Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen elektrischen Achsanordnung 1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel entfällt die Zuschalteinheit 8 und die elektrische Maschine 3 ist permanent antriebswirksam mit der Achse 2 verbunden. Das Ventil 6 ist magnetisch ansteuerbar ausgeführt.
Befindet sich die elektrische Maschine 3 hierbei im Leerlauf wird ständig Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf 4 über das Zahnrad 10 und den Hochbehälter 5 in das Kühlsystem 7 der elektrischen Maschine 3 gefördert und unverhältnismäßig hohe Schleppverluste sind die Folge. Durch den Einsatz des Ventils 6, das magnetisch geschaltet wird, nämlich im Leerlauf der elektrischen Maschine 3 geschlossen wird, kann man den Rückfluss des Kühlmittels aus dem Hochbehälter 5 über das Kühlsystem 7 in den Kühlmittelsumpf 4 verhindern und so die Schleppverluste im Leerlauf der elektrischen Maschine 3 reduzieren, da sich mehr Kühlmittel im Hochbehälter 5 sammelt und so das Zahnrad 10 in einer reduzierten Menge Kühlmittel planscht.
Treibt die elektrische Maschine 3 die Achse 2 an so kann das Ventil 6 magnetisch geöffnet werden und so eine Kühlung der elektrischen Maschine 3 über das Kühlsystem 7 erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Elektrische Achsanordnung
2: Achse
3: Elektrische Maschine
4: Kühlmittelsumpf
5: Hochbehälter
6: Ventil
7: Kühlsystem
8: Zuschalteinheit
9: Zwischenwelle
10: Zahnrad
11: Getriebeanordnung

Claims

Elektrische Achsanordnung (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend - eine antreibbare Achse (2), - eine elektrische Maschine (3), wobei die Achse (2) über eine Getriebeanordnung (11), nämlich über eine auf der Zwischenwelle (9) angeordnete Zuschalteinheit (8) der Getriebeanordnung (11), antriebswirksam mit der elektrischen Maschine (3) verbindbar ist, - einen Kühlmittelsumpf (4) mit flüssigem Kühlmittel und - einen Hochbehälter (5), wobei das flüssige Kühlmittel von dem Kühlmittelsumpf (4) in den Hochbehälter (5) förderbar ist, wobei der Hochbehälter (5) über ein schaltbares Ventil (6) mit einem Kühlsystem (7) zur Kühlung der elektrischen Maschine (3) fluidwirksam verbindbar ist, wobei die Zuschalteinheit (8) verstellwirksam mit dem schaltbaren Ventil (6) verbunden ist und derart verstellwirksam mit dem Ventil (6) zusammenwirkt, dass in einem ersten Betriebszustand der Zuschalteinheit (8), nämlich einem Betriebszustand in dem die Achse (2) mit der elektrischen Maschine (3) antriebswirksam verbunden ist, das Ventil (6) geöffnet ist und dass in einem zweiten Betriebszustand der Zuschalteinheit (8), nämlich in einem Betriebszustand in dem die Achse (2) mit der elektrischen Maschine (3) nicht antriebswirksam verbunden ist, das Ventil (6) geschlossen ist.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug umfassend zumindest eine elektrische Achsanordnung (1) nach Anspruch 1.