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Die Erfindung betrifft eine elektrische Achse für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, aufweisend zumindest eine der Komponenten eines Elektromotors, einer Kupplung und eines Getriebe, und mit einem Kühl- und/oder Schmiermittelsystem, das zum Verbringen von Fluid zum Kühlen und/oder Schmieren zu zumindest einer der Komponenten vorbereitet ist.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Antriebsstrangeinheiten, insbesondere elektrische Achssysteme, mit einem oder mehreren Antrieben, insbesondere elektrischen Maschinen, bekannt. Diese werden oftmals mit einer Trockensumpfschmierung beölt, bei dem Öl als Schmiermedium dient.
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Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass die Beölung von bekannten elektrischen Achssystemen oftmals eine große Menge an Öl/Schmiermittel benötigt und einen niedrigen Wirkungsgrad besitzt.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll ein Beölungskonzept für elektrische Achssysteme bereitgestellt werden, bei denen die Befüllung und Kühlung aller funktionsrelevanten Komponenten abgesichert/sichergestellt ist, und bei der eine Öl-Zuführung und Öl-Rückführung von einem Reservoir, wie einer Ölwanne, über eine Pumpe zu den Aktivkomponenten im Getriebe des Systems, wie der Kupplung, der E-Maschine, der Lager, der Zahnräder, etc. gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Kühl- und/oder Schmiermittelsystem eine Zuleitung zum Zuführen des Fluids zu der zumindest einen Komponente und einen Rücklauf zum Abführen des Fluids von der zumindest einen Komponente besitzt, wobei die Zuleitung und/oder der Rücklauf im Wesentlichen achsparallel zu einer Rotationsachse der elektrischen Achse angeordnet sind/ist.
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Dies hat den Vorteil, dass eine Schmierung und eine Kühlung der Komponenten der elektrischen Achse sichergestellt sind. Gleichzeitig wird der Wirkungsgrad des Kühl- und/oder Schmiermittelsystems dadurch erhöht, dass eine gemeinsame Zuleitung bzw. ein gemeinsamer Rücklauf für mehrere Aktivkomponenten verwendet werden kann. Durch die achsparallele Ausrichtung ergibt sich eine besonders bauraumeffiziente Anordnung.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Zudem ist es bevorzugt, wenn das Kühl- und/oder Schmiermittelsystem ein Reservoir (auch als eine Ölwanne bezeichnet) besitzt, in dem das Fluid angesammelt ist, wobei die Zuleitung und der Rücklauf mit dem Reservoir verbunden sind. Dadurch kann das Fluid den zu kühlenden und/oder schmierenden Komponenten schnell zugeführt werden und schnell von diesen weggeführt werden. Mit anderen Worten kann durch das Reservoir das benutzte Fluid aufgefangen werden und dem Kreislauf wieder zugeführt werden. Somit können die Mengen an benötigtem Fluid möglichst gering gehalten werden, was sich wiederum vorteilhaft auf die Masse des Kühl- und/oder Schmiermittelsystems auswirkt.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Kühl- und/oder Schmiermittelsystem eine Pumpe aufweist, mittels der das Fluid aus dem Reservoir über die Zuleitung zu der zumindest einen Komponente förderbar ist. Somit kann das Fluid mit Druck den Komponenten zugeführt werden. In der Zuleitung liegt also ein Hochdruck vor, während in dem Rücklauf ein Niederdruck vorliegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die elektrische Achse ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseabschnitt, in dem der Elektromotor und/oder die Kupplung angeordnet sind/ist, und mit einem davon getrennten zweiten Gehäuseabschnitt, in dem das Getriebe angeordnet ist, aufweisen, wobei der Rücklauf den ersten und den zweiten Gehäuseabschnitt verbindet. Somit kann ein gemeinsamer Rücklauf des Kühl- und/oder Schmiermittelsystems für mehrere Komponenten, die getrennt voneinander angeordnet sind, verwendet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Kühl- und/oder Schmiermittelsystem zumindest eine im Wesentlichen radial angeordnete Leitung besitzen, die mit der Zuleitung zum direkten Schmieren und/oder Kühlen der zumindest einen Komponente, insbesondere von Wickelköpfen des Elektromotors, verbunden ist. Somit kann das Fluid vorteilhafterweise direkt zu den Stellen geführt werden, an denen eine Kühlung zwingend erforderlich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können Bauteile des Getriebes und/oder zusätzliche Bauteile der elektrischen Achse so ausgebildet und angeordnet sein, dass das Fluid dosiert zu der zumindest einen Komponente förderbar ist. Dadurch lässt sich eine anforderungsgerechte Schmierung ermöglichen und die Menge an benötigtem Fluid weiter reduzieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die elektrische Achse zwei Antriebseinheiten, die jeweils einen Elektromotor, ein Getriebe und eine Kupplung aufweisen, besitzen, wobei den beiden Antriebseinheiten durch eine gemeinsame Pumpe des Kühl- und/oder Schmiermittelsystems Fluid zuführbar ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die beiden Antriebseinheiten oder zumindest einzelne Komponenten der Antriebseinheiten als Gleichteile ausgebildet sind. Beispielsweise können das Gehäuse oder einzelne Gehäuseabschnitte, der Elektromotor, die Kupplung und/oder das Getriebe als Gleichteile ausgebildet sein. Durch die gemeinsame Pumpe der beiden Antriebseinheiten können zusätzliche Bauteile eingespart werden und eine besonders kostengünstige elektrische Achse bereitgestellt werden. Auch das Reservoir, das auch als eine Ölwanne bezeichnet werden kann, in dem das Fluid gesammelt wird, kann für die beiden Antriebseinheiten gemeinsam verwendet werden.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein Beölungskonzept für elektrische Achssysteme. Dabei wird eine Ölversorgung für das Gesamtsystem einer elektrischen Antriebseinheit/Antriebsstrangeinheit mit einem oder mehreren Antrieben und einer oder mehreren Aktivkomponenten mittels einer Zuleitung ermöglicht. Die Zuleitung ist vorzugsweise achsparallel zu einer Rotationsachse/Drehachse des Getriebes bzw. der Antriebseinheit angeordnet. In der Zuleitung wird das Öl mittels einer beispielsweise mit dem Reservoir verbundenen Pumpe gepumpt. Die Zuleitung weist vorzugsweise radial angeordnete Leitungen zu den Aktivkomponenten auf, die eine direkte Kühlung der Wickelköpfe der E-Maschine und/oder der Getriebekomponenten ermöglicht. Dabei können Getriebeelemente oder zusätzliche Bauteile genutzt werden, das Öl oder ein anderes Schmiermedium dosiert zu den Aktivkomponenten zu befördern und dadurch eine anforderungsgerechte Schmierung zu ermöglichen. Über einen Rücklauf, der die einzelnen Bereiche der Aktivkomponenten in den einzelnen Gehäuseabschnitten verbindet, kann eine schnelle Rückführung des Öls zu dem Reservoir ermöglicht werden, was sich beispielsweise durch geringere Verluste oder eine geringere Masse positiv auf den Wirkungsgrad auswirkt und eine benötigte Ölmenge reduziert. Zusätzlich kann bei einer Systemausführung mit mehr als einem Antrieb das Gleichteilprinzip bei der Antriebseinheit oder einzelnen Komponenten davon, wie zum Beispiel der E-Maschine, der Kupplung, des Getriebes, des Gehäuses, etc. umgesetzt werden, wodurch die Ölversorgung über eine gemeinsame Pumpe realisiert werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Achse,
- 2 eine perspektivische Darstellung der elektrischen Achse,
- 3 eine Querschnittsdarstellung der elektrischen Achse, und
- 4 ein Ausschnitt einer Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus 3 der elektrischen Achse.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Achse 1 für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird die elektrische Achse 1 durch einen Elektromotor 2, eine Kupplung 3 und ein Getriebe 4 gebildet. Der Elektromotor 2 ist dabei über die Kupplung 3 schaltbar mit dem Getriebe 4 zur Drehmomentübertragung verbunden. Die elektrische Achse 1 weist ein Kühl- und/oder Schmiermittelsystem 5 auf. Das Kühl- und/oder Schmiermittelsystem 5 ist zum Verbringen von Fluid zum Kühlen und/oder Schmieren zu zumindest einer der Komponenten der elektrischen Achse 1, insbesondere zu dem Elektromotor 2, der Kupplung 3 und dem Getriebe 4, vorbereitet.
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Das Kühl- und/oder Schmiermittelsystem 5 weist eine Zuleitung 6 auf, mittels der das Fluid zu dem Elektromotor 2, der Kupplung 3 und dem Getriebe 4 geführt werden kann. Die Zuleitung 6 ist im Wesentlichen achsparallel zu einer Rotationsachse der elektrischen Achse 1 angeordnet. Das Kühl- und/oder Schmiermittelsystem 5 weist einen Rücklauf 7 auf, mittels dem das Fluid von dem Elektromotor 2, der Kupplung 3 und dem Getriebe 4 abgeführt werden kann. Der Rücklauf 7 ist im Wesentlichen achsparallel zu der Rotationsachse der elektrischen Achse 1 angeordnet.
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Das Kühl- und/oder Schmiermittelsystem 5 weist ein Reservoir 8 auf, das mit der Zuleitung 6 und mit dem Rücklauf 7 verbunden ist. In dem Reservoir 8 kann das Fluid aufgefangen und gesammelt werden. Das Kühl- und/oder Schmiermittelsystem 5 weist auch eine Pumpe 9 auf, mittels der das Fluid aus dem Reservoir 8 in die Zuleitung 6 gefördert werden kann. Somit wird das Fluid durch die Pumpe 9 mit Druck beaufschlagt und dadurch durch die Zuleitung 6 zu dem Elektromotor 2, der Kupplung 3 und/oder dem Getriebe 4 geführt.
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Die Zuleitung 6 ist mit mehreren Leitungen 10 verbunden, durch die das Fluid von der Zuleitung 6 direkt zu den Komponenten geführt wird. Die Leitungen 10 sind im Wesentlichen in Radialrichtung ausgerichtet. In der dargestellten Ausführungsform fördert eine erste Leitung Fluid von der Zuleitung 6 zu einer ersten Axialseite des Elektromotors 2, insbesondere zu Wickelköpfen 11 (vergleiche 4) des Elektromotors 2. Eine zweite Leitung fördert Fluid von der Zuleitung 6 zu einer zweiten Axialseite des Elektromotors 2, insbesondere zu den Wickelköpfen 11 (vergleiche 4) des Elektromotors 2. Eine dritte Leitung fördert Fluid von der Zuleitung 6 zu einer ersten Axialseite des Getriebes 4, insbesondere zu einer ersten Axialseite eines Getriebeabschnitts. Eine vierte Leitung fördert Fluid von der Zuleitung 6 zu einer zweiten Axialseite des Getriebes 4, insbesondere zu einer zweiten Axialseite des Getriebeabschnitts und einer ersten Axialseite eines weiteren Getriebeabschnitts. Von den Leitungen 10 aus wird das Fluid axial direkt zu den einzelnen Komponenten geleitet. Dabei kann das Fluid über Bauteile des Getriebe 4 oder zusätzliche Bauteile dosiert abgegeben werden. Der Rücklauf 7 ist mit mehreren Leitungen 12 verbunden, durch die das Fluid von den Komponenten im Rücklauf 7 zusammengeführt wird. Durch eine Reservoir-Leitung 13 ist der Rücklauf 7 mit dem Reservoir 8 verbunden.
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Die elektrische Achse 1 weist ein Gehäuse 14 auf. In dem Gehäuse 14 sind die Komponenten der elektrischen Achse 1 aufgenommen. Das Gehäuse 14 weist mehrere voneinander getrennte Gehäuseabschnitte auf. Die Gehäuseabschnitte sind in 2 angedeutet. In einem ersten Gehäuseabschnitt 15 des Gehäuses 14 ist der Elektromotor 2 angeordnet. Die Kupplung 3 kann auch in dem ersten Gehäuseabschnitt 15 oder in einem davon separaten Gehäuseabschnitt angeordnet sein. In einem zweiten Gehäuseabschnitt 16 des Gehäuses 14 ist das Getriebe 4 angeordnet. In einem dritten Gehäuseabschnitt 17 des Gehäuses 14 sind das Reservoir 8 und die Pumpe 9 angeordnet. In einem vierten Gehäuseabschnitt 18 des Gehäuses 14 ist eine Leistungselektronik 19 der elektrischen Achse 1 angeordnet. In 1 ist eine Aggregatanbindung/Aggregataufhängung 20, durch die die elektrische Achse 1 bzw. das Gehäuse 14 an anderen Gehäuseabschnitten oder im Kraftfahrzeug aufgehängt ist, schematische angedeutet. Auch ist in 1 zu sehen, dass der Rücklauf 7 mehrere Gehäuseabschnitte des Gehäuses 10 miteinander verbindet.
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3 zeigt die elektrische Achse 1, die zwei Antriebseinheiten aufweist, die aus Gleichteilen aufgebaut sind. Die beiden Antriebseinheiten weisen jeweils die Zuleitung 6 auf, durch die das Fluid zu den Komponenten geführt wird. Die Zuleitungen 6 werden über eine gemeinsame Pumpe 9 und ein gemeinsames Reservoir 8 mit Fluid versorgt. Auch die Rückleitungen 7 der beiden Antriebseinheiten sind über die Reservoir-Leitungen 13 jeweils mit dem gemeinsamen Reservoir 8 verbunden.
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4 zeigt eine Schnittansicht der elektrischen Achse 3. Dabei ist die Zuleitung 6 über die Leitung 10 mit den Wickelköpfen 11 des Elektromotors 2 direkt verbunden. In 4 lässt sich gut erkennen, dass die Zuleitung 6 einen größeren Querschnitt als die Leitung 10 besitzt. Die Zuleitung 6 dient also als eine gemeinsame Hauptleitung, von der die Radialleitungen 10 abzweigen und das Fluid weiterverteilen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrische Achse
- 2
- Elektromotor
- 3
- Kupplung
- 4
- Getriebe
- 5
- Kühl- und/oder Schmiermittelsystem
- 6
- Zuleitung
- 7
- Rücklauf
- 8
- Reservoir
- 9
- Pumpe
- 10
- Leitung
- 11
- Wickelköpfe
- 12
- Leitung
- 13
- Reservoir-Leitung
- 14
- Gehäuse
- 15
- erster Gehäuseabschnitt
- 16
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 17
- dritter Gehäuseabschnitt
- 18
- vierter Gehäuseabschnitt
- 19
- Leistungselektronik
- 20
- Aggregataufhängung
