DE102010035184A1

DE102010035184A1 - Kühlvorrichtung von Kraftfahrzeug mit einer derartigen Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102010035184A1
Application number: DE201010035184
Authority: DE
Inventors: Michael Bogner; Dr. Fischer Raphael
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2012-03-01

Abstract

Kühlvorrichtung (1, 11) für einen elektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (15, 19), mit einem Gebläse (2) zum Zuführen von Kühlluft, wobei die Kühlvorrichtung (1, 11) einen Fliehkraftabscheider (3) zum Abscheiden von Partikeln (7) aus der Kühlluft aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen elektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gebläse zum Zuführen von Kühlluft.
Hintergrund der Erfindung
Bei Kraftfahrzeugen, die teilweise oder ausschließlich von einem Elektromotor angetrieben werden, besteht die Notwendigkeit der Kühlung des Elektromotors und des zugehörigen Antriebsstrangs. Zum Antriebsstrang zählt unter anderem ein Batteriemodul und eine Leistungselektronik, die für den Betrieb des Elektromotors oder einer elektrischen Maschine benötigt werden.
Aus dem Dokument US 7 497 288 B2 ist ein Elektrofahrzeug mit einer Motorkühlung bekannt, bei dem dem Elektromotor und dem Getriebe mithilfe eines Ventilators Kühlluft zugeführt wird. Um sicherzustellen, dass keine Verunreinigungen über die Kühlluft zu dem Elektromotor und den Komponenten des Antriebsstrangs gelangen, ist ein vorgeschalteter Luftfilter vorgesehen, der von der angesaugten Luft passiert wird. Nachteilig ist dabei jedoch, dass derartige Luftfilter, die üblicherweise Papiereinsätze aufweisen, regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Bei mangelnder Wartung kann eine Verstopfung des Luftfilters eintreten, wodurch die Zufuhr von Kühlluft verschlechtert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung für einen elektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die sicherstellt, dass keine Verschmutzungen durch die Kühlluft zu Komponenten des Antriebsstrangs gelangen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass sie einen Fliehkraftabscheider zum Abscheiden von Partikeln aus der Kühlluft aufweist.
Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Fliehkraftabscheider kann sichergestellt werden, dass keine unerwünschten Partikel, insbesondere Schmutzpartikel oder Wassertropfen, an Komponenten des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs gelangen. Im Vergleich zu herkömmlichen Luftfiltern, bei denen zumeist ein Papiereinsatz verwendet wird, weist der Fliehkraftabscheider den Vorteil auf, dass er weitgehend wartungsfrei betrieben werden kann. Der Fliehkraftabscheider entfernt zuverlässig Partikel aus der zugeführten Kühlluft, ohne dass in regelmäßigen Abständen eine Wartung, etwa durch Austausch eines Filters, erforderlich wäre.
Fliehkraftabscheider, die auch als Zentrifugalseparator oder Zyklon bezeichnet werden, sind an sich bekannt. In ihnen wird der Luftstrom in Drehung versetzt, indem das Gehäuse des Fliehkraftabscheiders so geformt ist, dass die Drehgeschwindigkeit und damit auch die Zentrifugalkräfte zunehmen, sodass in der Kühlluft enthaltene Partikel nach außen bewegt werden, wodurch sie von der Kühlluft abgeschieden werden.
Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wird es bevorzugt, dass der Fliehkraftabscheider einen tangentialen Einlaufbereich und/oder eine kegelförmige Trennstrecke und/oder einen Sammelbehälter für Partikel und/oder ein Tauchrohr aufweist. Durch den tangentialen Einlaufbereich wird sichergestellt, dass der Kühlluftstrom beim Einströmen in den Fliehkraftabscheider in Drehung versetzt wird, sodass die Partikel durch Zentrifugalkräfte getrennt werden. Diese Abtrennung wird durch die kegelförmige Trennstrecke unterstützt, da sich die Rotationsgeschwindigkeit überproportional im Vergleich zu dem sich verringernden Durchmesser erhöht, wodurch die Zentrifugalkräfte ansteigen. Der Sammelbehälter für Partikel stellt sicher, dass die abgeschiedenen Partikel aufgefangen werden und nicht wieder in den Kühlluftstrom gelangen können. Über das gegebenenfalls vorhandene Tauchrohr gelangt die gereinigte Kühlluft an die Komponenten des Antriebsstrangs.
Eine noch höhere Benutzerfreundlichkeit kann erzielt werden, indem der Sammelbehälter für die Partikel eine verschließbare Öffnung aufweist. Die verschließbare Öffnung ermöglicht eine Entleerung des Sammelbehälters, die manuell oder gegebenenfalls auch automatisch erfolgen kann.
Zusätzlich oder alternativ kann es bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung vorgesehen sein, dass der Sammelbehälter zum Entfernen der Partikel abnehmbar ist. Der Sammelbehälter kann bei dieser Ausgestaltung der Erfindung nach einer längeren Betriebsdauer im Rahmen der Wartung entfernt und durch einen neuen Sammelbehälter ersetzt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann es auch vorgesehen sein, dass der Sammelbehälter automatisch entleert wird, gemäß einer Variante kann dazu eine auf den Sammelbehälter einwirkende Rüttelvorrichtung vorgesehen sein, die bei geöffneter Öffnung in Betrieb genommen wird. Durch die mittels der Rüttelvorrichtung erzeugten Vibrationen lösen sich an den Seitenwänden des Sammelbehälters anhaftende Partikel und fallen durch die Öffnung, sodass der Sammelbehälter entleert ist.
Gegebenenfalls kann für bestimmte Einsatzbereiche der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ein Sammelbehälter mit einem Papierfilter vorgesehen sein. Dieser kann im Rahmen einer Wartung entnommen und mitsamt den Partikeln entsorgt werden.
Eine besonders kostengünstige Kühlvorrichtung ergibt sich, wenn der Sammelbehälter als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist. Dabei kann entweder der gesamte Fliehkraftabscheider oder dessen Sammelbehälter als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein, das kostengünstig herstellbar ist und während eines Wartungsvorgangs gegebenenfalls komplett ausgetauscht wird.
Im Hinblick auf den vorgesehenen Einsatzbereich bei einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug wird es bevorzugt, dass der Fliehkraftabscheider Magnete und/oder magnetische Partikel aufweist, die in oder an einer Wand des Fliehkraftabscheiders angeordnet sind. Die in die Wand des Fliehkraftabscheiders, insbesondere in die Wand des Sammelbehälters, integrierten Magnete halten metallische Partikel fest, die ansonsten die Funktion von Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs, insbesondere die Funktion einer elektrischen Maschine, gefährden würden.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang und einer ein Gebläse umfassenden Kühlvorrichtung, um dem elektrischen Antriebsstrang Kühlluft zuzuführen.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine Kühlvorrichtung mit einem Fliehkraftabscheider zum Abscheiden von Partikeln aus der Kühlluft auf.
Es wird besonders bevorzugt, dass die Kühlvorrichtung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in oder an einem Radnabenmotor angeordnet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in einer geschnittenen Ansicht;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in einer geschnittenen Ansicht;
3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer schematischen Darstellung;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; und
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die in 1 in einer geschnittenen Ansicht gezeigte Kühlvorrichtung 1 ist für einen elektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Kühlvorrichtung 1 umfasst im Wesentlichen ein schematisch dargestelltes Gebläse 2 zum Zuführen von Kühlluft und einen Fliehkraftabscheider 3 zum Abscheiden von Partikeln aus der Kühlluft. Der Fliehkraftabscheider 3 umfasst einen tangentialen Einlaufbereich 4 mit einem Einlass 5 für Kühlluft, die von dem Gebläse 2 herangeführt wird. An den Einlassbereich 4 des Fliehkraftabscheiders 3 schließt sich ein Sammelbehälter 6 für Partikel an, der lösbar mit dem Fliehkraftabscheider 3 verbunden ist. Durch den tangentialen Einlaufbereich 4 wird der Kühlluftstrom in Rotation versetzt. Der Sammelbehälter 6 weist einen sich nach unten verjüngenden Querschnitt auf, wodurch eine kegelförmige Trennstrecke gebildet wird. Die wirkende Fliehkraft wird sowohl von der Rotationsgeschwindigkeit als auch vom Radius des Sammelbehälters bestimmt. Der Radius geht dabei linear, die Geschwindigkeit jedoch quadratisch ein. Dementsprechend führt eine lineare Radiusverkleinerung zu einer quadratischen Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit. Durch die erhöhte Fliehkraft steigt die auf in dem Kühlluftstrom enthaltene Partikel einwirkende Zentrifugalkraft an, sodass diese nach außen, gegen die Innenseite des Sammelbehälters 6, geschleudert, abgebremst und von dem Kühlluftstrom separiert werden. Die Partikel 7 fallen an der Innenseite des Sammelbehälters 6 herab und sammeln sich im unteren Teil des Sammelbehälters 6. In diesem unteren Bereich ist der Sammelbehälter 6 verlängert, an dieser Stelle wirkt keine nennenswerte Strömung auf die Partikel 7 ein, wodurch verhindert wird, dass diese nachträglich wieder vom Luftstrom mitgerissen werden. Die von den Partikeln 7 getrennte und auf diese Weise gereinigte Kühlluft verlässt den Fliehkraftabscheider 3 über ein Tauchrohr 8, das im Zentrum des Fliehkraftabscheiders 3 angeordnet ist und sich in Vertikalrichtung erstreckt, der Einlaufbereich 4 weist an dieser Stelle eine Öffnung für das Tauchrohr 8 auf.
Der Fliehkraftabscheider 3 kann zerlegt werden, indem der Sammelbehälter 6 von dem Einlaufbereich 4 getrennt wird, die Trennebene ist in 1 durch eine gestrichelte Linie 9 dargestellt. Auf diese Weise kann der Sammelbehälter 6 im Rahmen der Wartung entnommen und ausgetauscht werden, wenn dessen unterer Bereich mit Partikeln 7 gefüllt ist.
An der Unterseite des Sammelbehälters 6 ist ein schematisch dargestelltes Ventil 10 vorgesehen, das als Ablass für Partikel 7 verwendet wird. Im Rahmen einer Wartung kann das Ventil 10 geöffnet werden, wodurch der Sammelbehälter 6 entleert wird. Es sind auch Ausführungen der Kühlvorrichtung denkbar, bei denen das Ventil 10 automatisch durch eine Steuerungsvorrichtung betätigt wird, beispielsweise nach einer bestimmten Betriebszeit des Kraftfahrzeugs.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung in einer geschnittenen Ansicht, wobei für übereinstimmende Bestandeile dieselben Bezugszeichen wie in 1 verwendet werden. In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Kühlvorrichtung 11 einen Einlaufbereich 4, einen Sammelbehälter 12 und ein Tauchrohr 8, durch das die Kühlluft die Kühlvorrichtung 11 verlässt. Anders als in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist der Sammelbehälter 12 zweiteilig ausgebildet, indem ein unterer Sammelbehälterabschnitt 13 abnehmbar ausgebildet ist. Die Trennebene wird durch eine gestrichelte Linie 14 in 2 dargestellt.
Die Kopplung des Sammelbehälterabschnitts 13 an den Sammelbehälter 12 erfolgt über ein Schraubgewinde, bei anderen Ausführungen kann auch ein Flansch mit einer Klemm- oder Schraubbefestigung vorgesehen sein.
3 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer Kühlvorrichtung in einer schematischen Darstellung. Das Kraftfahrzeug 15 umfasst einen elektrischen Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine 16, einem Batteriemodul 17 und einer Leistungselektronik 18, über die der Betrieb der elektrischen Maschine 16 gesteuert wird. Die als Motor dienende elektrische Maschine 16 sowie die anderen Komponenten des Antriebsstrangs benötigen eine Kühlvorrichtung 1, die in der Nähe des Antriebsstrangs angeordnet ist. Auf die Darstellung der Kühlluftleitungen sowie der elektrischen Verbindungen zwischen der Kühlvorrichtung und den Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in 3 verzichtet worden.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 19, das ein Batteriemodul 17 und eine Leistungselektronik 18 umfasst. Das Kraftfahrzeug 19 weist einen elektrischen Antriebsstrang mit Radnabenmotoren 20 auf. Die Kühlvorrichtung 1, die für die Zuführung gereinigter Kühlluft vorgesehen ist, ist in der Karosserie 21 des Kraftfahrzeugs 19 angeordnet und fördert gereinigte Kühlluft über eine schematisch dargestellte Schlauchleitung 23 zu den Radnabenmotoren 20.
Bei dem in 5 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 22 mit einem elektrischen Antriebsstrang erfolgt der Antrieb ebenfalls über Radnabenmotoren 20, daneben umfasst der Antriebsstrang ein Batteriemodul 17 und die Leistungselektronik 18. Die Kühlvorrichtung 1 ist in einem Radmodul, benachbart zu dem Radnabenmotor 20 angeordnet, wodurch zusätzliche Schlauchleitungen entfallen, die den Nachteil aufweisen, dass sie einen Druckverlust verursachen.
Bezugszeichenliste

1: Kühlvorrichtung
2: Gebläse
3: Fliehkraftabscheider
4: Einlaufbereich
5: Einlass
6: Sammelbehälter
7: Partikel
8: Tauchrohr
9: Linie
10: Ventil
11: Kühlvorrichtung
12: Sammelbehälter
13: Sammelbehälterabschnitt
14: Linie
15: Kraftfahrzeug
16: Maschine
17: Batteriemodul
18: Leistungselektronik
19: Kraftfahrzeug
20: Radnabenmotor
21: Karosserie
22: Kraftfahrzeug
23: Schlauchleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7497288 B2 [0003]

Claims

Kühlvorrichtung für einen elektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gebläse zum Zuführen von Kühlluft, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1, 11) einen Fliehkraftabscheider (3) zum Abscheiden von Partikeln aus der Kühlluft aufweist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fliehkraftabscheider (3) einen tangentialen Einlaufbereich (4) und/oder eine kegelförmige Trennstrecke und/oder einen Sammelbehälter (6, 12) für Partikel (7) und/oder ein Tauchrohr (8) aufweist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (6, 12) für Partikel (7) eine verschließbare Öffnung aufweist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (6, 12) zum Entfernen der Partikel (7) abnehmbar ist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er eine auf den Sammelbehälter (6, 12) einwirkende Rüttelvorrichtung aufweist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (6, 12) einen Papierfilter aufweist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (6, 12) als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fliehkraftabscheider (3) Magnete und/oder magnetische Partikel aufweist, die in oder an einer Wand des Fliehkraftabscheiders (3) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang und einer ein Gebläse umfassenden Kühlvorrichtung, um dem elektrischen Antriebsstrang Kühlluft zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1, 11) einen Fliehkraftabscheider (3) zum Abscheiden von Partikeln (7) aus der Kühlluft aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1, 11) in oder an einem Radnabenmotor (20) angeordnet ist.