DE102019117155A1 - Electric drive for a vehicle and vehicle with the electric drive - Google Patents
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Abstract
Elektrische Achsen sind prädestiniert für kleinste Fahrzeugbauräume. Aufgrund der somit erreichten Leistungsdichte gewinnt die Wärmeabfuhr aus dem System zunehmend an Bedeutung. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine konstruktive Umsetzung einer Getriebeölkühlung in einem elektrischen Antrieb aufzuzeigen. Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Antrieb 1 für ein Fahrzeug gelöst, mit mindestens einem Elektromotor 6 zur Erzeugung eines Antriebsmoments für den elektrischen Antrieb 1, mit einer Versorgungseinrichtung 8 zur Versorgung des Elektromotors 6 mit elektrischer Energie, mit einem Kühlkreislauf 11 zur Kühlung der Versorgungseinrichtung 8 und/oder zur Kühlung des Elektromotors 6 mit einem Kühlmittel, mit einem Versorgungsgehäusebereich 5, wobei die Versorgungseinrichtung 8 in dem Versorgungsgehäusebereich 5 angeordnet ist und wobei der Versorgungsgehäusebereich 5 einen Wandabschnitt 26 aufweist, wobei der Wandabschnitt 26 eine innere Kühlstruktur 18 aufweist, wobei die innere Kühlstruktur 18 mit dem Kühlmittel beströmt ist und/oder einen strömungstechnischen Abschnitt in dem Kühlkreislauf 11 bildet, und mit einer Wärmeleitplatte 19 zur Abdeckung der inneren Kühlstruktur 18 und zur thermischen Kopplung mit der Versorgungseinrichtung 8, wobei die Wärmeleitplatte über eine stoffschlüssige Verbindung 35 mit dem Wandabschnitt 26 verbunden ist.Electric axles are predestined for the smallest vehicle spaces. Due to the power density achieved in this way, heat dissipation from the system is becoming increasingly important. It is an object of the invention to show a structural implementation of transmission oil cooling in an electric drive. This object is achieved by an electric drive 1 for a vehicle, with at least one electric motor 6 for generating a drive torque for the electric drive 1, with a supply device 8 for supplying the electric motor 6 with electrical energy, with a cooling circuit 11 for cooling the supply device 8 and / or for cooling the electric motor 6 with a coolant, with a supply housing area 5, wherein the supply device 8 is arranged in the supply housing area 5 and wherein the supply housing area 5 has a wall section 26, the wall section 26 having an inner cooling structure 18, the inner Cooling structure 18 is flowed with the coolant and / or forms a fluidic section in the cooling circuit 11, and with a heat conducting plate 19 to cover the inner cooling structure 18 and for thermal coupling to the supply device 8, the heat conducting plate via a cohesive Liquid connection 35 is connected to the wall section 26.
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb.The invention relates to an electric drive for a vehicle with the features of the preamble of claim 1 and a vehicle with the electric drive.
Elektrische Achsen sind prädestiniert für kleinste Fahrzeugbauräume. Aufgrund der somit erreichten Leistungsdichte gewinnt die Wärmeabfuhr aus dem System zunehmend an Bedeutung. Während E-Motor und Leistungselektronik in allen relevanten Anwendungen wassergekühlt werden, erfolgt die Getriebekühlung meist über Konvektion durch den auf die Gehäuseaußenflächen strömenden Fahrtwind. Somit ist die erzielbare Kühlleistung begrenzt und der cw-Wert des Fahrzeugs wird versch lechtert.Electric axles are predestined for the smallest vehicle spaces. Due to the power density achieved in this way, heat dissipation from the system is becoming increasingly important. While the electric motor and power electronics are water-cooled in all relevant applications, the transmission is usually cooled by convection through the airstream flowing onto the outer surfaces of the housing. As a result, the achievable cooling performance is limited and the vehicle's drag coefficient is reduced.
Die Druckschrift
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine konstruktive Umsetzung einer Kühlung in einem elektrischen Antrieb aufzuzeigen. Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.It is an object of the invention to show a constructive implementation of cooling in an electric drive. This object is achieved by an electric drive with the features of claim 1 and by a vehicle with the electric drive with the features of claim 9.
Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.Preferred or advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims, the following description and the attached figures.
Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Antrieb, welche für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Bus handeln. Alternativ hierzu ist das Fahrzeug als ein Zweirad oder Dreirad ausgebildet. Das Fahrzeug ist als ein Hybridfahrzeug oder als ein reines Elektrofahrzeug realisiert. Der elektrische Antrieb stellt vorzugsweise ein Hauptantriebsmoment für das Fahrzeug zur Verfügung, um das Fahrzeug im Straßenverkehr zu bewegen.The invention relates to an electric drive which is suitable and / or designed for a vehicle. The vehicle can in particular be a passenger car, truck or bus. Alternatively, the vehicle is designed as a two-wheeler or a three-wheeler. The vehicle is implemented as a hybrid vehicle or as a purely electric vehicle. The electric drive preferably provides a main drive torque for the vehicle in order to move the vehicle in traffic.
Der elektrische Antrieb weist mindestens oder genau einen Elektromotor zur Erzeugung eines Antriebsmoments für den elektrischen Antrieb auf. Insbesondere erzeugt der Elektromotor ein Hauptantriebsmoment für den elektrischen Antrieb und/oder das Fahrzeug.The electric drive has at least or precisely one electric motor for generating a drive torque for the electric drive. In particular, the electric motor generates a main drive torque for the electric drive and / or the vehicle.
Der elektrische Antrieb weist ferner eine Versorgungseinrichtung zur Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie auf. Insbesondere umfasst die Versorgungseinrichtung eine Leistungselektronik, wobei in der Leistungselektronik eine an der Versorgungseinrichtung anliegende Versorgungsspannung für den Elektromotor umformt. Vorzugsweise weist die Versorgungseinrichtung, insbesondere die Leistungselektronik, schaltende Elemente, im Speziellen Leistungsmodule auf.The electric drive also has a supply device for supplying the electric motor with electrical energy. In particular, the supply device comprises power electronics, wherein a supply voltage applied to the supply device for the electric motor is converted in the power electronics. The supply device, in particular the power electronics, preferably has switching elements, in particular power modules.
Ferner weist der elektrische Antrieb einen Kühlkreislauf zur Kühlung der Versorgungseinrichtung und/oder zur Kühlung des Elektromotors mit einem Kühlmittel auf. Vorzugsweise ist das Kühlmittel auf Wasserbasis oder Alkoholbasis realisiert. Optional kann vorgesehen sein, dass der Kühlkreislauf eine Kühlmittelpumpe aufweist und/oder dass der Kühlkreislauf als ein aktiver Kühlkreislauf ausgebildet ist. Die Kühlmittelpumpe ist vorzugsweise strömungstechnisch ausgebildet, das Kühlmittel zu der Versorgungseinrichtung und/oder zu dem Elektromotor zu fördern.Furthermore, the electric drive has a cooling circuit for cooling the supply device and / or for cooling the electric motor with a coolant. The coolant is preferably water-based or alcohol-based. It can optionally be provided that the cooling circuit has a coolant pump and / or that the cooling circuit is designed as an active cooling circuit. The coolant pump is preferably designed in terms of flow technology to deliver the coolant to the supply device and / or to the electric motor.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kühlkreislauf bei einer ersten Variante sowohl die Versorgungseinrichtung als auch den Elektromotor versorgt. Bei einer zweiten Variante kann der Kühlkreislauf die Versorgungseinrichtung ohne den Elektromotor versorgen, bei einer dritten Variante kann der Kühlkreislauf den Elektromotor ohne die Versorgungseinrichtung versorgen.It can be provided that the cooling circuit supplies both the supply device and the electric motor in a first variant. In a second variant, the cooling circuit can supply the supply device without the electric motor, in a third variant the cooling circuit can supply the electric motor without the supply device.
Es ist vorgesehen, dass die Versorgungseinrichtung in einem Versorgungsgehäusebereich angeordnet. Insbesondere weist der elektrische Antrieb ein bevorzugt mehrteiliges Gehäuse auf, wobei der Versorgungsgehäusebereich einen Abschnitt des Gehäuses bildet. Es ist vorgesehen, dass der Versorgungsgehäusebereich einen Wandabschnitt aufweist. Prinzipiell kann der Wandabschnitt trennbar zu dem Versorgungsgehäusebereich ausgebildet sein. Es ist bevorzugt, dass der Wandabschnitt einteilig mit dem Versorgungsgehäusebereich ausgebildet ist.It is provided that the supply device is arranged in a supply housing area. In particular, the electric drive has a preferably multi-part housing, the supply housing area forming a section of the housing. It is provided that the supply housing area has a wall section. In principle, the wall section can be designed to be separable from the supply housing area. It is preferred that the wall section is formed in one piece with the supply housing area.
Der Wandabschnitt weist eine innere Kühlstruktur auf, wobei die innere Kühlstruktur mit dem Kühlmittel beströmt ist und/oder einen strömungstechnischen Abschnitt in dem Kühlkreislauf bildet. Die innere Kühlstruktur vergrößert vorzugsweise die Oberfläche des Wandabschnitts, um den thermischen Widerstand zu verringern.The wall section has an inner cooling structure, the inner cooling structure having the coolant flowing through it and / or forming a fluidic section in the cooling circuit. The internal cooling structure preferably increases the surface area of the wall section in order to reduce the thermal resistance.
Im Rahmen der Erfindung weist der elektrische Antrieb eine Wärmeleitplatte zur Abdeckung der inneren Kühlstruktur und zur Kopplung mit der Versorgungseinrichtung auf. Durch die Wärmeleitplatte wird die innere Kühlstruktur strömungstechnisch gegenüber der Versorgungseinrichtung abgeschlossen, so dass das zwischen der Wärmeleitplatte und der inneren Kühlstruktur und/oder dem Wandabschnitt gebildete innere Kühlvolumen von dem Kühlmittel verlustfrei durchflossen werden kann. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Führung des Kühlmittels zwischen der Wärmeleitplatte und der inneren Kühlstruktur und/oder dem Wandabschnitt mäanderförmig, labyrinthförmig, gewendelt oder zickzack-förmig ausgebildet wird. Insbesondere ist die Führung des Kühlmittels zwischen dem Eingang und dem Ausgang des inneren Kühlvolumens so ausgebildet, dass künstlich eine verlängerte Kühlstrecke gebildet ist. Auf der der Kühlstruktur und/oder dem Wandabschnitt abgewandten Seite der Wärmeleitplatte ist die Versorgungseinrichtung, insbesondere die Leistungselektronik, angeordnet, so dass eine thermische Kopplung zwischen der Versorgungseinrichtung, insbesondere der Leistungselektronik, und dem Kühlmittel über die Wärmeleitplatte gegeben ist. Die Wärmeleitplatte kann plan ausgebildet sein, bei alternativen Ausgestaltungen kann die Wärmeleitplatte auch als ein 3-D-Bauteil realisiert sein. Vorzugsweise erstreckt sich die innere Kühlstruktur flächig und/oder eben. Erfindungsgemäß ist die Wärmeleitplatte über eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Wandabschnitt verbunden. Insbesondere bildet die stoffschlüssige Verbindung eine Dichtung zur Abdichtung des inneren Kühlvolumens. Durch die stoffschlüssige Verbindung wird die Steifigkeit des Versorgungsgehäusebereichs positiv beeinflusst. Ferner kann eine zusätzliche Dichtung eingespart werden. Auch auf eine Verschraubung kann verzichtet werden, so dass Fertigungskosten weiter reduziert werden können.In the context of the invention, the electric drive has a heat conducting plate for covering the internal cooling structure and for coupling to the supply device. The internal cooling structure is fluidically closed off from the supply device by the heat-conducting plate, so that between the heat-conducting plate and the inner cooling structure and / or the wall section formed inner cooling volume can be flowed through by the coolant without loss. It can be provided that the guidance of the coolant between the heat conducting plate and the inner cooling structure and / or the wall section is designed in a meandering, labyrinth, coiled or zigzag shape. In particular, the guidance of the coolant between the inlet and the outlet of the inner cooling volume is designed in such a way that an artificially extended cooling path is formed. The supply device, in particular the power electronics, is arranged on the side of the heat conducting plate facing away from the cooling structure and / or the wall section, so that there is a thermal coupling between the supply device, in particular the power electronics, and the coolant via the heat conducting plate. The heat-conducting plate can be designed to be planar; in alternative configurations, the heat-conducting plate can also be implemented as a 3-D component. The inner cooling structure preferably extends flat and / or flat. According to the invention, the heat conducting plate is connected to the wall section via a material connection. In particular, the material connection forms a seal for sealing off the inner cooling volume. The stiffness of the supply housing area is positively influenced by the material connection. Furthermore, an additional seal can be saved. A screw connection can also be dispensed with, so that manufacturing costs can be further reduced.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die stoffschlüssige Verbindung als eine Lötverbindung realisiert sein. Diese Art der stoffschlüssigen Verbindung hat zum Beispiel gegenüber dem Schweißen den Vorteil, dass die benötigten Temperaturen geringer sind, so dass ein Verzug des Versorgungsgehäusebereichs oder anderen Komponenten reduziert oder eliminiert ist.In a preferred embodiment of the invention, the material connection can be implemented as a soldered connection. This type of material connection has the advantage over welding, for example, that the temperatures required are lower, so that distortion of the supply housing area or other components is reduced or eliminated.
Besonders einfach kann die Lötverbindung umgesetzt werden, indem bei der Montage von dem Versorgungsgehäusebereich und der Wärmeleitplatte eine Lötfolie zwischen gelegt wird und danach die Baugruppe partiell oder vollständig erwärmt wird, um das Lot zu schmelzen und die stoffschlüssige Verbindung herzustellen.The soldered connection can be implemented particularly easily by placing a soldering foil between the supply housing area and the heat conducting plate during assembly and then partially or completely heating the assembly in order to melt the solder and establish the integral connection.
Besonders bevorzugt ist, dass die stoffschlüssige Verbindung geschlossen umlaufend um die innere Kühlstruktur verläuft. Dadurch kann auf eine weitere Dichtung verzichtet werden.It is particularly preferred that the material connection runs in a closed circumferential manner around the inner cooling structure. This means that no further seal is required.
Der elektrische Antrieb weist bevorzugt ein Getriebe zur Führung des Antriebsmoments auf. Dabei kann das Getriebe optional mindestens oder genau einen Übersetzungsabschnitt zur Übersetzung des Antriebsmoments, insbesondere von einer hohen Drehzahl zu einer niedrigen Drehzahl, aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann das Getriebe einen Schaltabschnitt zum Schalten von unterschiedlichen Übersetzungen aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann das Getriebe einen Differenzialabschnitt zur Verteilung des Antriebsmoments, insbesondere des übersetzten Antriebsmoments, auf zwei Ausgänge aufweisen.The electric drive preferably has a transmission for guiding the drive torque. In this case, the transmission can optionally have at least or precisely one transmission section for transmission of the drive torque, in particular from a high speed to a low speed. Alternatively or in addition, the transmission can have a shift section for shifting different gear ratios. As an alternative or in addition, the transmission can have a differential section for distributing the drive torque, in particular the translated drive torque, to two outputs.
Der elektrische Antrieb weist optional einen Ölkreislauf, insbesondere ein Schmiersystem, zur Versorgung des Getriebes mit Öl auf. Vorzugsweise ist das Getriebe in einem Getrieberaum angeordnet, wobei das Getriebe in dem Getrieberaum mit dem Öl geschmiert und gekühlt wird. Besonders bevorzugt ist der Ölkreislauf als ein aktiver Ölkreislauf ausgebildet und/oder umfasst eine Ölpumpe zum aktiven Fördern des Öls in dem Ölkreislauf. Die Ölpumpe ist vorzugsweise strömungstechnisch ausgebildet, das Öl aus einem Ölsumpf des Getrieberaums zu fördern und dem Getriebe zuzuführen. Bei dem Ölsumpf kann es sich insbesondere um einen Trockensumpf oder um einen Nasssumpf handeln.The electric drive optionally has an oil circuit, in particular a lubrication system, to supply the transmission with oil. The transmission is preferably arranged in a transmission space, the transmission being lubricated and cooled with the oil in the transmission space. The oil circuit is particularly preferably designed as an active oil circuit and / or comprises an oil pump for actively conveying the oil in the oil circuit. The oil pump is preferably designed in terms of flow technology to deliver the oil from an oil sump in the transmission chamber and to supply it to the transmission. The oil sump can in particular be a dry sump or a wet sump.
Der elektrische Antrieb weist einen Wärmetauscherabschnitt auf, wobei der Wärmetauscherabschnitt auf der einen Seite mit dem Kühlkreislauf und auf der anderen Seite mit dem Ölkreislauf gekoppelt ist. Der Begriff „Seite“ ist vorzugsweise funktional zu verstehen. Der Wärmetauscherabschnitt ist insbesondere ausgebildet, thermische Energie von einem Stoffstrom auf einen anderen zu übertragen. Insbesondere wird thermische Energie von dem Stoffstrom des Öls zu dem Stoffstrom des Kühlmittels übertragen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass - insbesondere bei einem Kaltstart des elektrischen Antriebs - thermische Energie von dem Stoffstrom des Kühlmittels auf den Stoffstrom des Öls übertragen wird, da die Versorgungseinrichtung und/oder der Elektromotor aufgrund von elektrischer Verlustleistung bei einem Kaltstart thermische Energie früher als das Getriebe bereitstellt.The electric drive has a heat exchanger section, the heat exchanger section being coupled on one side to the cooling circuit and on the other side to the oil circuit. The term “page” should preferably be understood as being functional. The heat exchanger section is designed in particular to transfer thermal energy from one material flow to another. In particular, thermal energy is transferred from the material flow of the oil to the material flow of the coolant. However, it can also be provided that - especially in the case of a cold start of the electrical drive - thermal energy is transferred from the material flow of the coolant to the material flow of the oil, since the supply device and / or the electric motor thermal energy earlier due to electrical power loss during a cold start than the transmission provides.
Das Kühlmanagement des elektrischen Antriebs ist vorteilhafterweise als eine systemintegrierte Lösung ausgebildet ist, die den bereits in dem elektrischen Antrieb vorhandenen Kühlkreislauf nutzt. Der Wärmetauscherabschnitt soll dabei in Fahrsituationen mit hoher Verlustleistung das Öl des Getriebes abkühlen. Gleichwohl soll in Kaltstartsituationen das Öl möglichst schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden, um die Verlustleistungen im Getriebe zu reduzieren. Somit wird der Wärmetauscherabschnitt zur Wärme-Managementkomponente.The cooling management of the electric drive is advantageously designed as a system-integrated solution that uses the cooling circuit already present in the electric drive. The heat exchanger section is intended to cool the transmission oil in driving situations with high power losses. At the same time, the oil should be brought to operating temperature as quickly as possible in cold start situations in order to reduce the power losses in the transmission. The heat exchanger section thus becomes a thermal management component.
Ggfs. wäre denkbar, einen zweiten Elektromotor ebenfalls zum Hauptantrieb oder als Torque-Vectoring-Antrieb zu haben. Aus der Versorgungseinrichtung kann für diesen Elektromotor dann ebenfalls das Öl gekühlt werden.If necessary it would be conceivable to have a second electric motor also for the main drive or as a torque vectoring drive. The oil for this electric motor can then also be cooled from the supply device.
Es ist vorgesehen, dass der Wandabschnitt einen Teil des Wärmetauscherabschnitts bildet. Insbesondere trennt der Wandabschnitt die Seite mit dem Kühlkreislauf von der anderen Seite mit dem Ölkreislauf. In dieser konstruktiven Ausgestaltung umfasst der Wärmetauscherabschnitt den Wandabschnitt dargestellt, wobei die Seite des Wärmetauscherabschnitts für den Ölkreislauf einen Außenwandbereich und die Seite des Wärmetauscherabschnitts für den Kühlkreislauf einen Innenwandbereich bildet. Es ist dabei möglich, über den Innenwandbereich die Versorgungseinrichtung thermisch anzukoppeln, vorzugsweise unmittelbar thermisch anzukoppeln, und über den Außenwandbereich den Ölkreislauf thermisch anzukoppeln, vorzugsweise unmittelbar thermisch anzukoppeln. In dieser Ausgestaltung ist eine konstruktiv einfache und zugleich platzsparende Ausgestaltung gegeben. Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist der Wandabschnitt eine äußere Kühlstruktur auf, wobei die äußere Kühlstruktur mit dem Öl beströmt ist und/oder einen strömungstechnischen Abschnitt in dem Ölkreislauf bildet. Die äußere Kühlstruktur vergrößert vorzugsweise die Oberfläche des Wandabschnitts, um den thermischen Widerstand zu verringern.It is provided that the wall section forms part of the heat exchanger section. In particular, the wall section separates the side with the cooling circuit from the other side with the oil circuit. In this structural embodiment, the heat exchanger section comprises the wall section shown, the side of the heat exchanger section for the oil circuit forming an outer wall area and the side of the heat exchanger section for the cooling circuit forming an inner wall area. It is possible to thermally couple the supply device via the inner wall area, preferably to thermally couple it directly, and to thermally couple the oil circuit, preferably to thermally couple it directly, via the outer wall area. In this embodiment, a structurally simple and at the same time space-saving embodiment is given. In a preferred implementation of the invention, the wall section has an outer cooling structure, the outer cooling structure having the oil flowing through it and / or forming a fluidic section in the oil circuit. The outer cooling structure preferably increases the surface area of the wall section in order to reduce the thermal resistance.
Der elektrische Antrieb weist einen Abschlussdeckel auf, wobei der Abschlussdeckel den Wärmetauscherabschnitt abschließt. Insbesondere begrenzt der Abschlussdeckel einen Ölführungsbereich in dem Wärmetauscherabschnitt. Vorzugsweise ist der Abschlussdeckel an einer Unterseite des elektrischen Antriebs angeordnet.The electric drive has an end cover, the end cover closing the heat exchanger section. In particular, the end cover delimits an oil guide area in the heat exchanger section. The end cover is preferably arranged on an underside of the electric drive.
Ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Abschlussdeckel mindestens einen Funktionsbereich aufweist, wobei der Funktionsbereich als eine Gegenkühlstruktur, als ein Ölwannenbereich und/oder als eine Pumpenschnittstelle zur Aufnahme einer Ölpumpe ausgebildet ist. Der Abschlussdeckel kann somit genau einen der genannten Funktionsbereiche, genau zwei der genannten Funktionsbereich oder alle drei genannten Funktionsbereiche aufweisen.In addition, it is proposed that the cover has at least one functional area, the functional area being designed as a counter cooling structure, as an oil pan area and / or as a pump interface for receiving an oil pump. The end cover can thus have exactly one of the named functional areas, exactly two of the named functional areas or all three named functional areas.
Besonders bevorzugt ist der Abschlussdeckel einteilig und/oder einstückig ausgebildet. Insbesondere besteht diese, im Speziellen umfassend den oder die Funktionsbereiche aus einem gemeinsamen Materialabschnitt. Beispielsweise ist der Abschlussdeckel als ein Gussteil, insbesondere als ein Aluminiumdruckgussteil ausgebildet.The end cover is particularly preferably designed in one piece and / or in one piece. In particular, this consists, in particular comprising the functional area or areas, from a common material section. For example, the end cover is designed as a cast part, in particular as an aluminum die-cast part.
Für den Fall, dass der Funktionsbereich als eine Gegenkühlstruktur ausgebildet ist, ist es bevorzugt, dass die Gegenkühlstruktur einen Teil des Ölführungsbereichs in dem Wärmetauscherabschnitt bildet. Insbesondere ist die Gegenkühlstruktur auf einer Innenseite des Abschlussdeckels angeordnet, im Speziellen angeformt. Es ist bevorzugt, dass die Gegenkühlstruktur die Oberfläche des Abschlussdeckels an der Innenseite gegenüber der Grundfläche des Abschlussdeckels im Bereich der Gegenkühlstruktur vergrößert. Vorzugsweise ist die Oberfläche des Abschlussdeckels in dem Bereich der Gegenkühlstruktur mehrt als 1,3-fach, vorzugsweise mehr als 1,5-fach größer als die Grundfläche des Abschlussdeckels in dem gleichen Bereich. Vorzugsweise entspricht der Bereich der Gegenkühlstruktur dem Bereich des Wärm etauscherabschn itts.In the event that the functional area is designed as a counter cooling structure, it is preferred that the counter cooling structure forms part of the oil guide area in the heat exchanger section. In particular, the counter-cooling structure is arranged on an inside of the end cover, specifically molded on. It is preferred that the counter-cooling structure enlarges the surface of the cover on the inside compared to the base area of the cover in the area of the counter-cooling structure. Preferably, the surface of the cover in the area of the counter cooling structure is more than 1.3 times, preferably more than 1.5 times larger than the base area of the cover in the same area. The area of the counter cooling structure preferably corresponds to the area of the heat exchanger section.
Für den Fall, dass der Funktionsbereich als ein Ölwannenbereich ausgebildet ist, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ölwannenbereich wannenförmig oder schalenförmig ausgebildet ist und/oder ein Ölvolumen von mindestens 0,3 I, insbesondere mindestens 0,4 I aufnehmen kann. Besonders bevorzugt ist das aufzunehmen der Ölvolumen in dem Ölwannenbereich größer als das aufzunehmende Ölvolumen in dem Wärmetauscherabschnitt.In the event that the functional area is designed as an oil sump area, it is preferably provided that the oil sump area is trough-shaped or shell-shaped and / or can accommodate an oil volume of at least 0.3 l, in particular at least 0.4 l. The volume of oil to be taken up in the oil pan area is particularly preferably greater than the volume of oil to be taken up in the heat exchanger section.
Für den Fall, dass der Abschlussdeckel die Gegenkühlstruktur und den Ölwannenbereich aufweist, ist es bevorzugt, dass in der Einbaulage des Abschlussdeckels der Ölwannenbereich tiefer angeordnet ist als die Gegenkühlstruktur.In the event that the end cover has the counter cooling structure and the oil pan area, it is preferred that the oil pan area is arranged lower than the counter cooling structure in the installation position of the end cover.
Für den Fall, dass der Funktionsbereich als eine Pumpenschnittstelle ausgebildet ist, ist es bevorzugt, dass die Pumpenschnittstelle eine strömungstechnische und/oder mechanische Anbindung einer Ölpumpe bildet. Für den Fall, dass der Abschlussdeckel die Gegenkühlstruktur, den Ölwannenbereich und die Pumpenschnittstelle umfasst, ist es bevorzugt, dass die strömungstechnische Anbindung eine strömungstechnische Verbindung einerseits zu dem Ölwannenbereich und andererseits zu dem Wärmetauscherabschnitt und/oder zu der Gegenkühlstruktur bildet.In the event that the functional area is designed as a pump interface, it is preferred that the pump interface forms a fluidic and / or mechanical connection to an oil pump. In the event that the end cover comprises the counter-cooling structure, the oil pan area and the pump interface, it is preferred that the fluidic connection forms a fluidic connection to the oil pan area on the one hand and to the heat exchanger section and / or to the counter-cooling structure on the other.
Die Integration von mindestens einem Funktionsbereich in den Abschlussdeckel erlaubt es, komplexe Strukturen von dem eigentlichen Gehäuse des elektrischen Antriebs in den Abschlussdeckel zu übertragen, so dass die Komplexität des eigentlichen Gehäuses reduziert werden kann.The integration of at least one functional area in the cover makes it possible to transfer complex structures from the actual housing of the electric drive to the cover, so that the complexity of the actual housing can be reduced.
Durch den Abschlussdeckel wird die äußere Kühlstruktur strömungstechnisch abgeschlossen, so dass das zwischen dem Abschlussdeckel und der äußere Kühlstruktur und/oder dem Wandabschnitt gebildete äusseren Kühlvolumen von dem Öl verlustfrei durchflossen werden kann. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Führung des Öls zwischen dem Abschlussdeckel und der äußeren Kühlstruktur und/oder dem Wandabschnitt mäanderförmig, labyrinthförmig, gewendelt oder zickzack-förmig ausgebildet wird. Insbesondere ist die Führung des Öls zwischen dem Eingang und dem Ausgang des äusseren Kühlvolumens so ausgebildet, dass künstlich eine verlängerte Kühlstrecke gebildet ist.The outer cooling structure is closed off in terms of flow technology by the end cap, so that the oil can flow through the outer cooling volume formed between the end cap and the outer cooling structure and / or the wall section without loss. It can be provided that the oil is guided between the cover and the outer cooling structure and / or the wall section in a meandering, labyrinth, spiral or zigzag shape. In particular, the routing of the oil between the inlet and the outlet of the outer Cooling volume designed so that artificially an extended cooling path is formed.
Der dem Öl zugewandte Außenwandbereich muss zur Herstellung für einen entsprechenden Werkzeugteil im Druckgusswerkzeug zugänglich sein. Daher wird er über den Abschlussdeckel verschlossen, der zum Beispiel mittels Schraubverbindung und einer Flanschdichtung den Fluidaustritt in die Umgebung verhindert. Dieser Abschlussdeckel wird z.B. im Kunststoff-Spritzguss, wahlweise aber auch in einem anderen Herstellverfahren gefertigt. Hier kommt bei erhöhten Anforderungen an die Robustheit insbesondere ein umgeformtes Blechteil oder auch ein Gussteil, insbesondere Druckgussteil in Frage.The outer wall area facing the oil must be accessible for production for a corresponding tool part in the die-casting tool. It is therefore closed via the cover plate, which prevents fluid from escaping into the environment, for example by means of a screw connection and a flange seal. This cover is e.g. In plastic injection molding, but optionally also manufactured in a different manufacturing process. In the case of increased robustness requirements, a formed sheet metal part or a cast part, in particular a die-cast part, is particularly suitable.
Die Gegenkühlstruktur und die äußere Kühlstruktur bilden gemeinsam den Ölführungsbereich, wobei der Ölführungsbereich mit dem Öl beströmt ist und/oder einen strömungstechnischen Abschnitt in dem Ölkreislauf bildet. Vorzugsweise greifen die äußere Kühlstruktur und die Gegenkühlstruktur ineinander und/oder sind verzahnt, so dass der gemeinsame Ölführungsbereich verlängert ist. Insbesondere erfolgt das Ineinandergreifen in der Einbaulage des Abschlussdeckels in Höhenrichtung.The counter cooling structure and the outer cooling structure together form the oil guide area, the oil guide area having the oil flowing through it and / or forming a fluidic section in the oil circuit. The outer cooling structure and the counter cooling structure preferably interlock and / or are interlocked, so that the common oil guide area is lengthened. In particular, the interlocking takes place in the installed position of the end cover in the vertical direction.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist die Gegenkühlstruktur als eine Mehrzahl von Rippen ausgebildet, wobei die Rippen quer zur Strömungsrichtung in dem Ölkreislauf ausgerichtet sind. Besonders bevorzugt greift die äußere Kühlstruktur in Lücken zwischen den Rippen ein, insbesondere so dass der Ölführungsbereich in der Höhe variiert.In a preferred structural embodiment of the invention, the counter-cooling structure is designed as a plurality of ribs, the ribs being oriented transversely to the direction of flow in the oil circuit. The outer cooling structure particularly preferably engages in gaps between the ribs, in particular so that the oil guide area varies in height.
Es ist besonders bevorzugt, dass der Ölwannenbereich als ein Trockensumpfbereich ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung erfolgt die Beölung und/oder Kühlung des Getriebes durch eine aktive Ölversorgung, welche durch die Ölpumpe sichergestellt ist.It is particularly preferred that the oil pan area is designed as a dry sump area. In this embodiment, the transmission is lubricated and / or cooled by an active oil supply, which is ensured by the oil pump.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung weist die Pumpenschnittstelle eine mechanische Schnittstelle für ein Aufnahmegehäuse zur Aufnahme der Ölpumpe und/oder für die Ölpumpe direkt auf. Ferner weist die Pumpenschnittstelle eine strömungstechnische Schnittstelle auf.In a preferred structural embodiment, the pump interface has a mechanical interface for a receiving housing for receiving the oil pump and / or for the oil pump directly. The pump interface also has a fluidic interface.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist bei einer ersten Alternative der elektrische Antrieb einen Motorgehäusebereich für den Elektromotor auf. Der Motorgehäusebereich bildet einen Abschnitt des Gehäuses. Der Versorgungsgehäusebereich und der Motorgehäusebereich sind einstückig miteinander ausgebildet. Bei einer zweiten Alternative weist der elektrische Antrieb einen Getriebegehäusebereich für das Getriebe auf. Der Getriebegehäusebereich bildet einen Abschnitt des Gehäuses. Der Versorgungsgehäusebereich und der Getriebegehäusebereich sind einstückig miteinander ausgebildet. Besonders bevorzugt sind der Versorgungsgehäusebereich und der zusätzliche Bereich gemäß der Alternativen einstückig aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, vorzugsweise urformend, im Speziellen im Druckgussverfahren, hergestellt. Bei beiden Alternativen kann somit der Versorgungsgehäusebereich kostengünstig ergänzend zu dem jeweiligen anderen Bereich hergestellt werden. Somit kann die größtmögliche Einsparung an Bauteilen und eine kostenoptimale Ausführung erzielt werden. Bei einer weniger bevorzugten Ausgestaltung kann der Versorgungsgehäusebereich auch separat hergestellt und/oder angeordnet werden, wobei die strömungstechnische Anbindung über Verbindungselemente, wie zum Beispiel Schläuche oder Rohre, erfolgt.In a preferred development of the invention, in a first alternative, the electric drive has a motor housing area for the electric motor. The motor housing area forms a portion of the housing. The supply housing area and the motor housing area are formed integrally with one another. In a second alternative, the electric drive has a transmission housing area for the transmission. The gear housing area forms a portion of the housing. The supply housing area and the gear housing area are formed integrally with one another. Particularly preferably, the supply housing area and the additional area according to the alternatives are made in one piece from an aluminum alloy, preferably made by molding, especially by the die-casting process. In the case of both alternatives, the supply housing area can thus be produced inexpensively in addition to the respective other area. In this way, the greatest possible savings in components and a cost-effective design can be achieved. In a less preferred embodiment, the supply housing area can also be produced and / or arranged separately, with the fluidic connection being made via connecting elements, such as hoses or pipes.
Somit findet eine Ölkühlung vorzugsweise im folgenden Leistungsfluss statt:
- -Wärmeübergang von Öl zum Gehäusewerkstoff des Versorgungsgehäusebereichs;
- -Wärmeleitung im Gehäusewerkstoff;
- -Wärmeübergang von Gehäusewerkstoff zu Kühlmittel.
- -Heat transfer from oil to the housing material of the supply housing area;
- -Heat conduction in the housing material;
- -Heat transfer from the housing material to the coolant.
Die innere und/oder die äußere Kühlstruktur kann Kühlrippen, Kühlpins, Kühlnoppen oder andere Formelemente zur Vergrößerung der Oberfläche aufweisen. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die innere Kühlstruktur und/oder die äußere Kühlstruktur einstückig mit dem Wandabschnitt und/oder mit dem Versorgungsgehäusebereich ausgebildet, so dass die Kühlstruktur(en) gemeinsam mit dem Wandabschnitt und/oder mit dem Versorgungsgehäusebereich vorzugsweise urformend gefertigt werden können. Auf diese Weise ist der Wärmetauscherabschnitt besonders kostengünstig zu integrieren.The inner and / or the outer cooling structure can have cooling fins, cooling pins, cooling knobs or other shaped elements to enlarge the surface. In a particularly preferred embodiment, the inner cooling structure and / or the outer cooling structure is formed in one piece with the wall section and / or with the supply housing area, so that the cooling structure (s) can be manufactured together with the wall section and / or with the supply housing area, preferably in an original form. In this way, the heat exchanger section can be integrated particularly cost-effectively.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der elektrische Antrieb als eine elektrische Achse ausgebildet, wobei die elektrische Achse vorzugsweise zwei Abtriebswellen aufweist, wobei die Abtriebswellen jeweils mit einem angetriebenen Rad des Fahrzeugs wirkverbunden sind. In dieser Ausgestaltung ist der elektrische Antrieb sehr kompakt aufgebaut, so dass das beschriebene Wärmemanagement besonders effektiv eingesetzt werden kann.In a preferred embodiment of the invention, the electric drive is designed as an electric axle, the electric axle preferably having two output shafts, the output shafts each being operatively connected to a driven wheel of the vehicle. In this embodiment, the electric drive has a very compact structure, so that the heat management described can be used particularly effectively.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:
-
1 eine schematisierte dreidimensionale Darstellung eines elektrischen Antriebs für ein Fahrzeug als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine Schnittdarstellung von dem Versorgungsgehäusebereich des elektrischen Antriebs in der1 im Bereich eines Wärmetauscherabschnitt; -
3 eine schematische dreidimensionale Draufsicht auf einen Innenwandbereich von dem Versorgungsgehäusebereich im Bereich des Wärmetauscherabschnitts; -
4 eine schematische dreidimensionale Draufsicht auf einen Außenwandbereich von dem Versorgungsgehäusebereich im Bereich des Wärmetauscherabschnitts; -
5 eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines elektrischen Antriebs als ein weiteres Ausführungsbeispiel Erfindung; -
6 eine dreidimensionale Explosionsdarstellung des Abschlussdeckels mit angrenzenden Komponenten des elektrischen Antriebs der5 ; -
7 eine Schnittdarstellung durch den elektrischen Antrieb der5 ; -
8 eine dreidimensionale Explosionsdarstellung des Abschlussdeckels mit angrenzendem Versorgungsgehäusebereich des elektrischen Antriebs der5 , -
9 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen elektrischen Antrieb als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
10 eine schematische dreidimensionale Draufsicht auf einen Außenwandbereich von dem Versorgungsgehäusebereich im Bereich des Wärmetauscherabschnitts als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 a schematic three-dimensional representation of an electric drive for a vehicle as an embodiment of the invention; -
2 a sectional view of the supply housing area of the electric drive in FIG1 in the area of a heat exchanger section; -
3 a schematic three-dimensional plan view of an inner wall area of the supply housing area in the area of the heat exchanger section; -
4th a schematic three-dimensional plan view of an outer wall area of the supply housing area in the area of the heat exchanger section; -
5 a schematic, three-dimensional representation of an electric drive as a further embodiment of the invention; -
6th a three-dimensional exploded view of the cover with adjacent components of the electric drive of the5 ; -
7th a sectional view through the electric drive of5 ; -
8th a three-dimensional exploded view of the cover with the adjacent supply housing area of the electric drive of5 , -
9 shows a sectional view through an electric drive as a further embodiment of the invention; -
10 a schematic three-dimensional plan view of an outer wall area of the supply housing area in the area of the heat exchanger section as a further embodiment of the invention.
Die
In dem Motorgehäusebereich
Das Getriebe
Der Elektromotor
Der Versorgungsgehäusebereich
Die
Auf einem Außenwandbereich
Auf einem Innenwandbereich
Zwischen den inneren Kühlstrukturen
Die
Die
Der Abschlussdeckel
Die
Der Abschlussdeckel
Der Abschlussdeckel
Die
Der Ölwannenbereich
Die Gegenkühlstruktur
Die
Am Innenwandbereich
Optional kann unterhalb von den Gegenkühlstrukturen
In der
Die
Zu erkennen ist, dass auf die inneren Kühlstrukturen
Die
- - Auf eine separate Dichtung kann verzichtet werden.
- - Auf eine Verschraubung kann verzichtet werden, dadurch wird in der Montage der Aufwand auf ein Minimum reduziert.
- - Kosten der Normteile, Dichtung und Montage können eliminiert werden.
- - Steifigkeit des Gehäuses wird positiv beeinflusst (nahezu einteiliges Verhältnis).
- - There is no need for a separate seal.
- - There is no need for a screw connection, which reduces the installation effort to a minimum.
- - Costs of standard parts, sealing and assembly can be eliminated.
- - The rigidity of the housing is positively influenced (almost one-piece ratio).
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- elektrischer Antriebelectric drive
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- MotorgehäusebereichMotor housing area
- 44th
- GetriebegehäusebereichGear housing area
- 55
- VersorgungsgehäusebereichUtility housing area
- 66th
- ElektromotorElectric motor
- 77th
- Getriebetransmission
- 88th
- VersorgungseinrichtungUtility
- 99
- ÖlkreislaufOil circuit
- 1010
- ÖlpumpeOil pump
- 1111
- KühlkreislaufCooling circuit
- 1212th
- KühlmittelpumpeCoolant pump
- 1313
- WärmetauscherabschnittHeat exchanger section
- 1414th
- AbschlussdeckelEnd cover
- 1515th
- AußenwandbereichExterior wall area
- 1616
- äußere Kühlstrukturenexternal cooling structures
- 1717th
- InnenwandbereichInterior wall area
- 1818th
- innere Kühlstruktureninternal cooling structures
- 1919th
- WärmeleitplatteThermal plate
- 2020th
- DichtungselementeSealing elements
- 21a, b21a, b
- KühlpinsCooling pins
- 2222nd
- FlanschdichtungFlange seal
- 2323
- äusseres Kühlvolumenouter cooling volume
- 2424
- inneres Kühlvolumeninternal cooling volume
- 2525th
- leerempty
- 2626th
- WandabschnittWall section
- 2727
- GehäusewandHousing wall
- 2828
- GegenkühlstrukturCounter cooling structure
- 2929
- ÖlwannenbereichSump area
- 3030th
- PumpenschnittstellePump interface
- 3131
- AufnahmegehäuseReceiving housing
- 3232
- RippenRibs
- 3333
- ÖlführungsbereichOil guide area
- 3434
- Dichtungpoetry
- 3535
- stoffschlüssige Verbindungmaterial connection
- 3636
- LötfolieSolder foil
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102018130124 [0003]DE 102018130124 [0003]
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021111088A1 (en) | 2021-04-29 | 2022-11-03 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Drive system for an electric vehicle and electric vehicle |
DE102021204677A1 (en) | 2021-05-10 | 2022-11-10 | Zf Friedrichshafen Ag | Drive system for a working machine |
-
2019
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021111088A1 (en) | 2021-04-29 | 2022-11-03 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Drive system for an electric vehicle and electric vehicle |
DE102021204677A1 (en) | 2021-05-10 | 2022-11-10 | Zf Friedrichshafen Ag | Drive system for a working machine |
DE102021204677B4 (en) | 2021-05-10 | 2023-01-05 | Zf Friedrichshafen Ag | Drive system for a working machine |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |