-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Achsantrieb für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, einschließlich einer elektrischen Maschine, einer Leistungselektronik und eines Getriebes.
-
Stand der Technik
-
Die heute angebotenen Fahrzeuge mit Elektroantrieb (reine Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge mit kombinierten Elektro- und Verbrennungsmotorantrieben oder Brennstoffzellenfahrzeuge) sind aufgrund des großen technischen Aufwands im Vergleich zu den Standardfahrzeugen mit Verbrennungsmotorantrieb vergleichsweise teuer. Um die Marktakzeptanz der elektrischen Antriebe zu erhöhen und damit die mit Verbrennungsmotoren angetriebenen Fahrzeuge in großer Anzahl zu ersetzen, besteht ein extremer Kostendruck. Die Antriebseinheit eines solchen Fahrzeugs besteht aus einem Elektromotor, der üblicherweise über ein Getriebe mit den Rädern verbunden ist. Des Weiteren weist die Antriebseinheit eine Leistungselektronik mit einem Inverter auf, welche bzw. welcher den Elektromotor mit Energie versorgt. Außerdem weist die Antriebseinheit einen Energiespeicher auf, der üblicherweise als Batterie ausgeführt ist.
-
Beispielsweise offenbart die
DE 10 2011 076 523 A1 eine Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Achsantrieb. Eine elektrische Maschine als Antrieb ist über ein Getriebe, bestehend aus Zwischengetriebe und einem Achsdifferential, als Antrieb gekoppelt. Um möglichst geringe Abmessungen bei dem Achsantrieb zu erreichen, werden die Komponenten achsnah in ein Gehäuse montiert.
-
Weiterhin ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2013 204 766 A1 eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung bekannt.
-
Die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung weist eine Fahrzeugachse auf, an welcher Fahrzeugräder anbringbar sind. Außerdem weist die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung ein mit der Fahrzeugachse wirkverbundenes Getriebe und einen Elektromotor auf, welcher zum Übertragen von Drehmoment auf die mit der Fahrzeugachse verbundenen Fahrzeugräder mit dem Getriebe gekoppelt ist.
-
Ferner weist die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung eine Leistungselektronik mit einem Inverter auf, welcher mit dem Elektromotor zum Speisen des Elektromotors mit elektrischer Energie elektrisch verbunden ist.
-
Die Komponenten dieser elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und weisen außerdem einen gemeinsamen Kühlkreislauf zur Entwärmung der Komponenten durch ein flüssiges Kühlmedium auf.
-
Es hat sich gezeigt, dass bei derartigen Achsantriebskonzepten aufgrund der Entwärmung durch ein flüssiges Kühlmedium nachteilig ein großer Aufwand für die Flüssigkeitskühlung der Leistungselektronik, der elektrischen Maschine und des Getriebes erforderlich ist. Das gesamte Kühlsystem umfasst in der Regel Kühlkanäle im Gehäuse der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung, einen Wärmetauscher zur Abführung der Wärme an die Umgebung, eine Pumpe zur Umwälzung des Kühlmediums, ein Steuerelement zur Steuerung des Kühlkreislaufs abhängig von den Betriebs- und Umgebungsbedingungen und Rohre und Schläuche zur Verbindung der einzelnen Komponenten des Kühlsystems.
-
Aufgrund der Anforderungen an die Entwärmung werden bei kompakten Achsantriebskonzepten nur die elektrische Maschine und das Getriebe gekoppelt. Die erforderliche Leistungselektronik wird nicht in den kompakten Achsantrieb integriert und entfernt vom Achsantrieb an die Fahrzeugkarosserie montiert und über Kabel mit dem Achsantrieb verbunden.
-
Der hohe Aufwand für die Entwärmung des Antriebs und die fehlende Integration der Leistungselektronik bei kompakten Antriebsbauformen führt nachteilig zu nicht flexibel einsetzbaren und nicht kostenoptimalen Achsantriebskonstruktionen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein vereinfachtes Kühlkonzept für einen elektrischen Achsantrieb für ein Fahrzeug zu schaffen, das kosten- und gewichtsoptimiert ausgeführt ist und die unterschiedlichen Entwärmungsanforderungen der einzelnen Komponenten des elektrischen Achsantriebs in vorteilhafter Weise berücksichtigt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat die Vorteile, dass ein vereinfachtes Kühlkonzept für einen elektrischen Achsantrieb für ein Fahrzeug geschaffen wird, das kosten- und gewichtsoptimiert ausgeführt ist.
-
Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass der Achsantrieb für ein Fahrzeug eine elektrische Maschine, eine Leistungselektronik und ein Getriebe umfasst, wobei diese in einem Gehäuse angeordnet sind und wobei sich zwischen der elektrischen Maschine und der Leistungselektronik eine erste Gehäusezwischenwand befindet und wobei sich zwischen der elektrischen Maschine und dem einen Getriebe eine zweite Gehäusezwischenwand befindet, wobei die erste Gehäusezwischenwand aus einem erstem Material besteht und/oder die zweite Gehäusezwischenwand aus einem zweiten Material besteht. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht vorteilhafterweise darin, dass ein elektrischer Achsantrieb für Fahrzeuge bereitgestellt wird, bei welchem die Komponenten des elektrischen Achsantriebs zusammengefasst bzw. zueinander benachbart oder räumlich möglichst nahe beieinander in einem Gehäuse angeordnet werden und durch Luft gekühlt werden können. Durch die erfindungsgemäßen Zwischenwände des Gehäuses aus unterschiedlichen Materialien zwischen den Komponenten der elektrischen Achsantriebseinheit werden Räume für diese Komponenten, die unterschiedliche Entwärmungsanforderungen und Betriebsbedingungen erfordern, geschaffen.
-
Dabei ermöglichen die Zwischenwände aus unterschiedlichem Material vorteilhafterweise eine gezielte Steuerung des Wärmeabflusses. Dadurch kann eine verbesserte und kostengünstigere Kühlung der Komponenten des elektrischen Achsantriebs erzielt werden, da an dem elektrischen Achsantrieb und seinen Komponenten keine Vorrichtungen zur Kühlung durch ein flüssiges Kühlmedium ausgebildet werden müssen. Weiterhin entfallen vorteilhaft die zusätzlichen, üblicherweise im Fahrzeug entfernt von der zu entwärmenden Komponente angeordneten Komponenten des Flüssigkühlsystems wie der Wärmetauscher (zur Abführung der Wärme an die Umgebung), die Pumpe (zur Umwälzung des Kühlmediums), das Steuerelement (zur Steuerung des Kühlkreislaufs abhängig von den Betriebs- und Umgebungsbedingungen) und etwaige Rohre und Schläuche (beispielsweise zur Verbindung der einzelnen Komponenten des Kühlsystems).
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
-
Vorteilhafterweise ist das erste Material M1 der ersten Gehäusezwischenwand thermisch isolierend. Durch die Verwendung eines thermisch isolierenden Materials M1 für die erste Gehäusezwischenwand wird die unerwünschte Erwärmung der Leistungselektronik durch die Abwärme der elektrischen Maschine vermieden. Dadurch werden beschleunigte Alterung oder Schäden der Leistungselektronik durch Erwärmung (Hitzetod) unterbunden. Weiterhin wird als zusätzlich positiver Nebeneffekt ein ungewolltes Verschmutzen der Leistungselektronik durch die elektrische Maschine verhindert.
-
Vorteilhafterweise weist das zweite Material M2 der zweiten Gehäusezwischenwand eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit auf. Besteht die zusätzliche, zwischen der mindestens elektrischen Maschine und dem Getriebe angeordnete zweite Gehäusezwischenwand aus einem Material M2 mit einer sehr hohen thermischen Leitfähigkeit, wird der erwünschte Wärmeaustausch zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe bevorzugt ermöglicht. Die elektrische Maschine ist eine stark verlustbehaftete Komponente. Sowohl elektrische Maschine als auch Getriebe sind Komponenten mit höheren Betriebstemperaturen. Durch die Ausführung der ersten und zweiten Gehäusezwischenwand aus den vorgenannten Materialien M1 und M2 wird der Wärmefluss in Richtung Leistungselektronik vorteilhafterweise blockiert wohingegen er in Richtung Getriebe bevorzugt gelenkt wird. Dadurch wird das Getriebe, das als Komponente mit höherer Betriebstemperatur und höherer Wärmekapazität fungiert, gezielt erwärmt und somit vorteilhafterweise als Wärmepuffer genutzt.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der elektrischen Achsantriebseinheit sind die Komponenten Leistungselektronik und Getriebe der elektrischen Achsantriebseinheit in einem gemeinsamen Gehäuse nebeneinander durch eine dritte Gehäusezwischenwand getrennt angeordnet. Durch die zusätzliche dritte Gehäusezwischenwand aus dem dritten Material M3 zwischen der Leistungselektronik und dem Getriebe in dem gemeinsamen Gehäuse werden weitere abgeschlossene Räume geschaffen, wodurch die Komponenten gegeneinander abgeschirmt werden.
-
Vorteilhafterweise ist das dritte Material M3 der dritten Gehäusezwischenwand thermisch isolierend. Durch die Verwendung eines thermisch isolierenden Materials M3 für die dritte Gehäusezwischenwand wird die unerwünschte Erwärmung der Leistungselektronik durch die Abwärme des Getriebes vermieden. Dadurch werden beschleunigte Alterung oder Schäden der Leistungselektronik durch Erwärmung (Hitzetod) unterbunden. Weiterhin wird ein ungewolltes Verschmutzen der Leistungselektronik durch das Getriebe verhindert.
-
Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Material M2 der zweiten Gehäusezwischenwand aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Die Verwendung von Kupfer als Material mit sehr hoher thermischer Leitfähigkeit hat den Vorteil, dass der erwünschte Wärmeaustausch zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe bevorzugt ermöglicht wird. Dies hat den Vorteil, dass durch die Abwärme der elektrischen Maschine eine schnellere Erwärmung des Getriebes auf seine Betriebstemperatur erreicht wird.
-
Vorteilhafterweise wird die erste Gehäusezwischenwand zwischen der elektrischen Maschine und der Leistungselektronik mit mindestens einer glatten Oberfläche ausgeführt, um die unerwünschte Erwärmung der Leistungselektronik durch die Abwärme der elektrischen Maschine zu vermeiden.
-
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die zweite Gehäusezwischenwand zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe mit mindestens einer rauen Oberfläche ausgeführt wird, um die bevorzugte schnellere Erwärmung des Getriebes durch die Abwärme der elektrischen Maschine auf die Betriebstemperatur des Getriebes zu erreichen. Raue Oberflächen haben eine vergrößerte Oberfläche als glatt ausgeführte Oberflächen und können somit effektiver Wärme abstrahlen, als es bei glatten Oberflächen der Fall ist.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die dritte Gehäusezwischenwand zwischen der Leistungselektronik und dem Getriebe mit mindestens einer glatten Oberfläche ausgeführt, um die unerwünschte Erwärmung der Leistungselektronik durch die Abwärme des Getriebes zu vermeiden.
-
Vorteilhaft wird die zweite Gehäusezwischenwand zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe mit mindestens einer Kühlrippe ausgeführt, um den erwünschten schnelleren Wärmeaustausch zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe bevorzugt zu ermöglichen. Dies hat den Vorteil, dass durch die Abwärme der elektrischen Maschine eine schnellere Erwärmung des Getriebes auf seine Betriebstemperatur erreicht wird.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Gehäuse der elektrischen Achsantriebseinheit passiv entwärmbar ausgebildet. Das Gehäuse wird für die passive Kühlung an seiner Außenseite mit einer rauen Oberfläche ausgeführt. Damit ist der Vorteil des verbesserten Wärmeübergangs an die Umgebung verbunden.
-
Vorteilhafterweise wird die Außenfläche des Gehäuses zur Vergrößerung der Oberfläche mit einer oder mehreren zusätzlichen Kühlrippen ausgebildet. Das hat den Vorteil einer verbesserten Abfuhr von Wärme an die Umgebung. Weiterhin haben Kühlrippen den Vorteil, dass sie an dem Gehäuse einfach und kostengünstig realisiert werden können, z.B. durch Gießen des Gehäuses.
-
Vorteilhaft ist die Kühlrippe der zweiten Gehäusezwischenwand zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe bzw. die Kühlrippe auf der Außenfläche des Gehäuses zum vorteilhaften verbesserten Abführen von Wärme an die Umgebung mit einer rauen Oberfläche ausgeführt.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Gehäuse der elektrischen Achsantriebseinheit durch Kühlluft entwärmbar ausgebildet. Damit ist der Vorteil verbunden, dass ein vereinfachtes Kühlkonzept für einen elektrischen Achsantrieb für ein Fahrzeug bereitgestellt wird, das zusätzlich kosten- und gewichtsoptimiert ausgeführt ist.
-
Weiterhin ist vorteilhaft, das Gehäuse der elektrischen Achsantriebseinheit so mit Öffnungen zu versehen, dass der Innenbereich des Gehäuses direkt von Kühlluft entwärmt wird. Damit ist ebenfalls der Vorteil verbunden, dass ein vereinfachtes Kühlkonzept für einen elektrischen Achsantrieb für ein Fahrzeug bereitgestellt wird, das zusätzlich kosten- und gewichtsoptimiert ausgeführt ist und bei dem auf Flüssigkühlung verzichtet wird.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb, dessen Komponenten als separate Einheiten ausgeführt sind.
-
2 eine schematische Ansicht einer elektrischen Achsantriebseinheit für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
-
3 eine schematische Ansicht einer elektrischen Achsantriebseinheit für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
4 eine schematische Ansicht einer elektrischen Achsantriebseinheit für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
-
In 1 ist eine schematisierte Ansicht eines Fahrzeugs 10 mit einer elektrischen Antriebseinheit 11 gezeigt, deren Antriebskomponenten 12, 13, 14 als separate Einheiten mit elektrischen und mechanischen Schnittstellen ausgeführt sind. Wie zuvor beschrieben, weist die elektrische Antriebseinheit eines Fahrzeugs 10 z.B. eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs einen Elektromotor 12 auf, der im Allgemeinen über ein Getriebe 14 mit einer Fahrzeugachse 23 und deren Räder 26 gekoppelt ist. Des Weiteren weist die Antriebseinheit eine Leistungselektronik 13 auf. Die Leistungselektronik 13 weist dabei einen Inverter auf, welcher an die elektrische Maschine elektrisch angebunden ist, um diese mit Energie zu versorgen beziehungsweise im Bremsvorgang die erzeugte elektrische Energie in den Energiespeicher 24 zurück zu speisen. Dieser Energiespeicher 24 ist üblicherweise als Batterie ausgeführt und an den Inverter elektrisch angebunden. Der Inverter der Leistungselektronik 13 hat die Aufgabe, die vom Energiespeicher 24 über das Gleichstrom-Verbindungskabel 25 bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung zur Versorgung der elektrischen Maschine über das Wechselstrom-Verbindungskabel 27 umzuwandeln. Üblicherweise wird die Wechselspannung als Drehfeld mit mindestens 3 Wechselspannungen ausgeführt. Mittels der elektrischen Maschine 12 wird über das zugeordnete Getriebe 14 die Fahrzeugachse 23 des Fahrzeugs 10 angetrieben und ein Drehmoment auf die Räder 26 der Fahrzeugachse 23 übertragen. Die Komponenten werden alle als separate Einheiten mit einer thermischen Schnittstelle zur Entwärmung (hier nicht dargestellt) als auch einer elektrischen Schnittstelle ausgeführt. Die in der elektrischen Maschine 12 und in der Leistungselektronik 13 entstehende Verlustenergie wird üblicherweise über einen Kühlkreislauf einer Flüssigkeitskühlung abgeführt. Das Getriebe 14 wird typischerweise passiv über das Getriebegehäuse gekühlt. Die dabei abzuführende Verlustleistung ist relativ gering, da das Getriebe 14 einen sehr hohen Wirkungsgrad hat. Der elektrische Energiespeicher 24 wird entweder luftgekühlt oder über einen separaten Flüssigkühlkreislauf entwärmt, der über einen Kältekreislauf mit der Klimaanlage des Fahrzeugs 10 entwärmt wird.
-
Bei der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung werden die Komponenten 12, 13, 14 der elektrischen Achsantriebseinheit 11 in einem gemeinsamen Gehäuse 15 angeordnet. Gleiche Elemente in Bezug auf 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Dieses gemeinsame Gehäuse 15 ist durch Gehäusezwischenwände 16, 17 in abgeschlossene Räume unterteilt, in welchen die Komponenten 12, 13, 14 angeordnet werden.
-
Der erste abgeschlossene Raum wird durch das gemeinsame Gehäuse 15 und die erste Gehäusezwischenwand 16 gebildet und nimmt die Leistungselektronik 13 auf. Zur thermischen Isolation zwischen der elektrischen Maschine 12 und der Leistungselektronik 13 wird die erste Gehäusezwischenwand 16 aus einem thermisch isolierenden Material M1 hergestellt. Dieses Material weist eine im Vergleich zum Werkstoff des Gehäuses des Achsantriebs 15 deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit auf. Damit wird erreicht, dass trotz des räumlich engen Zusammenbaus von Leistungselektronik 13 und elektrischer Maschine 12 keine oder eine nur unwesentliche Erwärmung der Leistungselektronik durch die Abwärme der elektrischen Maschine erfolgt.
-
Beispielsweise kann dazu für das thermisch isolierende Material M1 der ersten Gehäusewand 16 eine schlecht wärmeleitende Metalllegierung, eine Luftkammernstruktur wie beispielsweise ein Honeycomb-Sandwich, oder ein schlecht wärmeleitender Kunststoff genutzt werden.
-
Aufgrund der benachbarten Anordnung von elektrischer Maschine 12 und Leistungselektronik 13 kann das Wechselstrom-Verbindungskabel 27 entfallen und z.B. durch einfache elektrische Verbindungen wie beispielsweise Stromschienen oder Stanzgitter ersetzt werden.
-
Im verbleibenden Raum des gemeinsamen Gehäuses 15 werden durch die zweite Gehäusezwischenwand 17 zwei abgeschlossene Räume gebildet, die jeweils einerseits die elektrische Maschine 12 und andererseits das Getriebe 14 aufnehmen. Zur thermischen Kopplung zwischen der elektrischen Maschine 12 und dem Getriebe 14 wird die zweite Gehäusezwischenwand 17 aus einem Material M2 mit einer sehr hohen thermischen Leitfähigkeit hergestellt.
-
Dadurch werden die beiden Komponenten elektrische Maschine 12 und das Getriebe 14 thermisch miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil, dass durch die Abwärme der elektrischen Maschine das Getriebe erwärmt wird und so schneller seine Betriebstemperatur erreicht. Ebenfalls kann die große thermische Masse des Getriebes 14 thermische Spitzenbelastungen der elektrischen Maschine 12 aufnehmen und so die elektrische Maschine vor thermischen Überlastungen schützen.
-
Zur thermischen Verbindung der elektrischen Maschine 12 mit dem Getriebe 14 wird für die zweite Gehäusewand 17 ein Material M2 mit einem sehr guten Wärmeübergangskoeffizienten eingesetzt, wie beispielsweise die sehr gut wärmeleitenden Metallwerkstoffe Kupfer oder Aluminium.
-
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung werden die Komponenten 12, 13, 14 der elektrischen Achsantriebseinheit 11 in einem gemeinsamen Gehäuse 15 angeordnet. Gleiche Elemente in Bezug auf 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Dieses gemeinsame Gehäuse ist durch Gehäusezwischenwände 17, 18 in abgeschlossene Räume unterteilt, in welchen die Komponenten 12, 13, 14 angeordnet werden.
-
Der ersten abgeschlossenen Räume werden durch das gemeinsame Gehäuse 15 und die Gehäusezwischenwände 17 und 18 gebildet, die die elektrische Maschine 12 und das Getriebe 14 aufnehmen. Zur thermischen Kopplung zwischen der elektrischen Maschine 12 und dem Getriebe 14 wird die Gehäusezwischenwand 17 aus einem Material mit einer sehr hohen thermischen Leitfähigkeit hergestellt.
-
Ein weiterer abgeschlossener Raum wird durch das gemeinsame Gehäuse 15 und die Gehäusezwischenwand 18 gebildet, der die Leistungselektronik 13 aufnimmt. Zur thermischen Isolation zwischen dem Getriebe 14 und der Leistungselektronik 13 wird die Gehäusezwischenwand 18 aus einem thermisch isolierenden Material (M3) hergestellt. Dieses Material weist eine im Vergleich zum Werkstoff des Gehäuses des Achsantriebs 15 deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit auf. Damit wird erreicht, dass trotz des Zusammenbaus von Getriebe 14 und Leistungselektronik 13 keine oder eine nur unwesentliche Erwärmung der Leistungselektronik durch die Abwärme des Getriebes erfolgt. Weiterhin wird ein ungewolltes Verschmutzen der Leistungselektronik 13 durch das Getriebe 14 verhindert. Beispielsweise kann dazu eine schlecht wärmeleitende Metalllegierung, eine Luftkammernstruktur wie beispielsweise ein Honeycomb-Sandwich, oder ein schlecht wärmeleitender Kunststoff genutzt werden. Durch die benachbarte Anordnung von elektrischer Maschine 12 und Leistungselektronik 13 kann das Wechselstrom-Verbindungskabel 27 entfallen und z.B. durch eine einfache elektrische Verbindung wie beispielsweise Stromschienen oder Stanzgitter ersetzt werden, die bei Bedarf durch das Getriebe 14 hindurch geführt werden. Der Energiespeicher (hier nicht dargestellt) ist in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel im Fahrzeug 10 außerhalb des Gehäuses 15 der elektrischen Achsantriebseinheit 11 angeordnet. Durch die Anordnung der Komponenten 12, 13, 14 des elektrischen Achsantriebs 11 in einem gemeinsamen Gehäuse 15 wird vorteilhafterweise ein hochintegrierter kompakter, kosten- und gewichtsoptimierter elektrischer Achsantrieb 11 mit Leistungselektronik 13 ermöglicht. Dieser elektrische Achsantrieb 11 kann ebenfalls achsnah ausgeführt werden und ist damit flexibel einsetzbar.
-
4 zeigt in einer schematisierten Ansicht einen kompakten und hochintegrierten elektrischen Achsantrieb 11 für eine Achse mit Einrichtungen zur Luftkühlung der Achsantriebseinheit. Das gemeinsame Gehäuse 15 ist dazu mit Kühlrippen 19 ausgerüstet und wird von einem Kühlluftstrom 21 so überstrichen, dass die Leistungselektronik 13 zuerst entwärmt wird. Im weiteren Verlauf des Kühlluftstroms werden die weiteren Komponenten Getriebe 14 und elektrische Maschine 12 des elektrischen Achsantriebs 11 entwärmt. Sowohl die Kühlrippen 19 als auch die restliche Oberfläche des Gehäuses 15 kann zur Verbesserung des Wärmeübergangs in die Kühlluft 21 mit einer rauen Oberfläche 28 ausgerüstet sein. Innerhalb des Gehäuses kann zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen elektrischer Maschine 12 und Getriebe 14 die zweite Gehäusezwischenwand 17 mit Kühlrippen 19 versehen werden (hier nicht dargestellt).
-
Um einen besonders kompakten Aufbau der elektrischen Achsantriebseinheit 11 zu erreichen, können die Abstände zwischen den Komponenten 12, 13, 14 und den Außenwänden des Gehäuses 15 und den Gehäusezwischenwänden 16, 17, 18 entfallen. Damit wird ebenfalls eine flächige Anbindung der Komponenten 12, 13, 14 an das gemeinsame Gehäuse 15 erreicht.
-
Ein sehr kompakter Aufbau der elektrischen Achsantriebseinheit 11 wird erreicht, wenn für die Komponenten 12, 13, 14 keine eigenen Gehäuse vorgesehen werden und diese Komponenten direkt in das gemeinsame Gehäuse 15 montiert werden.
-
Ein sehr kompakter und kostengünstiger Aufbau der elektrischen Achsantriebseinheit 11 kann ebenfalls erreicht werden, wenn die Komponentengehäuse der Komponenten 12, 13, 14 zusammen mit den Gehäusezwischenwänden 16, 17, 18 ohne weitere Gehäuseelemente das gemeinsame Gehäuse 15 bilden.
-
Eine weitere kostengünstige und kompakte Bauform der elektrischen Achsantriebseinheit 11 ergibt sich, wenn das gemeinsame Gehäuse 15 so gestaltet ist, dass der Kühlluftstrom 21 innerhalb des Gehäuses 15 geführt wird und die Kühlrippen 19 und rauen Oberflächen 18 innen im Gehäuse angebracht sind. Der Energiespeicher (hier nicht dargestellt) ist in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel im Fahrzeug 10 außerhalb des Gehäuses 15 der elektrischen Achsantriebseinheit 11 angeordnet.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Achsantriebs 11 (elektrische Achsantriebseinheit) wird die Leistungselektronik 13 mit Schaltern 29 und/oder Dioden 30 auf Basis von SiC (Siliciumcarbid) als Halbleitermaterial ausgerüstet, die im Vergleich zu den auf dem heute üblichen Halbleitermaterial Silizium basierenden Schaltern und/oder Dioden eine deutlich geringere Verlustleistung aufweisen. Das hat den Vorteil, dass durch die deutliche Verringerung der Verlustleistung der Aufwand für die Entwärmung der Leistungselektronik 13 entsprechend sinkt.
-
Vorteilhafterweise sind die Komponenten Leistungselektronik 13, elektrische Maschine 12 und Getriebe 14 der elektrischen Achsantriebseinheit 11 so angeordnet, dass ein geführter Kühlluftstrahl zunächst die Leistungselektronik 13 entwärmt und dann erst die Komponenten elektrische Maschine 12 und Getriebe 14 überstreicht und entwärmt. Damit ist der Vorteil verbunden, dass die unerwünschte Erwärmung der Leistungselektronik 13 durch die Abwärme des Getriebes 14 und der elektrischen Maschine 12 vermieden wird. Dadurch werden beschleunigte Alterung oder Schäden der Leistungselektronik 13 durch Erwärmung (Hitzetod) unterbunden.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere können die zuvor anhand der 2 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, insbesondere einzelne Merkmale davon.
-
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
-
- DE 102011076523 A1 [0003]
- DE 102013204766 A1 [0004]
