DE102019107740A1

DE102019107740A1 - Elektrische Radantriebseinheit zum Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102019107740A1
Application number: DE102019107740.0A
Authority: DE
Inventors: Philippe Wagner; Aurelien Grauss; Simon ORTMANN; Laurent Ineichen
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2020-10-01
Also published as: JP2022527158A; CN113518728A; US20220145954A1; WO2020192820A3; EP3947069A2; WO2020192820A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Radantriebseinheit (1) zum Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeuges aufweisend:- eine Bremsvorrichtung (2) zum Abbremsen der elektrischen Radantriebseinheit (1) während des Betriebes,- ein Gehäuse (3), welches in seinem Inneren (I) die Bremsvorrichtung (2) aufnimmt,- wobei die Bremsvorrichtung (2) ausgebildet ist, Bewegungsenergie in Wärme umzuwandeln, um zu bremsen, und ein Fluid in axialer Richtung (A) anzusaugen und in radialer Richtung (R) zu fördern, um die Bremsvorrichtung (2) durch einen größtenteils radial ausgerichteten Fluidstrom, der durch die Bremsvorrichtung (2) hindurch strömt, zu kühlen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Radantriebseinheit zum Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeuges.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Lösungen für Bremssysteme bei Radantrieben bekannt, so z. B. Scheibenbremsen.
Insbesondere ist der thermische Aushalt ein Schwerpunkt bei der Entwicklung einer Bremse. In heutigen Bremssystemen wird die Bremsscheibe (oder Trommel) über den Luftstrom, der bei Bewegung des Fahrzeugs entsteht, gekühlt.
Bei einer elektrische Radantriebseinheit (z. B. E-Wheel) existiert das Problem, dass die Bremse bzw. eine Bremsvorrichtung in einem Gehäuse der Radantriebseinheit integriert ist, und somit nicht von einem Luftstrom gekühlt werden kann, der durch die Bewegung des Fahrzeugs entsteht.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Radantriebseinheit zum Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeuges anzugeben, welche eine Luftkühlung einer Bremsvorrichtung gewährleistet, vorzugsweise kostengünstig und einfach herstellbar bzw. montierbar ist sowie vorzugsweise bauraumsparend im zur Verfügung stehenden Bauraum angeordnet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß umfasst bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine elektrische Radantriebseinheit zum Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeuges:

- eine Bremsvorrichtung zum Abbremsen der elektrischen Radantriebseinheit während des Betriebes, und
- ein Gehäuse, welches in seinem Inneren die Bremsvorrichtung aufnimmt.

Günstigerweise umschließt das Gehäuse die Bremsvorrichtung vollständig. Somit ist die Bremsvorrichtung also innerhalb des Gehäuses eingeschlossen.
Bevorzugterweise ist die Bremsvorrichtung ausgebildet, Bewegungsenergie in Wärme umzuwandeln, um zu bremsen, und ein Fluid in axialer Richtung anzusaugen und in radialer Richtung zu fördern, um die Bremsvorrichtung durch einen größtenteils radial ausgerichteten Fluidstrom, der durch die Bremsvorrichtung hindurch strömt, zu kühlen.
Unter „größtenteils“ wird in der vorliegenden Beschreibung günstigerweise verstanden, dass ein radial ausgerichteter Fluidstrom auch eine axial ausgerichtete Strömungskomponente neben der radial ausgerichteten Strömungskomponente umfassen kann. Hierbei ist vorzugsweise der Anteil der axial ausgerichteten Komponente am gesamten Fluidstrom maximal 10 %.
Auch ist es möglich, dass die Bremsvorrichtung ausgebildet ist, ein Fluid in axialer Richtung zu fördern, um die Bremsvorrichtung durch einen weiteren Fluidstrom, der außen entlang der Bremsvorrichtung strömt, zu kühlen.
In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse ausgebildet ist, den axialen Fluidstrom außen entlang der Bremsvorrichtung zu führen.
Vorteilhafterweise weist die Bremsvorrichtung ein erstes Bremselement zum Umwandeln von Bewegungsenergie in Wärme auf.
Vorzugsweise ist das erste Bremselement radial außen an einem dritten Bremselement, insbesondere ausgebildet als Außenlamellenträger, befestigt.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das erste Bremselement relativ zum Gehäuse drehbar ist.
Auch ist es günstig, wenn das erste Bremselement als Bremsscheibe und bevorzugterweise als Laufrad einer Kreiselpumpe ausgebildet ist. Auf diese Weise kann das erste Bremselement gleichzeitig zwei Aufgaben erfüllen, nämlich eine Bremsaufgabe und eine Förderaufgabe. So ist es also möglich, dass das erste Bremselement Wärme dadurch abgibt, indem ein Fluidstrom aktiv durch das erste Bremselement hindurch gefördert wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste Bremselement mindestens einen Durchlass in radialer Richtung umfasst. Dieser Durchlass dient dazu, einen Fluidstrom zu etablieren, der durch das erste Bremselement hindurchströmt. Somit kann das erste Bremselement aktiv gekühlt werden.
Des Weiteren ist es günstig, wenn das erste Bremselement diverse Durchlässe aufweist, die in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen zueinander oder gleich zueinander beabstandet sind. Somit kann die aktive Kühlung verbessert werden.
Günstigerweise weist der mindestens eine Durchlass des ersten Bremselements eine Fluideingangsöffnung und eine Fluidausgangsöffnung auf, zwischen denen ein Fluid im Betrieb der Bremsvorrichtung strömt.
Vorteilhafterweise ist die Fluideingangsöffnung radial innen im Vergleich zur Fluidausgangsöffnung angeordnet.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Fläche der Fluideingangsöffnung kleiner ausgebildet ist als die Fläche der Fluidausgangsöffnung. Dadurch kann eine zusätzlich Sogwirkung generiert werden, wodurch der Fluidstrom durch den mindestens einen Durchlass hindurch sicher gewährleistbar und verbesserbar ist.
Ferner ist es günstig, wenn die Fluidausgangsöffnung an einen zweiten Durchgang eines dritten Bremselements angepasst, insbesondere geometrisch angepasst, ist.
Günstigerweise ist die Fluideingangsöffnung an einen ersten Durchgang eines zweiten Bremselements angepasst, insbesondere geometrisch angepasst.
In der vorliegenden Beschreibung wird vorzugsweise unter „geometrisch angepasst“ verstanden, dass das eine Bauteil / Element / Öffnung an das andere Bauteil / Element / Öffnung hinsichtlich Form und/oder Größe angepasst ist.
Bevorzugterweise ist der mindestens eine Durchlass konisch ausgebildet, wobei vorzugsweise der mindestens eine Durchlass von radial außen nach radial innen als Kegelstumpf ausgebildet ist, der auf eine theoretische Kegelspitze nach radial innen zuläuft.
Auch ist bevorzugt, dass der mindestens eine Durchlass in axialer Richtung geneigt ist.
Vorzugsweise schließt der mindestens eine Durchlass einen Winkel zwischen 5 und 25 Grad, bevorzugterweise einen Winkel von 15 Grad, zu einer Senkrechten ein, die senkrecht zu einer Geraden orientiert ist, die sich in axialer Richtung erstreckt. Auf diese Weise kann ein Fluidstrom durch das erste Bremselement hindurch generiert werden, der größtenteils in radialer Richtung strömt und vorzugsweise dabei eine axial ausgerichtete Komponente von maximal 10 % am gesamten Fluidstrom aufweist.
Durch die geneigte Ausbildung kann das Abströmen von Fluid erleichtert werden, ohne dass sich dieses bei bloßer radialer Ausrichtung des mindestens einen Durchlasses radial außen staut.
Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Durchlass im Querschnitt in axialer Richtung L-förmig ausgebildet ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der kurze Schenkel der L-förmigen Ausbildung eine Fluidausgangsöffnung bildet.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Spitze des langen Schenkels der L-förmigen Ausbildung an der Seite, die dem kurzen Schenkel der L-förmigen Ausbildung abgewandt ist, eine Fluideingangsöffnung bildet.
Auch kann vorgesehen sein, dass sich der kurze Schenkel der L-förmigen Ausbildung in die Richtung von dem langen Schenkel der L-förmigen Ausbildung wegerstreckt, welche vorzugsweise der Förderrichtung eines zu fördernden Fluids entspricht.
Bevorzugterweise weist die Bremsvorrichtung ein zweites Bremselement auf.
Ferner ist bevorzugt, dass das zweite Bremselement mindestens einen ersten Durchgang in radialer Richtung aufweist. Durch diesen kann Fluid strömen, um eine Kühlung für die Bremsvorrichtung zu gewährleisten.
Vorzugsweise weist das zweite Bremselement diverse erste Durchgänge auf, die in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen zueinander oder gleich zueinander beabstandet sind. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Wärmeabfuhr gewährleistet werden.
Vorteilhafterweise weist der mindestens eine erste Durchgang eine Fläche zum Durchströmen eines Fluids auf, die an eine Fluideingangsöffnung des ersten Bremselements angepasst ist, insbesondere geometrisch angepasst ist.
Auch ist es von Vorteil, wenn in einem Zustand der mindestens eine erste Durchgang und eine Fluideingangsöffnung des ersten Bremselements fluchten. Auf diese Weise kann ein Fluidstrom bzw. ein Fluid durch den mindestens einen ersten Durchgang und die Fluideingangsöffnung strömen.
Bevorzugterweise weist das zweite Bremselement mindestens eine erste Axialpassage in axialer Richtung auf. Auch durch die mindestens eine erste Axialpassage kann Fluid strömen, um eine Kühlung für die Bremsvorrichtung zu gewährleisten.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das zweite Bremselement diverse erste Axialpassagen aufweist, die in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen zueinander oder gleich zueinander beabstandet sind. Auf diese Weise kann ein gleichmäßiger Fluidstrom in axialer Richtung realisiert werden.
Vorzugsweise ist das zweite Bremselement nicht relativ zum Gehäuse drehbar. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das zweite Bremselement vorzugsweise starr mit dem Gehäuse verbunden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das zweite Bremselement einen Lamellenträger umfasst, insbesondere einen Innenlamellenträger.
Auch ist es möglich, dass das zweite Bremselement ein Gegendruckelement umfasst. Gegen das Gegendruckelement können Lamellen eines Lamellenträgers gedrückt werden.
Vorteilhafterweise ist der Lamellenträger des zweiten Bremselements am Gegendruckelement befestigt.
Ferner ist es bevorzugt, dass die mindestens eine erste Axialpassage in axialer Richtung sich durch den Lamellenträger und durch das Gegendruckelement erstreckt. Somit kann ein Fluidstrom durch die Innenlamellenträger und das Gegendruckelement treten.
Bevorzugterweise ist zwischen Lamellen des Lamellenträgers und dem Gegendruckelement ein Reibbelag angeordnet. Mit diesem ist die Reibung bzw. ein Reibwert zwischen den beiden genannten Bauteilen einstellbar.
Vorzugsweise ist die mindestens eine erste Axialpassage an mindestens eine zweite Axialpassage eines dritten Bremselements angepasst, insbesondere geometrisch angepasst ist. Durch die Anpassung kann ein Fluidstrom durch alle Axialpassagen hindurchtreten bzw. strömen.
Auch ist bevorzugt, dass die Bremsvorrichtung ein drittes Bremselement aufweist.
Es kann vorgesehen sein, dass das dritte Bremselement mindestens einen zweiten Durchgang in radialer Richtung aufweist. Somit ist es also möglich, dass ein Fluidstrom in radialer Richtung durch das dritte Bremselement strömen kann.
Vorteilhafterweise weist das dritte Bremselement diverse zweite Durchgänge auf, die in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen zueinander oder gleich zueinander beabstandet sind. Dies gewährleistet eine kontinuierliche und gleichmäßige Kühlung.
Auch ist es von Vorteil, wenn der mindestens eine zweite Durchgang eine Fläche zum Durchströmen eines Fluids aufweist, die an eine Fluidausgangsöffnung des ersten Bremselements angepasst ist, insbesondere geometrisch angepasst ist. Somit kann das Strömungsverhalten angepasst und verbessert werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das erste Bremselement und das dritte Bremselement derart aneinander befestigt sind, dass der mindestens eine zweite Durchgang und die Fluidausgangsöffnung des mindestens einen Durchlasses fluchten, um ein Hindurchströmen von Fluid zu gewährleisten.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Bremsvorrichtung ein drittes Bremselement aufweist.
Bevorzugterweise weist das dritte Bremselement mindestens eine zweite Axialpassage in axialer Richtung auf. Auf diese Weise kann ein Fluidstrom auch in axialer Richtung durch das dritte Bremselement strömen.
Vorzugsweise weist das dritte Bremselement diverse zweite Axialpassagen auf, die in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen zueinander oder gleich zueinander beabstandet sind. Somit kann in axialer Richtung ein gleichmäßiger und kontinuierlicher Fluidstrom erzeugt werden.
Auch ist es von Vorteil, wenn die mindestens eine zweite Axialpassage an mindestens eine erste Axialpassage eines zweiten Bremselements angepasst ist, insbesondere geometrisch angepasst ist. Diese Ausbildung sorgt dafür, dass ein Fluidstrom durch mehrere Elemente bzw. Bauteile hindurchströmen kann.
Vorteilhafterweise fluchten in einem Zustand die mindestens eine zweite Axialpassage und die mindestens eine erste Axialpassage. Eben in diesem Zustand kann Fluid durch beide Axialpassagen strömen.
Ferner ist es möglich, dass das dritte Bremselement relativ zum Gehäuse drehbar ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass das dritte Bremselement als Lamellenträger, insbesondere als Außenlamellenträger, ausgebildet ist.
Günstigerweise weist die elektrische Radantriebseinheit ein Radträgerelement auf, an welchem die Bremsvorrichtung teilweise angebunden ist.
Ferner ist es günstig, wenn das erste Bremselement der Bremsvorrichtung, insbesondere der Innenlamellenträger und/oder das Gegendruckelement, mit dem Radträgerelement, bevorzugterweise formschlüssig, verbunden ist. Somit können Kräfte auf einfache Weise und sicher sowie verlustfrei übertragen werden.
Auch kann vorgesehen sein, dass das Radträgerelement nicht relativ zum Gehäuse drehbar ist und/oder das erste Bremselement mit dem Radträgerelement verbunden ist, insbesondere unmittelbar.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das erste, zweite und dritte Bremselement derart zueinander ausgerichtet sind, dass Kräfte zwischen den Bremselementen übertragbar sind. Somit kann eine Bremswirkung bewirkt werden.
Ferner ist bevorzugt, dass die Bremsvorrichtung ein Druckelement umfasst, das mit dem ersten Bremselement in Wirkverbindung bringbar ist. Mithilfe des Druckelements ist eine aktive Aktivierung der Bremsvorrichtung möglich.
Bevorzugterweise ist zwischen dem Druckelement und dem Lamellenträger des ersten Bremselements ein Reibbelag angeordnet. Mit diesem ist die Reibung bzw. der Reibwert zwischen den genannten Bauteilen einstellbar.
Auch kann vorgesehen sein, dass das Druckelement derart angeordnet und ausgebildet ist, dass auf den Lamellenträger des zweiten Bremselements eine Kraft ausübbar ist, sodass eine relative Drehung des als Lamellenträger ausgebildeten dritten Bremselements gegenüber dem Lamellenträger des zweiten Bremselements unterbindbar ist. Mit anderen Worten wird hier ein Bremsvorgang beschrieben, bei dem die relative Geschwindigkeit des zweiten und dritten Bremselement aneinander angeglichen wird.
Vorzugsweise ist durch Verschiebung des Druckelements in axialer Richtung mittels einer Nehmervorrichtung, insbesondere eines Nehmerzylinders, das erste Bremselement mit dem zweiten Bremselement und mit dem dritten Bremselement in Kontakt bringbar und voneinander lösbar ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist das Druckelement mittelbar und dichtend am ersten Bremselement anordenbar, sodass vorzugsweise bei Verschiebung des Druckelements in axialer Richtung und in Richtung des ersten Bremselements in einem Innenraum zwischen Druckelement und erstem Bremselement die Ausweichmöglichkeiten für ein strömendes Fluid bzw. für Luft, das/die von innen nach radial außen durch das erste Bremselement gefördert wird, begrenzbar sind. Auf diese Weise kann die Sogwirkung des rotierenden ersten Bremselements mit seinen mindestens einen Durchlass verstärkt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann durch das dichtende Anliegen des Druckelements ein stabilerer Unterdruck zwischen dem ersten Bremselement und dem Druckelement erzielt werden, wodurch ein Luftstrom mit hoher Kühlwirkung generierbar ist.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn zwischen dem Druckelement, dem ersten Bremselement und dem zweiten Bremselement ein Innenraum ausgebildet ist, dessen Dichtheit durch Verschiebung des Druckelements, insbesondere in Richtung des ersten Bremselements, erhöhbar ist, sodass Ausweichmöglichkeiten für ein strömendes Fluid bzw. für Luft, das/die von innen nach radial außen durch das erste Bremselement gefördert wird, begrenzbar sind. Somit ist es möglich, die Sogwirkung des rotierenden ersten Bremselements mit seinen mindestens einen Durchlass zu verstärken, um einen stabileren Unterdruck zwischen dem ersten Bremselement, dem Druckelement und dem zweiten Bremselement zu gewährleisten. Auch ist dadurch eine verbesserte Durchströmung des mindestens einen Durchlasses erreichbar, und somit ist ein Luftstrom mit hoher Kühlwirkung generierbar.
Vorzugsweise wird das dichtende Anliegen des Druckelements am ersten Bremselement, wobei ein Reibbelag dazwischen angeordnet sein kann, beim Erzeugen einer Bremskraft oder bevorzugterweise nur beim Erzeugen einer Bremskraft gewährleistet bzw. realisiert. Vorzugsweise bewegt sich das Druckelement in Richtung des ersten Bremselements um eine Bremskraft zu erzeugen.
Ferner ist bevorzugt, dass das erste und dritte Bremselement, mit welchen ein Rad verbindbar ist, relativ zum Gehäuse und zum zweiten Bremselement drehbar ist.
Betreffend das Gehäuse ist es von Vorteil, wenn dieses mindestens eine Axialöffnung aufweist, um Fluid anzusaugen.
Vorteilhafterweise weist das Gehäuse mindestens eine Radialöffnung auf, um angesaugtes Fluid abzugeben.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Radialöffnung axial zur Bremsvorrichtung versetzt ist, sodass angesaugtes Fluid in axialer Richtung an der Bremsvorrichtung vorbeiströmen muss.
Durch die Kombination von Axial- und Radialöffnungen kann das Innere der Bremsvorrichtung und deren Äußeres gekühlt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse ausgebildet ist, den axialen Fluidstrom durch die Axialöffnungen außen entlang der Bremsvorrichtung zu führen. Auch kann durch den außerhalb der Bremsvorrichtung geführten axialen Fluidstrom dem radial geförderten Fluidstrom, welcher eine deutlich größere Wärmemenge beim Kühlen der Bremsvorrichtung aufgenommen hat, eine axiale Geschwindigkeitskomponente hinzugefügt werden. Dadurch ist der Abtransport von warmen Fluid radial außerhalb der Bremsvorrichtung schnell gewährleistbar, sodass kein Wärmestau entstehen kann.
Vorzugsweise umfasst die Bremsvorrichtung eine Saugseite und eine Druckseite, wobei vorzugsweise die Saugseite radial innen und im Vergleich dazu die Druckseite radial außen und bevorzugterweise auch axial außen angeordnet ist.
Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.
Dieser Gedanke besteht vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - darin, in einer elektrischen Radantriebseinheit bzw. in einem sogenannten E-Wheel eine aktive Luftkühlung einer Bremsvorrichtung bzw. einer Bremsscheibe zu erzeugen.
Bevorzugterweise wird ein Unterdruckbereich im Inneren eines Innenlamellenträgers bzw. eines zweiten Bremselements erzeugt, um kühle Luft von außen anzusaugen.
Diese kühle Luft wird vorzugsweise dann durch die Bremsscheibe bzw. durch das erste Bremselement und zwischen einem Außenlamellenträger / einem dritten Bremselement und einem Gehäuse der elektrischen Radantriebseinheit gefördert, um diese zu kühlen.
Schließlich wird vorzugsweise die erwähnte Luft über Öffnungen bzw. Radialöffnungen im Gehäuse rausgefördert (Unterdruck im Inneren, Überdruck außen).
Hierbei bedient sich die vorliegende Erfindung vorzugsweise dem sogenannten Fliehkraftpum pen-Effekt.
Um diesen Effekt zu realisieren, ist vorteilhafterweise in der Bremsscheibe bzw. in dem ersten Bremselement, das vorzugsweise auf dem drehenden Außenlamellenträger / dem dritten Bremselement montiert ist, mindestens ein Kanal bzw. mindestens ein Durchlass angeordnet, sodass über Zentrifugalkräften die Luft von innen nach au-ßen gefördert werden kann.
Der Innenlammelenträger bzw. das zweite Bremselement wird günstigerweise radial mit Öffnungen bzw. mit diversen ersten Durchgängen gestaltet, sodass die Luft hindurch strömen kann (kann ebenfalls auch am Außenlamellenträger hinzugefügt werden).
Das gleiche wird vorzugsweise auch axial gemacht, damit die Luft auch zwischen Innenlamellenträger bzw. dem zweiten Bremselement und dem Gehäuse der elektrischen Radantriebseinheit gefördert werden kann.
Ein Drucktopf dient vorteilhafterweise dazu, beide Räume (Unterdruck & Überdruck) voneinander zu trennen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:

1 eine Schnittansicht auf ein erfindungsgemäße elektrische Radantriebseinheit;
2 eine räumliche Ansicht auf die Radantriebseinheit aus 1 mit Pfeilen zur Darstellung der Fluidströmung; und
3 dieselbe Ansicht wie in 1, jedoch ohne Bezugszeichen dafür mit Pfeilen zur Darstellung der Fluidströmung.

In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
1 zeigt eine Schnittansicht auf eine erfindungsgemäße elektrische Radantriebseinheit 1, wobei 2 eine räumliche Ansicht auf die Radantriebseinheit 1 aus 1 mit Pfeilen zur Darstellung der Fluidströmung darstellt.
Des Weiteren zeigt 3 dieselbe Ansicht wie in 1, jedoch ohne Bezugszeichen dafür mit Pfeilen zur Darstellung der Fluidströmung.
Der Einfachheit halber werden nachfolgend alle drei Figuren gleichzeitig beschrieben.
Wie den 1 bis 3 entnommen werden kann, weist eine elektrische Radantriebseinheit 1 zum Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeuges eine Bremsvorrichtung 2 zum Abbremsen der elektrischen Radantriebseinheit 1 während des Betriebes auf.
Die Radantriebseinheit 1 hat ein Gehäuse 3, welches in seinem Inneren I die Bremsvorrichtung 2 aufnimmt.
Hierbei ist die Bremsvorrichtung 2 ausgebildet, Bewegungsenergie in Wärme umzuwandeln, um zu bremsen, und ein Fluid in axialer Richtung A anzusaugen und in radialer Richtung R zu fördern, um die Bremsvorrichtung 2 durch einen größtenteils radial ausgerichteten Fluidstrom, der durch die Bremsvorrichtung 2 hindurch strömt, zu kühlen (vgl. 3).
Ferner ist die Bremsvorrichtung 2 ausgebildet, ein Fluid in axialer Richtung A zu fördern, um die Bremsvorrichtung 2 durch einen weiteren Fluidstrom, der außen entlang der Bremsvorrichtung 2 strömt, zu kühlen (vgl. 3). Dabei ist das Gehäuse 3 ausgebildet, den axialen Fluidstrom außen entlang der Bremsvorrichtung 2 zu führen.
Die Bremsvorrichtung 2 hat ein erstes Bremselement 4, ein zweites Bremselement 5 und ein drittes Bremselement 6.
Das erste Bremselement 4 dient dem Umwandeln von Bewegungsenergie in Wärme, wobei es radial außen an dem dritten Bremselement 6, ausgebildet als Außenlamellenträger, befestigt ist.
Präzise geschildert, ist das erste Bremselement 4 als Bremsscheibe und als Laufrad einer Kreiselpumpe ausgebildet, sodass die Bremsvorrichtung 2 eine Saugseite und eine Druckseite hat.
Dabei ist die Saugseite radial innen und im Vergleich dazu die Druckseite radial außen angeordnet (vgl. 3).
Wie den 1 bis 3 entnommen werden kann, hat das erste Bremselement 4 diverse Durchlässe 7 in radialer Richtung R, die in Umfangsrichtung U in regelmäßigen Abständen zueinander beabstandet sind.
Dabei hat jeder Durchlass 7 eine Fluideingangsöffnung 8 und eine Fluidausgangsöffnung 9, zwischen denen ein Fluid im Betrieb der Bremsvorrichtung 2 strömt. Denn durch Rotation des ersten Bremselement 4 erfährt ein Fluid innerhalb der Durchlässe 7 eine Zentrifugalkraft, wodurch das Fluid von innen nach außen gefördert wird bzw. strömt.
Ferner ist in den Figuren gezeigt, dass die Fluideingangsöffnung 8 radial innen im Vergleich zur Fluidausgangsöffnung 9 angeordnet ist, wobei die Fläche der Fluideingangsöffnung 8 kleiner ausgebildet ist als die Fläche der Fluidausgangsöffnung 9. Somit kann auf eine Weise die Sogwirkung verbessert werden.
Jede Fluidausgangsöffnung 9 ist an zweite Durchgänge 15 des dritten Bremselements 6 und jede Fluideingangsöffnung 8 an erste Durchgänge 10 des zweiten Bremselements 5 geometrisch angepasst, d.h. hinsichtlich Größe und Form.
Des Weiteren ist insbesondere in 1 dargestellt, dass ein Durchlass bzw. jeder Durchlass 7 konisch und von radial außen nach radial innen als Kegelstumpf ausgebildet ist, der auf eine theoretische Kegelspitze nach radial innen zuläuft.
Auch ist der exemplarisch dargestellte Durchlass 7 in axialer Richtung A geneigt, wobei der Durchlass 7 einen Winkel von 15 Grad zu einer Senkrechten einschließt, die senkrecht zu einer Geraden orientiert ist, die sich in axialer Richtung A erstreckt.
Zudem zeigt 1, dass der Durchlass 7 im Querschnitt in axialer Richtung A L-förmig ausgebildet ist, wobei der kurze Schenkel der L-förmigen Ausbildung eine Fluidausgangsöffnung 9 und die Spitze des langen Schenkels der L-förmigen Ausbildung an der Seite, die dem kurzen Schenkel der L-förmigen Ausbildung abgewandt ist, eine Fluideingangsöffnung 8 bildet.
Hierbei erstreckt sich der kurze Schenkel der L-förmigen Ausbildung in die Richtung von dem langen Schenkel der L-förmigen Ausbildung weg, welche der Förderrichtung eines zu fördernden Fluids entspricht (vergleiche insbesondere 3 mit einer exemplarischen Darstellung einer Fluidströmung durch die elektrische Radantriebseinheit 1).
Wie bereits erwähnt und wie den Figuren gezeigt, hat die Bremsvorrichtung 2 ein zweites Bremselement 5, das diverse erste Durchgänge 10 aufweist, die in Umfangsrichtung U in regelmäßigen Abständen zueinander beabstandet sind.
Dabei hat jeder Durchgang 10 eine Fläche zum Durchströmen eines Fluids, die an die Fluideingangsöffnung 8 des ersten Bremselements 4 geometrisch angepasst ist.
In einem Zustand fluchten ein erster Durchgang 10 und eine Fluideingangsöffnung 8 des ersten Bremselements 4. Auf diese Weise kann ein Fluidstrom von dem ersten Durchgang 10 zu der Fluideingangsöffnung 8 strömen.
Wie ferner den 1 bis 3 entnommen werden kann, hat das zweite Bremselement 5 diverse erste Axialpassagen 11, die in Umfangsrichtung U in regelmäßigen Abständen zueinander beabstandet sind.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel setzt sich das zweite Bremselement 5 aus einem Innenlamellenträger 12 und einem Gegendruckelement 13 zusammen, wobei der Lamellenträger 12 am Gegendruckelement 13 befestigt ist. Das Gegendruckelement 13 dient dazu, Lamellen einen Anschlag zu geben, gegen welchen diese verrückbar sind.
Die erste Axialpassage 11 erstreckt sich in axialer Richtung A durch den Lamellenträger 12 und durch das Gegendruckelement 13.
Zwischen den Lamellen des Lamellenträgers 12 und dem Gegendruckelement 13 ist ein Reibbelag 14 angeordnet, mit welchem die Reibung bzw. der Reibwert zwischen den genannten Elementen gezielt einstellbar ist.
Auch ist insbesondere in 2 zu erkennen, dass die erste Axialpassage 11 an eine zweite Axialpassage 16 des dritten Bremselements 6 geometrisch angepasst ist, d.h. also hinsichtlich Größe und Form.
Ferner zeigen alle Figuren, dass - wie bereits erwähnt - die Bremsvorrichtung 2 ein drittes Bremselement 6 hat, das diverse zweite Durchgänge 15 aufweist, die in Umfangsrichtung U in regelmäßigen Abständen zueinander beabstandet sind.
Hierbei hat jeder zweite Durchgang 15 eine Fläche zum Durchströmen eines Fluids, die an die Fluidausgangsöffnung 10 des ersten Bremselements 4 geometrisch, also hinsichtlich Form und Größe, angepasst ist.
2 zeigt, dass das erste Bremselement 4 und das dritte Bremselement 6 derart aneinander befestigt sind, dass jeder zweite Durchgang 15 und jede Fluidausgangsöffnung 9 fluchten, um ein Hindurchströmen von Fluid zu gewährleisten.
Des Weiteren hat das dritte Bremselement 6 diverse zweite Axialpassagen 16, die in Umfangsrichtung U in regelmäßigen Abständen zueinander beabstandet sind.
Auch ist jede zweite Axialpassage 16 an jede erste Axialpassage 11 des zweiten Bremselements 5 geometrisch hinsichtlich Größe und Form angepasst, um einen kontinuierlichen Fluidstrom bestmöglich zu gewährleisten.
Dabei existiert ein Zustand, in welchem die zweiten Axialpassagen 16 und die ersten Axialpassagen 11 fluchten, wodurch ein Fluidstrom durch beide Axialpassagen 16, 11 ermöglicht wird.
Auch ist den 1 bis 3 zu entnehmen, dass das dritte Bremselement 6 als Außenlamellenträger ausgebildet ist.
Ferner hat, wie in 1 gezeigt, die elektrische Radantriebseinheit 1 ein Radträgerelement 19, an welchem die Bremsvorrichtung 2 teilweise angebunden ist, wobei der Innenlamellenträger 12 und das Gegendruckelement 13 mit dem Radträgerelement 19 formschlüssig verbunden sind.
Während das erste und dritte Bremselement 4, 6 relativ zum Gehäuse 3 drehbar sind, sind das zweite Bremselement 5 und das Radträgerelement 19 nicht relativ zum Gehäuse 3 drehbar, wobei das zweite Bremselement 5 mit dem Radträgerelement 19 unmittelbar verbunden ist.
Auch zeigen 1 und 3, dass das erste, zweite und dritte Bremselement 4, 5, 6 derart zueinander ausgerichtet sind, dass Kräfte zwischen den Bremselementen 4, 5, 6 übertragbar sind.
Ferner zeigt 1, dass die Bremsvorrichtung 2 ein Druckelement 17 umfasst, das mit dem zweiten Bremselement 5 in Wirkverbindung bringbar ist, wobei zwischen dem Druckelement 17 und dem Lamellenträger 12 des zweiten Bremselements 5 ein Reibbelag 18 angeordnet ist. Mit dem Reibbelag ist die Reibung zwischen den genannten Elementen gezielt einstellbar.
Auch ist das Druckelement 17 derart angeordnet und ausgebildet ist, dass auf die Lamellen des zweiten und dritten Bremselements 5, 6 eine Kraft ausübbar ist, sodass eine relative Drehung des als Lamellenträger ausgebildeten dritten Bremselements 6 gegenüber dem Lamellenträger 12 des zweiten Bremselements 5 unterbindbar ist.
So ist durch Verschiebung des Druckelements 17 in axialer Richtung A mittels einer Nehmervorrichtung 20, insbesondere eines Nehmerzylinders 20, das erste Bremselement 4 mit dem zweiten Bremselement 5 und mit dem dritten Bremselement 6 in Kontakt bringbar und voneinander lösbar ausgebildet.
Somit ist das Druckelement 17 mittelbar und dichtend am ersten Bremselement 4 angeordnet, sodass bei Verschiebung des Druckelements 17 in axialer Richtung A und in Richtung des ersten Bremselements 4 in einem Innenraum zwischen Druckelement 17 und erstem Bremselement 4 die Ausweichmöglichkeiten für ein strömendes Fluid bzw. für Luft, das/die von innen nach radial außen durch das erste Bremselement gefördert wird, begrenzt sind. Auf diese Weise kann die Sogwirkung des rotierenden ersten Bremselements 4 mit seinen Durchlässen 7 verstärkt werden.
Mit anderen Worten ausgedrückt, kann durch das dichtende Anliegen des Druckelements 17 ein stabilerer Unterdruck zwischen dem ersten Bremselement 4 und dem Druckelement 17 erzielt werden, wodurch ein Luftstrom mit hoher Kühlwirkung generierbar ist.
Das dichtende Anliegen des Druckelements 4 am ersten Bremselement 4, wobei hier noch der Reibbelag 18 dazwischen angeordnet ist (vgl. 1), wird vorzugsweise nur beim Erzeugen einer Bremskraft gewährleistet bzw. realisiert.
Genauer beschrieben, ist zwischen dem Druckelement 17, dem ersten Bremselement 4 und dem zweiten Bremselement 5 ein Innenraum ausgebildet, dessen Dichtheit durch Verschiebung des Druckelements 4, insbesondere in Richtung des ersten Bremselements 4, erhöhbar ist, sodass Ausweichmöglichkeiten für ein strömendes Fluid bzw. für Luft begrenzt werden.
Somit ist es möglich, die Sogwirkung des rotierenden ersten Bremselements 4 mit seinen Durchlässen 7 zu verstärken, um einen stabileren Unterdruck zwischen dem ersten Bremselement 4, dem Druckelement 17 und dem zweiten Bremselement 5 zu gewährleisten.
Um Fluid anzusaugen, wie 2 zeigt, hat das Gehäuse 3 diverse Axialöffnungen 21, und um Fluid abzugeben, hat das Gehäuse 3 diverse Radialöffnungen 22, wobei die Radialöffnungen 22 axial zur Bremsvorrichtung 2 versetzt sind, sodass angesaugtes Fluid in axialer Richtung A an der Bremsvorrichtung 2 vorbeiströmen muss (vgl. 3).
Des Weiteren zeigen die Figuren, dass die Radantriebseinheit 1 eine Welle 23 aufweist, an welcher die Bremsvorrichtung 2 teilweise angebunden ist, wobei das dritte Bremselement 6 der Bremsvorrichtung 2 form- und/oder kraftschlüssig mit der Welle 22 verbunden ist.
Hierbei ist die Welle 23 relativ zum Gehäuse 3 und zum zweiten Bremselement 5 drehbar, wobei an der Welle 23 eine Antriebseinheit, insbesondere ein Elektromotor (nicht dargestellt), befestigbar ist.
Auch zeigen 1 und 3, dass zwischen der Welle 23 und dem Gehäuse 3 eine Lagereinheit 24 angeordnet ist, sodass diese beiden relativ zueinander drehbar sind.
Abschließend sei erwähnt, dass das Gehäuse 3 an einem Fahrzeugrahmen fest anbringbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Radantriebseinheit
2: Bremsvorrichtung
3: Gehäuse
4: erstes Bremselement
5: zweites Bremselement
6: drittes Bremselement
7: Durchlass
8: Fluideingangsöffnung
9: Fluidausgangsöffnung
10: erster Durchgang
11: erste Axialpassage
12: Innenlamellenträger
13: Gegendruckelement
14: Reibbelag
15: zweiter Durchgang
16: zweite Axialpassage
17: Druckelement
18: Reibbelag
19: Radträgerelement
20: Nehmervorrichtung
21: Axialöffnung
22: Radialöffnung
23: Welle
24: Lagereinheit
A: axiale Richtung
R: radiale Richtung
U: Umfangsrichtung
I: Innere des Gehäuses

Claims

Elektrische Radantriebseinheit (1) zum Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeuges aufweisend: - eine Bremsvorrichtung (2) zum Abbremsen der elektrischen Radantriebseinheit (1) während des Betriebes, - ein Gehäuse (3), welches in seinem Inneren (I) die Bremsvorrichtung (2) aufnimmt, - wobei die Bremsvorrichtung (2) ausgebildet ist, Bewegungsenergie in Wärme umzuwandeln, um zu bremsen, und ein Fluid in axialer Richtung (A) anzusaugen und in radialer Richtung (R) zu fördern, um die Bremsvorrichtung (2) durch einen größtenteils radial ausgerichteten Fluidstrom, der durch die Bremsvorrichtung (2) hindurch strömt, zu kühlen.
Elektrische Radantriebseinheit nach Anspruch 1, - wobei die Bremsvorrichtung (2) ferner ausgebildet ist, ein Fluid in axialer Richtung (A) zu fördern, um die Bremsvorrichtung (2) durch einen weiteren Fluidstrom, der außen entlang der Bremsvorrichtung (2) strömt, zu kühlen, - wobei vorzugsweise das Gehäuse (3) ausgebildet ist, den axialen Fluidstrom außen entlang der Bremsvorrichtung (2) zu führen.
Elektrische Radantriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, - wobei die Bremsvorrichtung (2) ein erstes Bremselement (4) zum Umwandeln von Bewegungsenergie in Wärme aufweist, - wobei vorzugsweise das erste Bremselement (4) radial außen an einem dritten Bremselement (6), insbesondere ausgebildet als Außenlamellenträger, befestigt ist, - wobei vorzugsweise das erste Bremselement (4) relativ zum Gehäuse (3) drehbar ist, - wobei vorzugsweise das erste Bremselement (4) als Bremsscheibe und bevorzugterweise als Laufrad einer Kreiselpumpe ausgebildet ist.
Elektrische Radantriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, - wobei vorzugsweise das erste Bremselement (4) mindestens einen Durchlass (7) in radialer Richtung (R) umfasst, - wobei vorzugsweise der mindestens eine Durchlass (7) des ersten Bremselements (4) eine Fluideingangsöffnung (8) und eine Fluidausgangsöffnung (9) aufweist, zwischen denen ein Fluid im Betrieb der Bremsvorrichtung (2) strömt, - wobei vorzugsweise die Fluideingangsöffnung (8) radial innen im Vergleich zur Fluidausgangsöffnung (9) angeordnet ist, - wobei vorzugsweise die Fläche der Fluideingangsöffnung (8) kleiner ausgebildet ist als die Fläche der Fluidausgangsöffnung (9).
Elektrische Radantriebseinheit nach Anspruch 4, - wobei der mindestens eine Durchlass (7) konisch ausgebildet ist, - wobei vorzugsweise der mindestens eine Durchlass (7) von radial außen nach radial innen als Kegelstumpf ausgebildet ist, der auf eine theoretische Kegelspitze nach radial innen zuläuft, - wobei vorzugsweise der mindestens eine Durchlass (7) in axialer Richtung (A) geneigt ist, - wobei vorzugsweise der mindestens eine Durchlass (7) einen Winkel zwischen 5 und 25 Grad, bevorzugterweise einen Winkel von 15 Grad, zu einer Senkrechten einschließt, die senkrecht zu einer Geraden orientiert ist, die sich in axialer Richtung (A) erstreckt.
Elektrische Radantriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, - wobei die Bremsvorrichtung (2) ein zweites Bremselement (5) aufweist, - wobei vorzugsweise das zweite Bremselement (5) mindestens einen ersten Durchgang (10) in radialer Richtung (R) aufweist, - wobei vorzugsweise der mindestens eine erste Durchgang (10) eine Fläche zum Durchströmen eines Fluids aufweist, die an eine Fluideingangsöffnung (8) des ersten Bremselements (4) angepasst ist, insbesondere geometrisch angepasst ist, - wobei vorzugsweise in einem Zustand der mindestens eine erste Durchgang (10) und eine Fluideingangsöffnung (8) des ersten Bremselements (4) fluchten.
Elektrische Radantriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, - wobei die Bremsvorrichtung (2) ein zweites Bremselement (5) aufweist, - wobei vorzugsweise das zweite Bremselement (5) mindestens eine erste Axialpassage (11) in axialer Richtung (A) aufweist, - wobei vorzugsweise das zweite Bremselement (5) nicht relativ zum Gehäuse (3) drehbar ist, - wobei vorzugsweise das zweite Bremselement (5) einen Lamellenträger (12) umfasst, insbesondere einen Innenlamellenträger.
Elektrische Radantriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, - wobei die Bremsvorrichtung (2) ein drittes Bremselement (6) aufweist, - wobei vorzugsweise das dritte Bremselement (5) mindestens einen zweiten Durchgang (15) in radialer Richtung (R) aufweist, - wobei vorzugsweise der mindestens eine zweite Durchgang (15) eine Fläche zum Durchströmen eines Fluids aufweist, die an eine Fluidausgangsöffnung (10) des ersten Bremselements (4) angepasst ist, insbesondere geometrisch angepasst ist, - wobei vorzugsweise das erste Bremselement (4) und das dritte Bremselement (6) derart aneinander befestigt sind, dass der mindestens eine zweite Durchgang (15) und die Fluidausgangsöffnung (9) fluchten, um ein Hindurchströmen von Fluid zu gewährleisten.
Elektrische Radantriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, - wobei die Bremsvorrichtung (2) ein drittes Bremselement (6) aufweist, - wobei vorzugsweise das dritte Bremselement (6) mindestens eine zweite Axialpassage (16) in axialer Richtung (A) aufweist, - wobei vorzugsweise das dritte Bremselement (6) relativ zum Gehäuse (3) drehbar ist, - wobei vorzugsweise das dritte Bremselement (6) als Lamellenträger, insbesondere als Außenlamellenträger, ausgebildet ist.
Elektrische Radantriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, - wobei die Bremsvorrichtung (1) ein Druckelement (17) umfasst, das mit dem ersten Bremselement (4) in Wirkverbindung zum Aktivieren der Bremsvorrichtung (1) bringbar ist, - wobei vorzugsweise zwischen dem Druckelement (17) und dem Lamellenträger des ersten Bremselements (4) ein Reibbelag (18) angeordnet ist, - wobei vorzugsweise durch Verschiebung des Druckelements (17) in axialer Richtung (A) mittels einer Nehmervorrichtung, insbesondere eines Nehmerzylinders, das erste Bremselement (4) mit dem zweiten Bremselement (5) und mit dem dritten Bremselement (6) in Kontakt bringbar und voneinander lösbar ausgebildet ist, - wobei vorzugsweise das Druckelement (17) mittelbar und dichtend am ersten Bremselement (4) anordenbar ist, sodass vorzugsweise bei Verschiebung des Druckelements (17) in axialer Richtung (A) und in Richtung des ersten Bremselements (4) in einem Innenraum zwischen Druckelement (17) und erstem Bremselement (4) die Ausweichmöglichkeiten für ein strömendes Fluid, das von innen nach radial außen durch das erste Bremselement (4) gefördert wird, begrenzbar sind, - wobei vorzugsweise zwischen dem Druckelement (17), dem ersten Bremselement (4) und dem zweiten Bremselement (5) ein Innenraum ausgebildet ist, dessen Dichtheit durch Verschiebung des Druckelements (17) erhöhbar ist, sodass Ausweichmöglichkeiten für ein strömendes Fluid begrenzbar sind.