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Die Erfindung betrifft ein System, das eine Elektromaschine und ein Getriebe aufweist, und ein Verfahren zum Erwärmen von Getriebeöl.
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Ein Getriebe weist Getriebeöl auf, dessen Temperatur auf eine geeignete Temperatur eingestellt werden kann, um eine Funktion des Getriebes zu gewährleisten.
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In der Druckschrift
DE 10 2005 059 162 A1 ist ein Elektromotor mit einem Befestigungskörper beschrieben, der ein Ableiten von Verlustwärme des Elektromotors auf ein Getriebegehäuse ermöglicht.
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Eine aus der Druckschrift
DE 10 2011 115 279 A1 bekannte Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug weist zumindest einen Elektromotor und ein Getriebe auf.
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Eine Wärmebrücke für einen Elektromotor mit einem Getriebegehäuse ist in der Druckschrift
WO 01/43260 A1 gezeigt.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, Getriebeöl für ein Getriebe effektiv zu erwärmen.
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Diese Aufgabe wird mit einem System und einem Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen des Systems und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Das erfindungsgemäße System weist eine Elektromaschine und ein Getriebe auf, wobei die Elektromaschine als Maschinenbauteile mindestens einen Stator und mindestens einen Rotor, in der Regel mehrere Statoren und Rotoren, aufweist. Das Getriebe weist mindestens einen Ölraum für Getriebeöl auf. Zwischen der Elektromaschine und dem mindestens einen Ölraum ist mindestens ein Wärmeübertragungsbereich angeordnet, der dazu ausgebildet ist, Wärme von mindestens einem Maschinenbauteil der Elektromaschine, zu dem Getriebeöl in dem mindestens einen Ölraum bspw. durch Konvektion zu übertragen bzw. zu leiten.
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Es ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass mindestens eine Wicklung bzw. Spule eines Stators und/oder Rotors als Maschinenbauteil an den mindestens einen Wärmeübertragungsbereich grenzt und diesen bspw. direkt berührt, wobei jeweils ein Wärmeübertragungsbereich jeweils eine Wicklung berührt. Es ist auch möglich, dass die mindestens eine Wicklung den mindestens eine Wärmeübertragungsbereich bspw. indirekt berührt, wenn sich bspw. in einem Spalt zwischen der mindestens einen Wicklung und dem mindestens einen Wärmeübertragungsbereich zusätzlich ein Wärmeleitmedium befindet. Dabei befinden sich die mindestens eine Wicklung und das in dem mindestens einen Ölraum befindliche Getriebeöl, wegen dem dazwischen befindlichen Wärmeübertragungsbereich in direktem oder zumindest indirektem thermischen Kontakt. Der Wärmeübertragungsbereich ist dazu ausgebildet, Wärme der mindestens einen Wicklung zu dem Getriebeöl in dem mindestens einen Ölraum zu leiten.
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Dabei ist es möglich, dass in der Elektromaschine die Maschinenbauteile angeordnet sind. In dem Getriebe ist der mindestens ein Ölraum für das Getriebeöl angeordnet.
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Das System weist in weiterer Ausgestaltung mindestens eine Trennwand auf, die zwischen der Elektromaschine und dem mindestens einen Ölraum angeordnet ist, wobei der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich in der mindestens einen Trennwand angeordnet ist. Dabei dient der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich als Teil der mindestens einen Trennwand einer räumlichen Trennung zwischen der Elektromaschine, die bspw. in einem ersten Innenraum des Systems angeordnet ist, und dem Getriebe mit dem mindestens einen Ölraum, das bspw. in einem zweiten Innenraum des Systems angeordnet ist. Außerdem dient der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich auch als Wärmebrücke zwischen der Elektromaschine und dem Getriebeöl in dem mindestens einen Ölraum.
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Es ist auch möglich, dass in der mindestens einen Trennwand zwischen dem Maschinenbauteil der Elektromaschine und dem mindestens einen Ölraum mindestens eine Öffnung angeordnet ist, in der der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich angeordnet ist, wobei jeweils ein Wärmeübertragungsbereich in jeweils einer Öffnung angeordnet ist. Das bedeutet, dass die mindestens eine Öffnung durch den mindestens einen Wärmeübertragungsbereich verschlossen ist. Der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich ist in Ausgestaltung je nach Definition als Wärmeleitkörper ausgebildet und/oder zu bezeichnen.
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Die mindestens eine bspw. zylindersymmetrische Öffnung ist als runder Durchbruch in der Trennwand ausgebildet und/oder zu bezeichnen, wobei der in der mindestens eine Öffnung angeordnete Wärmeübertragungsbereich, bspw. Wärmeleitkörper, eine höhere Wärmeleitfähigkeit als mindestens ein weiterer Abschnitt der Trennwand aufweist.
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In der mindestens einen Öffnung ist neben dem mindestens einen Wärmeübertragungsbereich mindestens eine Dichtung, insbesondere eine Öldichtung, angeordnet. In jeweils einer Öffnung sind jeweils ein Wärmeübertragungsbereich und jeweils eine Dichtung angeordnet. Dabei ist die mindestens eine Dichtung dazu ausgebildet, den mindestens einen Wärmeübertragungsbereich, bspw. Wärmeleitkörper, in Richtung des mindestens einen Maschinenbauteils der Elektromaschine, in der Regel gegen die mindestens eine Wicklung, zu drücken.
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Der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich, der in der mindestens einen Öffnung angeordnet ist, besteht aus einem wärmeleitfähigen Metall, bspw. Kupfer, wohingegen der mindestens eine weitere Abschnitt der Trennwand üblicherweise aus Aluminium besteht. Der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich weist eine höhere thermische Leitfähigkeit als die Trennwand auf.
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Der mindestens eine Ölraum ist als Ölsumpf oder Ölwanne des Getriebes ausgebildet bzw. zu bezeichnen und ist in einem Boden des Getriebes, bspw. in einem unteren Boden bzw. Bodenbereich eines Gehäuses, das den Innenraum zur Aufnahme des Getriebes umschließt, angeordnet.
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Das vorgestellte System ist für ein Fahrzeug, bspw. für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Auto, vorgesehen, wobei die Elektromaschine dazu ausgebildet ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, die über das Getriebe zu mindestens einem Rad des Fahrzeugs übertragen wird, wodurch das Fahrzeug angetrieben und/oder fortbewegt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Erwärmen von Getriebeöl eines Getriebes mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, das die Elektromaschine und das Getriebe aufweist, wobei die Elektromaschine als Maschinenbauteile einen Stator mit elektrisch leitfähigen Wicklungen und einen Rotor mit Permanentmagneten aufweist. Das Getriebe weist mindestens einen Ölraum für Getriebeöl auf, wobei zwischen mindestens einem Maschinenbauteil der Elektromaschine und dem mindestens einen Ölraum mindestens ein Wärmeübertragungsbereich angeordnet ist. Bei einem Betrieb der Elektromaschine wird Wärme bzw. Abwärme von mindestens einem Maschinenbauteil der Elektromaschine zu dem Getriebeöl in dem mindestens einen Ölraum geleitet bzw. übertragen.
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Dies ist in Ausgestaltung bei einem Start bzw. Anfahren, bspw. während des Starts, des Systems möglich, bei dem das zunächst noch kalte Getriebeöl durch die Wärme der Elektromaschine mindestens auf eine vorgesehene Betriebstemperatur erwärmt wird.
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In Ausgestaltung wird im Betrieb der Elektromaschine durch mindestens eine Wicklung als Komponente des Stators Strom geleitet und ein Magnetfeld induziert, wodurch der Rotor relativ zu dem Stator in Rotation versetzt wird. Aufgrund eines elektrischen Widerstands von elektrischen Leitungen, bspw. von Drähten, der mindestens einen Wicklung wird zusätzlich Wärme erzeugt, die von der mindestens einen Wicklung über den mindestens einen Wärmeübertragungsbereich zu dem Getriebeöl geleitet wird.
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Mit dem System, das auch als Antriebssystem für das Fahrzeug ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden kann, ist es möglich, das Getriebe durch Wärme bzw. Abwärme der Elektromaschine, bspw. eines Elektromotors, vorzuwärmen bzw. vorzuheizen. Die Elektromaschine umfasst den Rotor, der sich um eine Achse der Elektromaschine relativ zu dem Stator dreht. Mit dem mindestens einen Wärmeübertragungsbereich, der bspw. in der mindestens einen Öffnung angeordnet ist, wird zwischen der bspw. als Elektromotor ausgebildeten bzw. zu bezeichnenden Elektromaschine und dem Getriebe eine Wärmebrücke bereitgestellt. Bei einem Start, bspw. Erststart, des Systems und somit der Elektromaschine und des Getriebes kann zumindest ein Teil der Abwärme der Elektromaschine in das bzw. zu dem Getriebeöl im Getriebe fließen, anstatt diesen zumindest einen Teil der Abwärme in Kühlwasser fließen zu lassen. Aufgrund einer sich ergebenden schnelleren Aufheizung des Getriebeöls kann ein CO2-Vorteil entstehen.
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In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, dass die Elektromaschine einen Kühlkreislauf mit mindestens einem Kühlkanal für ein Kühlmedium, bspw. Kühlwasser, aufweist. In dem mindestens einen Kühlkanal befindet sich das Kühlmedium und/oder wird durch diesen gefördert bzw. transportiert. Dabei ist es möglich, dass der mindestens eine Kühlkanal mit einem Reservoir für das Kühlmedium verbunden ist. Außerdem ist es möglich, dass der Kühlkreislauf mindestens ein Steuerelement für das Kühlmedium aufweist, das in dem mindestens einen Kühlkanal angeordnet und dazu ausgebildet ist, einen Transport des Kühlmediums zu steuern und/oder zu regulieren. Dabei kann das mindestens eine Steuerelement als Absperrventil und/oder als Kühlmittelpumpe ausgebildet sein. Bei einem Betrieb der Elektromaschine ist es möglich, dass das mindestens eine Maschinenbauteil der Elektromaschine durch das Kühlmedium gekühlt wird, wobei Wärme des mindestens einen Maschinenbauteils an das Kühlmedium abgegeben wird. Hierzu wird das mindestens eine Steuerelement in einen ersten Zustand versetzt, wobei es den Transport des Kühlmediums durch den mindestens einen Kühlkanal ermöglicht bzw. zulässt. Falls das vorgestellte System gestartet wird, ist in Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass das mindestens eine Steuerelement für das Kühlmedium in einen zweiten Zustand versetzt wird, wobei es den Transport des Kühlmediums verhindert bzw. unterbindet. In diesem Fall wird die Wärme des mindestens einen Maschinenbauteils über den mindestens einen Wärmeübertragungsbereich an das Getriebeöl statt an das Kühlmedium der Elektromaschine übertragen. Das mindestens eine zunächst im zweiten Zustand befindliche Steuerelement für das Kühlmedium wird nach dem Start dann in den ersten Zustand versetzt, sobald das Getriebeöl aufgrund der Wärme aus dem mindestens einen Maschinenbauteil mindestens seine vorgesehene Betriebstemperatur erreicht hat. Dann kann die Wärme des mindestens einen Maschinenbauteils wieder an das Kühlmedium statt an das Getriebeöl übertragen werden. Falls das mindestens eine Steuerelement für das Kühlmedium als Absperrventil ausgebildet ist, wird es im ersten Zustand geöffnet und im zweiten Zustand geschlossen. Falls das mindestens eine Steuerelement für das Kühlmedium als Kühlmittelpumpe ausgebildet ist, wird es bzw. sie im ersten Zustand aktiviert und im zweiten Zustand deaktiviert.
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In einer Ausgestaltung liegt der mindestens Wärmeübertragungsbereich direkt an mindestens einem Wickelkopf einer Wicklung bzw. einer Spule der Elektromaschine, üblicherweise des ortsfesten Stators der Elektromaschine, an, wobei der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich die mindestens eine Wicklung üblicherweise berührt und sich mit ihr in thermischem Kontakt befindet. Weiterhin ist es möglich, dass der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich, insbesondere wenn er bspw. als Wärmeleitkörper ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist, in der mindestens einen Öffnung der Trennwand angeordnet ist. Der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich, insbesondere Wärmeleitkörper, ist bspw. als Kappe ausgebildet und in der mindestens einen Öffnung angeordnet.
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Falls der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich, insbesondere Wärmeleitkörper, bspw. als Kappe oder Formteil ausgebildet ist, ist es zusätzlich möglich, dass der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich bspw. durch die Dichtung in der Öffnung beaufschlagt und in Richtung der Wicklung parallel zu der Achse der Elektromaschine axial vorgespannt ist bzw. wird. Eine Vorspannkraft ergibt sich aus einer Konstruktion, aus mindestens einer axialen Toleranz und aus einer Federkennlinie der als Öldichtung zu bezeichnenden und/oder ausgebildeten Dichtung.
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Der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich aus einem wärmeleitenden Werkstoff und dessen Form sind auf eine optimale Wärmeübertragung ausgelegt. Falls der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich bspw. ein wärmeleitfähiges Metall wie Kupfer ist, kann er als Blech bereitgestellt und in der mindestens einen Öffnung angeordnet werden. Dabei ist auch eine Form und/oder Dicke, bspw. eine Blechstärke, des mindestens einen Wärmeübertragungsbereichs aus Metall auf eine optimale Wärmeübertragung ausgelegt. In Ausgestaltung ist der Wärmeübertragungsbereich aus Metall als tiefgezogene Kappe bzw. Metallkappe, bspw. als Kupferkappe, ausgebildet. Die Dichtung ist z. B. als O-Ring ausgebildet und trennt den Ölraum des Getriebes von einem Luftraum in der Elektromaschine. Die in einer üblicherweise runden bzw. kreisförmigen Öffnung angeordnete Dichtung ist gleichzeitig als Axialfeder für den mindestens einen Wärmeübertragungsbereich ausgebildet und trennt bzw. isoliert zudem die Trennwand bzw. das Gehäuse, die bzw. das z. B. aus Aluminium gebildet ist, vom dem bspw. als Kappe ausgebildeten mindestens einen Wärmeübertragungsbereich aus Kupfer, wobei mit der Dichtung zusätzlich eine Maßnahme gegen Spannungskorrosion realisierbar ist.
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Durch den guten Wärmeübergang von der Elektromaschine in das Getriebeöl über den mindestens einen Wärmeübertragungsbereich erreicht bzw. erreichen das Getriebeöl und/oder das Getriebe schneller eine jeweils vorgesehene Betriebstemperatur. Damit werden Verluste des Getriebes, bspw. bei einem Kaltstart des Systems, deutlich verbessert. Zusätzlich wird die Elektromaschine aufgrund der Wärme bzw. Abwärme, die zu dem Getriebeöl übertragen wird, zunächst passiv und/oder zumindest passiv gekühlt bzw. entwärmt, und benötigt keine elektrische Leistung zum Betrieb einer Kühlvorrichtung für das Getriebeöl. Das vorgestellte Verfahren zum Erwärmen des Getriebeöls kann ohne aktive Elemente umgesetzt werden.
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Eine Anzahl an Wärmeübertragungsbereichen, in Ausgestaltung eine Anzahl an Öffnungen und darin befindlichen Wärmeübertragungsbereichen, kann variiert werden. Dabei kann auch eine Anzahl an Durchbrüchen und darin angeordneten Kappen aus Metall variiert werden. Mit dem System ist eine Erwärmung des Getriebeöls ohne Leitungen, Ventile oder eine aufwändige Regelung möglich. Der mindestens eine üblicherweise metallische Wärmeübertragungsbereich kann als Kappe und/oder als ein Formteil ausgebildet sein, das weiterhin großflächig sein kann. Ein derartiges Formteil kann bezüglich eines Strömungsverlusts des Getriebeöls in dem mindestens einen Ölraum des Getriebes im Vergleich zu einer Kappe deutlich besser ausgelegt werden.
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In einer alternativen Ausgestaltung können mit einer speziellen Konstruktion des mindestens einen Wärmeübertragungsbereichs in der Trennwand bzw. in dem Gehäuse ebenfalls Strömungsverluste reduziert werden. Die Trennwand bzw. das Gehäuse kann in dem mindestens einen Wärmeübertragungsbereich geschlossen, jedoch mit einer minimalen Wandstärke der Trennwand und einem minimalen Luftspalt zu einer jeweiligen Wicklung ausgeführt sein, wobei der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich als Teil bzw. Abschnitt der Trennwand ausgebildet ist. In diesem Luftspalt kann weiterhin Wärmeleitpaste angeordnet sein bzw. werden, mit der ein Wärmeübergang von der Wicklung als möglichem mindestens einen Maschinenbauteil zu dem Wärmeübertragungsbereich ermöglicht wird. Es ist denkbar, dass die Elektromaschine und der Ölraum zumindest abschnittsweise bspw. lediglich durch einen Wärmeübertragungsbereich voneinander getrennt sind, der je nach Definition die Trennwand zwischen dem Ölraum und dem mindestens einen Maschinenbauteil der Elektromaschine bildet. In diesem Fall kann die Trennwand bzw. das Gehäuse in dem mindestens einen Wärmeübertragungsbereich im Vergleich zu weiteren Abschnitten der Trennwand bzw. des Gehäuses eine vergrößerte Oberfläche aufweisen, wobei zumindest auf einer Seite der Trennwand, d. h. auf einer Seite, die dem mindestens einen Maschinenbauteil zugewandt ist, und/oder auf einer Seite, die dem Ölraum zugewandt ist, Rippen als Bestandteile des mindestens einen Wärmeübertragungsbereichs angeordnet sind, über die die Wärme des mindestens einen Maschinenbauteils, bspw. der mindestens einen Wicklung gut zu dem Getriebeöl geleitet wird. Weiterhin ist es möglich, dass der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich von mindestens einem Abschnitt der Trennwand umschlossen ist, der die Wärme im Vergleich zu dem mindestens einen Wärmeübertragungsbereich weniger gut leitet. Die Trennwand weist in diesem mindestens einen Abschnitt bspw. eine größere Wandstärke als der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich und/oder eine glatte Oberfläche ohne Rippen auf. Hierbei ist es weiterhin möglich, dass Rippen des mindestens einen Wärmeübertragungsbereichs das mindestens eine Maschinenbauteil, bspw. die mindestens eine Wicklung, umschließen, wobei in dem Luftspalt bzw. einem entsprechenden Zwischenraum zwischen dem mindestens einen Wärmeübertragungsbereich und dem mindestens einen Maschinenbauteil die Wärmeleitpaste gefüllt und somit angeordnet ist.
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Das vorgestellte System mit der Elektromaschine und dem Getriebe ist zum Antreiben eines Fahrzeugs vorgesehen, das bspw. als Kraftfahrzeug bzw. Auto ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist, wobei die Elektromaschine dazu ausgebildet ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Das Getriebe ist dazu ausgebildet, die mechanische Energie auf Räder des Fahrzeugs zu übertragen.
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Es ist möglich, dass die Elektromaschine und/oder das Getriebe in mindestens einem Gehäuse angeordnet ist bzw. sind, das auch die Trennwand mit dem mindestens einen Wärmeübertragungsbereich aufweist, der in der mindestens einen Öffnung angeordnet sein kann. Dabei ist es möglich, dass die Elektromaschine und das Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, das auch die Trennwand mit dem mindestens einen Wärmeübertragungsbereich aufweist, wobei diese Trennwand die Elektromaschine und das Getriebe in dem gemeinsamen Gehäuse voneinander trennt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Elektromaschine in einem ersten Gehäuse, bspw. in einem ersten Innenraum, und das Getriebe in einem zweiten Gehäuse, bspw. in einem zweiten Innenraum, angeordnet ist, die durch den mindestens einen Wärmeübertragungsbereich einerseits voneinander räumlich getrennt und andererseits thermisch verbunden sind. In der Regel sind diese beiden Gehäuse durch die Trennwand mit dem mindestens einen Wärmeübertragungsbereich je nach Definition miteinander verbunden oder voneinander getrennt. Unabhängig von einer Ausgestaltung des mindestens einen Gehäuses für die Elektromaschine und das Getriebe sind die Elektromaschine und das Getriebe, die sich darin befinden, voneinander öldicht getrennt. Dabei können die Elektromaschine und das Getriebe in dem mindestens einen Gehäuse direkt nebeneinander integriert sein.
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Die Elektromaschine heizt sich im Betrieb abhängig von einer jeweiligen Leistung sehr schnell auf. Die dabei entstehende Wärme wird in dem System über den mindestens einen Wärmeübertragungsbereich in das Getriebeöl abgeführt bzw. abgeleitet. Wobei der mindestens eine Wärmeübertragungsbereich, der bspw. in der mindestens einen Öffnung der Trennwand angeordnet ist, ein Kühlsystem bzw. eine Kühlanordnung für die Elektromaschine bildet. Hierdurch ergibt sich, dass sich das Getriebeöl des Getriebes durch die Abwärme aus der Elektromaschine schnell aufwärmen bzw. aufheizen kann. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass ein Wirkungsgrad des Getriebes umso besser ist, je höher eine Temperatur des Getriebes bzw. des Getriebeöls ist. Somit ist es bei einem Start, insbesondere Kaltstart, des Getriebes möglich, dass es eine vorgesehene Betriebstemperatur schnell erreicht und somit sein Wirkungsgrad verbessert wird.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
- 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Detail aus 1.
- 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch 1.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
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Die in 1 schematisch dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 2 umfasst eine Elektromaschine 4 und ein Getriebe 6, die hier in einem Gehäuse 7 angeordnet sind, das von einer Außenwand 8 bzw. einer äußeren Wand umschlossen ist, von der hier mehrere Abschnitte gezeigt sind. Dabei ist die Elektromaschine 4 in einem ersten Innenraum 10 und das Getriebe 6 in einem zweiten Innenraum 12 angeordnet, wobei die beiden Innenräume 10, 12 von der Außenwand 8 umschlossen sind. Außerdem ist innerhalb des Gehäuses eine Trennwand 14 bzw. eine trennende Wand vorgesehen, die die beiden Innenräume 10, 12 und somit auch die Elektromaschine 4 und das Getriebe 6 voneinander trennt, wobei von der Trennwand 14 hier zwei Abschnitte gezeigt sind.
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Die Elektromaschine 4 weist als Maschinenbauteile einen Stator 16 und einen Rotor 18 auf. Der Rotor 18 umschließt eine erste Welle 22 und ist an dieser um eine erste Achse 24 drehbar befestigt, wobei die erste Welle 22 an einem äußeren Rand ein erstes Zahnrad 23 aufweist. Dabei umfasst der am Gehäuse 7 fest angeordnete Stator 16 Wicklungen 20a, 20b bzw. Spulen, die Permanentmagnete des Rotors 18 umschließen. Durch die Wicklungen 20a, 20b wird bei einem Betrieb der Elektromaschine 4 als Motor Strom geleitet, wodurch ein Magnetfeld induziert wird, wodurch der Rotor 18 in Rotation versetzt wird. Weiterhin ragt die Welle 22 durch eine Öffnung in der Trennwand 14 in den zweiten Innenraum 12 und somit in das Getriebe 6 hinein.
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Das Getriebe 6 weist eine zweite Welle 26 auf, die um eine zweite Achse 29 drehbar ist, wobei die zweite Welle 26 an einem äußeren Rand ein zweites Zahnrad 27 aufweist, das sich mit dem ersten Zahnrad 23 der ersten Welle 22 der Elektromaschine 4 in Eingriff befindet, wobei bei einem Betrieb der Elektromaschine 4 eine Drehung der ersten Welle 22 auf die zweite Welle 26 über die Zahnräder 23, 27 übertragen wird. Außerdem weist der zweite Innenraum 12 und somit das Getriebe 6 unten einen Ölraum 28 auf, der sich von einem Boden 30 des Getriebes 6 bis zu der ersten Welle 22 erstreckt und als Ölsumpf bzw. Ölwanne ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden kann. In dem Ölraum 28 befindet sich Getriebeöl zum Schmieren des Getriebes 6. Die Elektromaschine 4 außerhalb des Ölraums 28 grenzt hier unmittelbar an das Getriebe 6 mit dem Ölraum 28.
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Weiterhin wird auch auf 2 verwiesen, die ein Detail der 1 im Bereich des Ölraums 28 und einer hier unten angeordneten Wicklung 20a des Stators 16 zeigt. Der erste Innenraum 10 mit der Wicklung 20a und der Ölraum 28 sind hier durch die Trennwand 14 voneinander getrennt. Dabei weist die hier aus Aluminium gebildete Trennwand 14 eine rotationssymmetrische Öffnung 32a auf, die als Durchbruch ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden kann. Die Öffnung 32a weist zwei zylinderförmige Innenwände 46, 48 auf, wobei eine erste Innenwand 46 dem ersten Innenraum 10 und somit der Elektromaschine 4 zugewandt ist. Eine zweite Innenwand 48 ist dem Ölraum 28 zugewandt und weist einen kleineren Radius als die erste Innenwand 46 auf. Ein Übergang 50 zwischen den beiden Innenwänden 46, 48 ist hier kreisringförmig ausgebildet.
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In der Öffnung 32a sind eine Kappe aus Kupfer als Wärmeübertragungsbereich 34 und eine Dichtung 36 angeordnet, die die Öffnung 32a verschließen, wobei die Dichtung 36 den Wärmeübertragungsbereich 34 umschließt und den ersten Innenraum 10 mit der Elektromaschine 4 von dem Ölraum 28 öldicht trennt, wobei ein Austritt von Getriebeöl aus dem Ölraum 28 in den ersten Innenraum 10 mit der Elektromaschine 4 vermieden wird. Außerdem dient die Dichtung 36 hier als Axialfeder und drückt den Wärmeübertragungsbereich 34 auf die Wicklung 20a bzw. einen entsprechenden Wickelkopf, wobei sich die Wicklung 20a und der Wärmeübertragungsbereich 34 berühren und in unmittelbarem thermischen Kontakt befinden.
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Der Wärmeübertragungsbereich 34 ist hier rotationssymmetrisch ausgebildet und weist einen kreisförmigen Boden 40 und einen zylinderförmigen Mantel 42 mit einem umlaufenden Wulst 44 auf, der als kreisringförmige Ausstülpung des Mantels 42 ausgebildet ist. Dabei ist die hier als O-Ring ausgebildete Dichtung 36 zwischen dem Wulst 44 des Wärmeübertragungsbereichs 34 und dem Übergang 50 zwischen den beiden Innenwänden 46, 48 der Öffnung 32a angeordnet.
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Außerdem bilden der Wärmeübertragungsbereich 34 und Abschnitte der Trennwand 14 eine Begrenzungswand des Ölraums 28, wobei sich das darin befindliche Getriebeöl in unmittelbarem bzw. direktem thermischen Kontakt mit dem Wärmeübertragungsbereich 34 und somit auch in mittelbarem bzw. indirektem thermischen Kontakt mit der Wicklung 20a befindet.
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3 zeigt einen Schnitt durch die Trennwand 14. Dabei weist die Trennwand neben der ersten Öffnung 32a weitere Öffnungen 32b, 32c, 32d, 32e auf, wobei sich in jeder der hier insgesamt fünf Öffnungen 32a, 32b, 32c, 32d, 32e ein Wärmeübertragungsbereich 34 und eine Dichtung 36 befinden. Außerdem ist hier ein Pegel 38 des Getriebeöls in dem Ölraum 28 und somit ein Ölstand angedeutet. Dabei ist jeder Wärmeübertragungsbereich 34 in einer Öffnung 32a, 32b, 32c, 32d, 32e einerseits mit jeweils einer Wicklung 20a, 20b des Stators 16 und andererseits mit dem Getriebeöl in dem Ölraum 28 in thermischem Kontakt.
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Wenn sich die Elektromaschine 4 in Betrieb befindet, sobald sie gestartet worden ist, werden die Wicklungen 20a, 20b aufgrund des Stroms, der durch sie fließt, erwärmt. Eine dabei erzeugte Wärme bzw. Abwärme wird über jeweils einen Wärmeübertragungsbereich 34 zu dem Getriebeöl in dem Ölraum 28 übertragen, wobei das Getriebeöl durch die Wärme der Wicklungen 20a, 20b erwärmt wird und bereits kurz nach einem Start der Elektromaschine 4 eine vorgesehene Betriebstemperatur erreichen kann, wodurch das Getriebe 6 gut geschmiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- System
- 4
- Elektromaschine
- 6
- Getriebe
- 7
- Gehäuse
- 8
- Außenwand
- 10, 12
- Innenraum
- 14
- Trennwand
- 16
- Stator
- 18
- Rotor
- 20a, 20b
- Wicklung
- 22
- Welle
- 23
- Zahnrad
- 24
- Achse
- 26
- Welle
- 27
- Zahnrad
- 28
- Ölraum
- 29
- Achse
- 30
- Boden
- 32a, 32b 32c, 32d, 32e
- Öffnung
- 34
- Wärmeübertragungsbereich
- 36
- Dichtung
- 38
- Pegel
- 40
- Boden
- 42
- Mantel
- 44
- Wulst
- 46, 48
- Innenwand
- 50
- Übergang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005059162 A1 [0003]
- DE 102011115279 A1 [0004]
- WO 0143260 A1 [0005]
