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Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, einen Lkw oder ein anderes Nutzfahrzeug, zum Ankoppeln an eine Verbrennungskraftmaschine.
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Ein Hybridmodul umfasst üblicherweise eine Anschlusseinrichtung zur mechanischen Ankopplung einer Verbrennungskraftmaschine, eine Trennkupplung, mit der Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine auf das Hybridmodul übertragbar ist und mit der das Hybridmodul von der Verbrennungskraftmaschine trennbar ist, eine elektrische Maschine zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments mit einem Rotor, sowie einer Doppelkupplungsvorrichtung, mit der Drehmoment von der elektrischen Maschine und/ oder von der Trennkupplung auf einen Antriebsstrang übertragbar ist. Die Doppelkupplungsvorrichtung umfasst eine erste Teilkupplung und eine zweite Teilkupplung. Jeder angeordneten Kupplung ist jeweils ein Betätigungssystem zugeordnet.
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Die elektrische Maschine ermöglicht das elektrische Fahren, Leistungszuwachs zum Verbrennungsmotorbetrieb und Rekuperieren. Die Trennkupplung und deren Betätigungssystem sorgen für das Ankuppeln oder Abkuppeln des Verbrennungsmotors.
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Wenn ein Hybridmodul mit einer Doppelkupplung derart in einen Antriebsstrang integriert wird, dass sich das Hybridmodul in Drehmomentübertragungsrichtung zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe befindet, müssen in einem Fahrzeug der Verbrennungsmotor, das Hybridmodul, die Doppelkupplung mit ihren Betätigungssystemen sowie das Getriebe hinter- oder nebeneinander angeordnet werden.
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Ein derart positioniertes Hybridmodul wird auch als P2- Hybridmodul bezeichnet. Eine solche Anordnung führt jedoch sehr häufig zu erheblichen Bauraumproblemen. Zurzeit geht deswegen die Entwicklung dahin, das sogenannte P2-Hybridmodul und die Doppelkupplung nicht mehr als zwei separate Aggregaten auszuführen und nebeneinander anzuordnen, sondern ein Hybridmodul mit integrierter Doppelkupplung zu entwickeln. Dies ermöglicht es, alle erforderlichen Komponenten noch kompakter und funktionaler anzuordnen.
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Allerdings müssen die genannten Baueinheiten sehr kompakt ausgeführt und angeordnet werden, um sie in einem verfügbaren Bauraum zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe anordnen zu können. Zusätzlich müssen alle Komponenten des P2-Hybridsystems besonders effizient, reibungsarm und energiesparend ausgeführt werden, um die hohen Ansprüche, die die Kunden im Hinblick auf geringen Kraftstoffverbrauch und hohe Reichweite an Hybridfahrzeuge stellen, erfüllen zu können.
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Die
DE 10 2010 003442 A1 offenbart eine Hybridantriebsanordnung mit einer elektrischen Maschine, deren Stator rotationsfest an einem Gehäuse befestigt ist und deren innenliegender Rotor eine Drehbewegung auf Kupplungselemente übertragen kann.
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Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
DE 10 2016 207 104.1 ist ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, welches ebenfalls eine elektrische Maschine zur Bereitstellung eines Drehmoments aufweist, die mit den Kupplungen drehmomentfest gekoppelt ist. Die Kupplungen sind dabei weitgehend in dem von der elektrischen Maschine umgebenden Raum angeordnet.
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Die nicht vorveröffentlichte deutsche Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
DE 10 2016 125 623.4 lehrt ebenfalls ein Hybridmodul und eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei in diesem Hybridmodul zusätzlich zu einigen Kupplungen der Doppelkupplungsvorrichtung des Hybridmoduls auch den einzelnen Kupplungen zugeordnete Betätigungssysteme in dem von der elektrischen Maschine umgebenden Raum angeordnet sind.
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Nachteil bekannter Anordnungen ist es, dass die durch Reibung in der Kupplung entstehende Wärme Magnete des Rotors der elektrischen Maschine zusätzlich zu der Selbsterwärmung der elektrischen Maschine weiter aufheizt und derart die Magnete leicht beschädigt werden bzw. in einem Betrieb einen geringeren Wirkungsgrad bewirken. Wenn P2-Hybridmodule mit trockenen Kupplungen ausgestattet werden, ist das Überhitzungsrisiko besonders hoch, da Kupplung und/oder elektrische Maschine nicht automatisch mit Öl gekühlt werden. Das Überhitzungsrisiko schränkt die Verwendung der besonders energieeffizienten und schleppmomentarmen Trockenkupplungen in P2-Hybridmodulen signifikant ein.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Antriebsmodul zur Verfügung zu stellen, welches aufgrund einer verbesserten Wärmeableitung eine lange Lebensdauer mit einem ausreichenden Wirkungsgrad verbindet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Antriebsmodul nach Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Hybridmoduls sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Begriffe radial, axial und Umfangsrichtung beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die gemeinsame Rotationsachse der Baugruppen des Antriebsmoduls.
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Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug, das eine elektrische Maschine zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments aufweist. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf, der an einer radial äußeren Seite des Stators angeordnet ist. Eine Kupplung ist zum Übertragen eines Drehmoments auf einen Antriebsstrang vorgesehen. Die Kupplung ist zumindest abschnittsweise in einem von der elektrischen Maschine radial begrenzten Raum angeordnet. Der Stator der elektrischen Maschine ist zum Verringern eines Übertragens von Wärme von der Kupplung auf den Rotor radial zwischen der Kupplung und dem Rotor angeordnet.
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Dabei muss der Rotor nicht zwangsläufig genau den gleichen axialen Abschnitt abdecken wie der Stator der elektrischen Maschine, sondern der Rotor kann in Bezug zu dem Stator auch etwas axial versetzt angeordnet sein. Der von der elektrischen Maschine radial begrenzte Raum ist somit der Raum, der sich koaxial zur gemeinsamen Rotationsachse im Inneren des Stators ausbildet.
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Die Kupplung des Antriebsmoduls umfasst dabei vorzugsweise eine Trennkupplung und/oder eine Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten Teilkupplung und einer zweiten Teilkupplung, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass sich die Teilkupplungen in dem von dem Stator der elektrischen Maschine radial begrenzten Raum befinden. Das bedeutet, dass von der radial inneren Seite zur radial äußeren Seite wenigstens eine Kupplung, der Stator und der Rotor in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass zwischen diesen Elementen noch weitere Bauteile oder Module angeordnet sind.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Stator der elektrischen Maschine wenigstens einen Kühlkanal zur Durchströmung mit einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit wie zum Beispiel einer Kühlflüssigkeit, aufweist.
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Dabei sollte der Kühlkanal derart angeordnet sein, dass Wicklungen des Stators durch Wärmeübertragung auf das Fluid im Kühlkanal kühlbar sind, sowie dass von der Kupplung abgegebene Wärme von dem Fluid im Kühlkanal aufnehmbar ist. Weiterhin sollte der Kühlkanal derart ausgestaltet sein, dass von dem Fluid im Kühlkanal aufgenommene Wärme über Strömung im Kühlkanal vom wärmeaufnehmenden Bereich abgeführt werden kann und an geeigneter, entfernter Stelle an die Umgebung abgegeben werden kann.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Stator der elektrischen Maschine einen Kühlmantel aufweist, der Wärme von Wicklungen des Stators aufnehmen kann, wobei der Kühlkanal, vorzugsweise in Form eines Hohlzylinders, an der radialen Innenseite des Kühlmantels ausgebildet ist. Das bedeutet, dass der Kühlkanal auf der radial äußeren Seite vorzugsweise durch den Kühlmantel des Stators begrenzt ist. Auf der radial inneren Seite kann der Kühlkanal durch einen Bestandteil des Gehäuses, des Antriebsmoduls oder aber auch durch ein mit dem Gehäuse fest verbundenen Fortsatz, der ebenfalls koaxial angeordnet ist und demzufolge die Form einer Hülse aufweist, ausgebildet sein. Ein solcher Fortsatz wird auch als Sockelhülse bezeichnet. Dabei ist der Kühlkanal vorteilhafterweise ebenfalls in Form eines Hohlzylinders ausgebildet, der somit, zumindest bereichsweise, vom Kühlmantel des Stators begrenzt sein kann. Dabei ist der Kühlkanal nicht auf eine geometrisch exakte Form eines Hohlzylinders eingeschränkt, sondern in bzw. am Kühlkanal können Leitelemente, wie zum Beispiel Leitstege, vorhanden sein, die der Richtungsgebung von im Kühlkanal strömenden Medien dienen, insbesondere zur Sicherstellung der ausreichenden Abfuhr von Wärme aus dem Stator bzw. von den Kupplungen an das Fluid im Kühlkanal.
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Alternativ oder vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Kühlkanal ausschließlich in dem Gehäuse, insbesondere in einem mit dem Gehäuse fest verbundenen oder von dem Gehäuse ausgebildeten Fortsatz in Form der Sockelhülse ausgebildet ist.
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Die radiale Innenseite einer derartigen Sockelhülse, die dem Rotor der elektrischen Maschine abgewandt ist, kann strukturiert ausgeführt werden, wie zum Beispiel durch die Anordnung von mehreren Nuten oder Kühlrippen, um die Oberfläche zu vergrößern und den Wärmeaustausch mit der Luft zu verbessern.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Kühlkanal ausschließlich von dem Kühlmantel des Stators ausgebildet ist.
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Vorzugsweise sind Zuleitungen und/ oder Ableitungen stirnseitig an dem Kühlkanal an den Stator angeschlossen. Das bedeutet, dass diese Leitungen nicht radial von dem Stator abstehen, sondern entlang der axialen Richtung an an den Stator axial begrenzenden Flächen angeordnet sind.
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Weiterhin kann das Antriebsmodul weiterhin einen Rotorträger aufweisen, mit dem der Rotor der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist und der zur Übertragung des von der elektrischen Maschine erzeugten Drehmoments auf die Doppelkupplungsvorrichtung eingerichtet ist, wobei das Antriebsmodul einen Durchtrittsbereich aufweist, in dem sich der Rotorträger von der radial äußeren Seite des Stators zur radial inneren Seite des Stators erstreckt, und die minimale Weite W des Durchtrittsbereichs W in Bezug zur Dicke D des Rotorträgers in dessen Bereich, der durch den Durchtrittsbereich verläuft, in folgendem Verhältnis steht: W<1,5D.
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Der Rotorträger dient demzufolge der Drehmomentübertragung von einem an das Antriebsmodul angeschlossenen Verbrennungsmotor an ein an das Antriebsmodul angeschlossenes Getriebe und in umgekehrter Richtung. Zumindest an einer Stelle des Gehäuses des Antriebsmoduls ist der Durchtrittsbereich derart eng ausgestaltet, dass bei Anordnung des betreffenden Abschnitts des Rotorträgers in diesem Durchtrittsbereich wenig Freiraum axial des Abschnitts des Rotorträgers besteht, durch den erhitzte Luft von der Kupplung auf der radialen Innenseite des Stators auf die radiale Außenseite des Stators und demzufolge an den Rotor gelangen kann.
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Zwecks optimaler wärmetechnischer Isolation ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Durchtrittsbereich axial durch wenigstens ein Dichtungselement begrenzt ist, welches zusammen mit dem Rotorträger eine Dichtungswirkung gegen durchströmende Luft realisiert. Vorzugsweise können axial beidseitig des Rotorträgers derartige Dichtungselemente angeordnet sein.
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Das Dichtungselement ist vorzugsweise eine Labyrinthdichtung. Eine derartige Dichtung gewährleistet reibungsfrei eine Barriere für im vom Stator umgebenden Raum vorhandene Luft.
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Zwecks Minimierung von Reibungsverlusten ist vorgesehen, dass sich der Rotorträger über wenigstens ein Rotationslager an dem Gehäuse des Antriebsmoduls abstützt, oder derart eingerichtet ist, dass er sich über wenigstens ein Rotationslager auf einer Getriebeeingangswelle abstützt bzw. auf einer abstützbar ist.
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Dadurch, dass der Stator der elektrischen Maschine räumlich zwischen einer insbesondere eine Reibkupplung aufweisenden Kupplung und dem Rotor der elektrischen Maschine angeordnet ist, ist der Rotor bzw. dessen Magnet wärmetechnisch bereits weitgehend von der oder den Kupplungen isoliert.
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Da der Stator im Gegensatz zu dem Rotor und zu mindestens einem Teil der Kupplung nicht rotiert, besteht ein geringer konstruktiver Aufwand, den Stator an das Kühlwassersystem oder den Ölkreislauf eines Fahrzeugs anzuschließen oder mit einer eigenen Flüssigkeitskühlung auszustatten. Dadurch werden von der Flüssigkeitskühlung sowohl die Spulen des Rotors gekühlt als auch die von der Kupplung in die elektrische Maschine eingeleitete Wärme abgeführt.
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Weiterhin wird eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem dem Antriebsmodul sowie mit einem Getriebe zur Verfügung gestellt, wobei das Antriebsmodul mit der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe mechanisch über mindestens eine Kupplung des Antriebsmoduls verbunden ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
- 1: ein erfindungsgemäßes Antriebsmodul einer ersten Ausführungsform im Teilschnitt,
- 2: ein erfindungsgemäßes Antriebsmodul einer zweiten Ausführungsform im Teilschnitt,
- 3: eine Modifikation des in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Antriebsmoduls im Teilschnitt, und
- 4: eine geschnittene 3D-Ansicht des Statorsockels des in 2 dargestellten Antriebsmoduls.
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Die in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen des als Hybridmodul ausgebildeten Antriebsmoduls weisen in bestimmten Bestandteilen einen grundsätzlich gleichen Aufbau auf.
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Die dargestellten Antriebsmodule haben gemeinsam, dass sie an einen Drehschwingungsdämpfer 1 angeschlossen sein können, der das Antriebsmodul mit einer hier nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine drehfest verbindet. An den Drehschwingungsdämpfer 1 ist jeweils eine Zwischenwelle 2 gekoppelt, mit der Drehmoment vom Drehschwingungsdämpfer 1 auf eine Trennkupplung 50 übertragbar ist. Von der Trennkupplung 50 ist ein eingebrachtes Drehmoment auf einen daran gekoppelten Rotorträger 80 übertragbar. Der Rotorträger 80 ist ebenfalls drehfest mit dem Rotor 40 einer elektrischen Maschine 20 verbunden. Der Stator 30 der elektrischen Maschine 20 ist fest mit einem Gehäuse 10 des Antriebsmoduls verbunden. Ebenfalls drehfest mit dem Rotorträger 50 verbunden ist die Antriebsseite der Doppelkupplungsvorrichtung 60, die eine erste Teilkupplung 61 sowie eine zweite Teilkupplung 62 aufweist. Einer jeden Kupplung 50, 61,62 ist zwecks deren Betätigung jeweils eine Betätigungseinheit 70 zugeordnet.
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Die Abtriebsseiten der ersten Teilkupplung 61 und der zweiten Teilkupplung 62 sind jeweils mit einer ersten Getriebeeingangswelle 131 bzw. einer zweiten Getriebeeingangswelle 132 drehfest verbunden. Derart lässt sich von einer an den Drehschwingungsdämpfer 1 gekoppelten Verbrennungskraftmaschine bzw. von der elektrischen Maschine aufgebrachtes Drehmoment über den Rotorträger 50 und die Teilkupplungen 61,62 auf die Getriebeeingangswellen 131,132 übertragen. Zwecks Rekuperation kann dieser Drehmoment-Pfad auch in umgekehrter Richtung genutzt werden, so dass an den Getriebeeingangswellen 131,102 30 anliegendes Drehmoment über die Doppelkupplungsvorrichtung 60 der elektrischen Maschine 20 zugeleitet wird. Alternativ oder auch gleichzeitig kann dieses anliegende Drehmoment auch zum Starten einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine genutzt werden.
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Die erwähnten Bauelemente sind alle um eine gemeinsame Rotationsachse 3 rotierbar angeordnet.
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Die Varianten des Antriebsmoduls sind derart ausgestaltet, dass der Stator 30 der elektrischen Maschine 20 zwischen der Trennkupplung 50 und der Doppelkupplungsvorrichtung 60 auf der radial inneren Seite des Stators 32 und dem Rotor 40 auf der radial äußeren Seite des Stators 31 angeordnet ist. Dadurch wird weitgehend verhindert, dass von den Kupplungen 50,60 erzeugte Wärme an Magneten des Rotors 40 gelangen kann, so dass dieser einer geringeren thermischen Beeinflussung unterliegt und eine längere Lebensdauer aufweist.
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Abgestützt wird der Stator 30 an einer Zwischenwand des Gehäuses 10 des Antriebsmoduls.
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Dabei sind in den hier in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen die überwiegende Anzahl der einzelnen Lamellen und Anpressplatten der Teilkupplungen 61,62 in dem von der elektrischen Maschine radial begrenzten Raum 41 angeordnet.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist ebenfalls die Trennkupplung 50 in diesem von der elektrischen Maschine radial begrenzten Raum 41 angeordnet.
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Weiterhin haben alle drei dargestellten Ausführungsformen gemeinsam, dass der Stator 30 einen Kühlmantel 34 aufweist, der die Wicklungen 33 des Stators 30 an der radial inneren Seite begrenzt. Die radiale Innenseite des Kühlmantels 35 wiederum definiert die radial äußere Seite eines hier in Hohlzylinder-Form ausgeführten Kühlkanals 100. Dadurch ergibt sich ein an beiden axialen Seiten abgedichteter näherungsweise ringförmiger Hohlraum, der mit einem Kühlmedium durchflossen werden kann.
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Der Kühlkanal 100 ist an dessen radialer Innenseite in der in 1 dargestellten Ausführungsform durch einen Fortsatz 11 des Gehäuses 10 des Antriebsmoduls ausgeführt. Dieser Fortsatz 11 bildet zusammen mit dem Kühlmantel 34 eine sogenannte Sockelhülse 12 aus.
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In den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen ist der Fortsatz 11 ein zusätzliches Bauelement, welches mit der beispielhaft dargestellten Schraubverbindung an das Gehäuse 10 angeschlossen ist.
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In dem durch die genannten Bauelemente ausgebildeten Kühlkanal 100 ist ein Fluid 101, wie zum Beispiel eine Kühlflüssigkeit, aufgenommen oder aufnehmbar, welches demzufolge den Stator 30 an dessen radialer Innenseite umströmt und derart in der elektrischen Maschine 20 erzeugte Wärme aufnehmen und abführen kann. Die Position dieses Kühlsystems begünstigt aber weiterhin auch die Aufnahme von Wärme aus den räumlich sehr dicht angeordneten Kupplungen 50,60, so dass von den Kupplungen 50,60 erzeugte Wärme nicht auf Magnete des Rotors 40 übertragen wird. Das bedeutet, dass das Kühlmedium, welches zum Beispiel Wasser, Öl, Bremsflüssigkeit oder auch Kühlflüssigkeit sein kann, dem rohrförmigen Fortsatz und der Sockelhülse des Stators Wärme (Energie) entzieht und so die elektrische Maschine und die Kupplungen kühlt. In einer speziellen Ausführungsform ist es auch möglich, dass als Kühlmedium Luft genutzt wird
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Die Wicklungen der elektrischen Maschine werden gekühlt, indem sie auf dem Kühlmantel wärmeleitend montiert sind. Die jeweilige Kupplung 50,60 wird über die sie umgebende Luft gekühlt, die ebenso an der Kupplung 50,60 wie an dem gekühlten rohrförmiger Fortsatz 11 entlang streicht. Um die Kühlwirkung zu erhöhen, kann die radial nach innen zeigende Fläche des rohrförmigen Fortsatzes 11 auch strukturiert werden, beispielsweise mit Nuten oder Kühlrippen, um die Oberfläche zu vergrößern und den Wärmeaustausch mit der Luft zu verbessern. Das Fluid 101 wird dem Antriebsmodul bzw. dem Kühlkanal 100 über ein Fluid-Zufuhrsystem 105 zugeführt. Eine Hauptbohrung 110 ermöglicht das Strömen des Fluid des 101 vom Fluid-Zufuhrsystem 105 in den Kühlkanal 100.
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Alternativ zu den dargestellten Ausführungsformen muss die Schnittstelle zwischen dem Stator 30 und der Zwischenwand bzw. dem Gehäuse 10 auch nicht direkt durch den vom Kühlmedium durchflossenen Hohlraum verlaufen. Die Hohlräume für das Kühlmedium können auch komplett in die mit dem Gehäuse 10 verbundenen einteilig oder mehrteilig ausgeführten Fortsätze 11 integriert werden.
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Ebenso können die Hohlräume für das Kühlmedium auch so in den einteilig oder mehrteilig ausgeführten Kühlmantel 34, die Sockelhülse 12 ( ) und/oder in den Stator 30 integriert werden, dass eine in sich abgedichtete Baueinheit entsteht, die auch ohne Umgebungsteile dicht ist, abgesehen von den Anschlüssen für Zuleitungen 112 und Ableitungen 113.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Fluid 101 durch Leitungen und/oder anders geformte Hohlräume im Gehäuse 10, in der Zwischenwand und zumindest teilweise auch in dem rohrförmigen Fortsatz 11 in den näherungsweise als ringförmigen Hohlraum ausgestalteten Kühlkanal 100 einströmen und wieder ausströmen kann. Der Zu- und Abfluss des Fluids 101 kann aber auch durch hier nicht dargestellte separat verlegte Leitungen, Schläuche oder Rohre erfolgen.
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Der Rotor 40 der elektrischen Maschine 20 befindet sich radial außerhalb des Stators 30 und ist mit einem um den Stator 30 herumgreifenden Rotorträger 80 mit der radial innen liegenden Rotorlagerung in Form eines oder mehrerer Rotationslager 130 verbunden. Über die Rotorlagerung kann sich der Rotor 40 beispielsweise an einem mit einem Getriebegehäuse, dem Gehäuse 10, der Zwischenwand und/oder einer Betätigungseinheit 70 verbundenen Rotorlagerträger abstützen. Alternativ kann sich der Rotor 40 über die Rotorlagerung auch auf einer Getriebeeingangswelle 131,132 abstützen. Die Rotorlagerung kann als Rotationslager 130 ein oder mehrere Wälzlager umfassen.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist ersichtlich, dass der Rotorträger 80 aus mehreren einzelnen Bauteilen zusammengesetzt ist, die zusätzlich weitere Funktionen erfüllen können.
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Der Rotorträger 80 kann somit Bestandteil einzelner Kupplungen 50, 61,62 sein bzw. diese Kupplungen 50, 61,62 radial abstützen.
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Die in 2 dargestellte Ausführungsform des Antriebsmoduls umfasst die speziell ausgeführte Sockelhülse 12, die an das Gehäuse 10 geschraubt ist. Die Sockelhülse 12 bildet zusammen mit dem Kühlmantel 34 den Kühlkanal 100 aus. Zu- und Abfluss des Kühlmediums erfolgt über das Gehäuse 10. Sinnvollerweise sind die dazu notwendigen Bohrungen auf dem Umfang versetzt angeordnet, so dass 2 nur eines der beiden Anschlusssysteme im Schnitt zeigt. Das zweite nicht dargestellte Anschlusssystem, durch das das Kühlmedium in die andere Richtung fließt, kann geometrisch identisch ausgeführt werden, wobei diesbezüglich auf 4 und die dazugehörige Beschreibung verwiesen wird.
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Alternativ kann der Zufluss und Abfluss des Kühlmediums auch direkt in den Sockel bzw. den Kühlmantel 34 des Stators 30 erfolgen, ohne in das Gehäuse 10 integrierte Zuflussbohrungen zu benötigen, so wie es in 3 dargestellt ist.
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3 zeigt eine Modifikation der in 2 gezeigten Variante des Antriebsmoduls. Durch eine Verengung des Abstands zwischen der Zwischenwand des Gehäuses 10 und dem Stator 30, durch die gerade noch der Rotorträger 80 hindurchpasst, wird der Luftaustausch zwischen der radial inneren Seite des Stators 33, in der sich die Kupplungen 50,60 befinden, und der radial äußeren Seite des Stators 31, in der sich der Rotor 40 befindet, stark reduziert.
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Das bedeutet, dass der Durchtrittsbereich 85 zwischen dem Stator 30 und dem Gehäuse 10 eine Weite W aufweist, die nur geringfügig größer ist als die Dicke D des in diesem Bereich angeordneten Rotorträgers 80. Dadurch wird der Wärmetransport von den Kupplungen 50,60 auf den Rotor 40 weiter verringert.
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Durch die Anordnung eines oder mehrerer Dichtungselemente 90 zwischen dem Rotorträger 80 und dem Gehäuse 10 sowie zwischen dem Rotorträger 80 und dem Stator 30, lässt sich der Luftaustausch zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Bereich auf ein Minimum begrenzen oder sogar ganz verhindern.
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Berührende Dichtungselemente 90 bieten die besten Abdichtungsergebnisse, führen aber auch zu einem zusätzlichen Schleppmoment, das die Effektivität des Hybridmoduls reduziert.
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Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt daher auf beiden axialen Seiten des Rotorträgers 80 eine berührungsfreie Labyrinthdichtung. Dazu ist der Rotorträger 80 im Durchtrittsbereich 85 gestuft ausgeführt.
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Komplementär zu dieser Labyrinthdichtung ist als Dichtungselement 90 auf der dem Stator zugewandten Seite ein am Stator 30 befestigter und ebenfalls gestufter Kunststoffring angeordnet. Gegenüber dem Gehäuse 10 sind mehrere schmale umlaufende Stege ausgebildet, die in die gestufte Rotorträgerkontur hineinragen.
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Durch den engen Durchtrittsbereich 85 oder die anderen Maßnahmen, die den Rotor 40 kühlen, kann nicht nur der Rotor 40 vor der Wärme der Kupplungen 50,60 geschützt werden, sondern auch die Elektronikkomponenten der elektrischen Maschine 20 bzw. der Motorsteuerung.
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Elektrische Anschlüsse des Stators 30 können, ähnlich wie die Anschlüsse für das Fluid 101, durch ein Getriebegehäuse, das Gehäuse 10 und/oder dessen Trennwand hindurchgeführt oder an diesen Komponenten entlang geführt werden. Es ist sinnvoll, die elektrischen Anschlüsse axial aus dem Stator 30 heraus und dann radial nach außen zu führen, damit sie nicht mit dem radial außen liegenden Rotor 40 in Konflikt kommen. Durch diese Anordnung liegen die elektrischen Anschlüsse in einem von der Kupplungswärme abgeschirmten Bereich. Auch ein hier nicht dargestellter Rotorlagesensor kann radial außen in dem abgeschirmten Bereich angeordnet werden. Dabei kann der Rotorträger 80 als Geberkontur oder als Träger für ein die Geberkontur oder die Gebereigenschaften aufweisendes Bauteil dienen.
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Der jeweilige Sockel eines Stators 30 ist vorzugsweise als ein breiter ringförmiger Hohlraum vorgesehen, der den Kühlkanal 100 ausbildet, um Fluiddurchflossen den Stator 30 großflächig kühlen zu können. In der Ausgestaltung des Anschlusses von Zuleitung 112 und Ableitung 113 an Stirnseiten des hohlzylinderförmigen Kühlkanals 100 können weitere Elemente vorgesehen sein, die gewährleisten, dass das Fluid 101 über die gesamte axialen Länge des Kühlkanals 100 strömt und ausreichend umgewälzt wird, so dass eine gleichmäßige Wärmeabfuhr gewährleistet ist.
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Derartige Elemente können zum Beispiel Leitstege 111 sein, wie sie in 4 dargestellt sind. 4 zeigt dabei eine geschnittene 3D-Ansicht des Statorsockels des in 2 dargestellten Antriebsmoduls. Dabei sind deutlich der Kühlmantel 34 und die Sockelhülse 12 ersichtlich. Diese Bauteile bilden den ringförmigen Kühlkanal 100 aus, wobei die Zuleitung 112 und die Ableitung 113 zum hier nicht extra dargestellten Getriebegehäuse erkennbar sind. Die Zuleitung 112 kann mehrere Teilzuleitungen 112a, 112b, 112c aufweisen, die nicht auf die hier dargestellte Anzahl von drei beschränkt sind. Die Ableitung 113 kann mehrere Teilableitungen 113a, 113b, 113c aufweisen, die nicht auf die hier dargestellte Anzahl von drei beschränkt sind. Von einer Hauptbohrung 110 in dem Gehäuse 10 gehen mehrere kleine Bohrungen ab, die die Zuleitungen 112 und die Ableitungen 113 ausbilden. Die Hauptbohrung 110 mündet dabei radial innerhalb der Wicklungen des Stators 30. Um den Strömungsverlauf des Kühlmediums innerhalb des Kühlkanals 100 zu kontrollieren, sind in dem Bereich der seitlichen Zuleitungen 112 und Ableitungen 113 Leitstege 111 in dem Kühlkanal 100 vorgesehen. Diese Leitstege 111 haben zum einen die Aufgabe, den ringförmigen Kühlkanal 100 an einer Stelle auf dem Umfang zu unterbrechen, und zwar genau zwischen der Zuleitung 112 unter Ableitung 113, damit das Fluid bzw. Kühlmedium den langen Weg um den Umfang des Stators 30 zurücklegen muss und nicht direkt von der Zuleitung 112 zur Ableitung 113 strömen kann. Zum anderen dienen die Leitstege 111 dazu, das Fluid, das durch die verschiedenen kleineren Bohrungen fließt, in unterschiedliche axiale Bereiche des ringförmigen Kühlkanals 100 zu leiten und somit eine gleichmäßige Strömung im ringförmigen Kühlkanal 100 zu erzielen. Die Strömung kann durch die Form der Leitstege 111 und die Querschnitte der kleineren Bohrungen beeinflusst werden. Somit ist es alternativ auch möglich, eine absichtlich ungleichförmige Strömung zu erzeugen. Die Leitstege 111 können direkt aus den den ringförmigen Kühlkanal 100 bildenden Bauteilen ausgeformt werden oder wie in 4 gezeigt, durch einen jeweiligen Einsatz gebildet werden. Die Leitstege 111 können alternativ auch nur im Mündungsbereich der Zuleitungen 112 und Ableitungen 113 angeordnet werden oder über den vollen Umfang des Stators 30 verlängert werden. Dadurch können statt einem breiten ringförmigen Kühlkanal 100 mehrere durchströmte Kühlkanäle nebeneinander gebildet werden. Die Anzahl und Form der Leitstege 111 ist variabel und kann an die jeweilige elektrische Maschine angepasst werden.
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Die Anordnung der elektrischen Maschine, der Flüssigkeitskühlvorrichtung und der Kupplung sowie der Aufbau der elektrischen Maschine sind nicht nur auf P2-Hydridmodule beschränkt, sondern können in allen Antriebseinrichtungen, wie z.B. in elektrischen Achsen, Mehrgang-elektrischen Achsen usw. Verwendung finden, in denen eine Kupplung und eine elektrische Maschine in unmittelbarer Nähe kompakt angeordnet werden müssen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Antriebsmoduls wird eine Aufheizung von Magneten des Rotors 40 insbesondere dadurch reduziert, dass der größere Abstand zwischen den Kupplungen 50,60 und dem Rotor 40 den Weg für die Wärmeleitung durch den Rotorträger 80 ebenso verlängert wie für die Konvektionsströmungen in der Luft. Zusätzlich schirmt der Stator 30 den Rotor 40 wärmetechnisch ab. Radial innerhalb des Stators 30 entsteht eine Kühlfläche, an der sich die von der jeweiligen Kupplung 50,60 aufgeheizte Luft wieder abkühlen kann. Der größere Durchmesser des Rotors 40 erhöht die Umlaufgeschwindigkeit und so auch die Wärmeübertragung von den Magneten auf die Umgebungsluft, die sich zudem direkt an dem kühlen Gehäuse 10 des Antriebsmoduls abkühlen kann.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Antriebsmodul wird somit eine Einrichtung zur Drehmoment-Übertragung zur Verfügung gestellt, welche keine Einschränkung der Funktion der elektrischen Maschine durch von Kupplungen erzeugte Wärme verzeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungsdämpfer
- 2
- Zwischenwelle
- 3
- Rotationsachse
- 10
- Gehäuse
- 11
- Fortsatz
- 12
- Sockelhülse
- 20
- elektrische Maschine
- 30
- Stator
- 31
- radial äußere Seite des Stators
- 32
- radial innere Seite des Stators
- 33
- Wicklung
- 34
- Kühlmantel
- 35
- radiale Innenseite des Kühlmantels
- 40
- Rotor
- 41
- von der elektrischen Maschine radial begrenzter Raum
- 50
- Trennkupplung
- 60
- Doppelkupplungsvorrichtung
- 61
- erste Teilkupplung
- 62
- zweite Teilkupplung
- 70
- Betätigungseinheit
- 80
- Rotorträger
- 85
- Durchtrittsbereich
- W
- Weite des Durchtrittsbereichs
- D
- Dicke des Rotorträgers
- 90
- Dichtungselement
- 100
- Kühlkanal
- 101
- Fluid
- 105
- Fluid-Zufuhrsystem
- 110
- Hauptbohrung
- 111
- Leitsteg
- 112
- Zuleitung
- 112a
- erste Teilzuleitung
- 112b
- zweite Teilzuleitung
- 112c
- dritte Teilzuleitung
- 113
- Ableitung
- 113a
- erste Teilableitung
- 113b
- zweite Teilableitung
- 113c
- dritte Teilableitung
- 130
- Rotationslager
- 131
- erste Getriebeeingangswelle
- 132
- zweite Getriebeeingangswelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010003442 A1 [0007]
- DE 102016207104 [0008]
- DE 102016125623 [0009]
