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Die Erfindung betrifft eine Druckausgleichsanordnung für eine Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs, eine Antriebseinrichtung und ein Fahrzeug.
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Ein Bauteil kann ein Gehäuse aufweisen, das einen Innenraum umschließt. Falls sich für den Innenraum ein kritischer Druck einstellt, kann dieser gegenüber der Umgebung ausgeglichen werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 103 998 A1 beschreibt eine Energiespeichereinheit und/oder Energiewandlereinheit.
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Ein Druckausgleichselement für ein gegenüber einer Umgebung abgeschlossenes Gehäuse und ein Gehäuse sind in der Druckschrift
DE 10 2010 003 256 A1 beschrieben.
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Eine belüftete, abgeschlossene Gehäuseanordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs ist aus der Druckschrift
US 2008 099 258 A1 bekannt.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, in einer elektrischen Antriebseinrichtung einen Druckausgleich zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Druckausgleichsanordnung, eine Antriebseinrichtung und ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Druckausgleichsanordnung, der Antriebseinrichtung und des Fahrzeugs gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Die erfindungsgemäße Druckausgleichsanordnung ist für eine Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs ausgebildet bzw. vorgesehen. Dabei weist die Antriebseinrichtung als Antriebskomponenten zum Antreiben des Fahrzeugs zumindest eine Elektromaschine, eine Leistungselektronik und ein Getriebe auf, wobei jeweils eine Antriebskomponente in einem Gehäuse angeordnet ist, das einen Luftraum für die jeweilige Antriebskomponente umschließt, wobei jeweils zumindest zwei Lufträume von benachbarten, insbesondere von unmittelbar benachbarten, Gehäusen miteinander luftdurchlässig verbunden sind. Die Druckausgleichsanordnung weist ein, üblicherweise mindestens ein für sämtliche Antriebskomponenten der Antriebseinrichtung gemeinsames, bspw. zentrales Druckausgleichselement auf, das die von den Gehäusen umschlossenen Lufträume von sämtlichen Antriebskomponenten der Antriebseinrichtung mit einer Umgebung bzw. Umwelt luftdurchlässig verbindet, wobei das mindestens eine Druckausgleichselement über bzw. oberhalb der Watlinie des Fahrzeugs angeordnet ist, wenn die Druckausgleichsanordnung und die Antriebseinrichtung in das Fahrzeug eingebaut sind.
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Zur möglichen Realisierung der Druckausgleichsanordnung ist vorgesehen, dass ein Gehäuse für sämtliche Antriebskomponenten vorgesehen ist, das eine luftdurchlässige Gehäuseöffnung, d. h. lediglich eine gemeinsame Gehäuseöffnung für sämtliche Lufträume sämtlicher Antriebskomponenten, hin zu der Umgebung aufweist, die mit dem gemeinsamen zentralen Druckausgleichselement verbunden ist.
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Die eine Gehäuseöffnung, d. h. die lediglich eine Gehäuseöffnung für sämtliche Lufträume sämtlicher Antriebskomponenten, ist an einem höchsten Punkt der Antriebseinrichtung und/oder über bzw. oberhalb der Watlinie des Fahrzeugs angeordnet, wenn die Druckausgleichsanordnung und/oder die Antriebseinrichtung in das Fahrzeug eingebaut ist bzw. sind. Mit der Watlinie, die für das Fahrzeug vorgesehen ist, wird eine Wattiefe eines Gewässers beschrieben, durch die das Fahrzeug fahren kann. Da das mindestens eine Druckausgleichselement oberhalb der Watlinie und somit oberhalb der Wattiefe angeordnet ist, wird ein Eindringen von Wasser aus dem Gewässer in das Druckausgleichselement und somit in die Antriebseinrichtung vermieden.
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Hierbei ist die eine bzw. lediglich eine Gehäuseöffnung in einer Ausgestaltung mit dem gemeinsamen zentralen Druckausgleichselement direkt verbunden. Dabei kann das Druckausgleichselement in der Gehäuseöffnung angeordnet sein.
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In alternativer Ausgestaltung weist die Druckausgleichsanordnung eine Entlüftungsleitung auf, wobei die üblicherweise lediglich eine Gehäuseöffnung über die Entlüftungsleitung mit dem gemeinsamen Druckausgleichselement verbunden ist. Hierbei ist ein erstes Ende der Entlüftungsleitung mit der Gehäuseöffnung und ein zweites Ende der Entlüftungsleitung mit dem gemeinsamen Druckausgleichselement verbunden, das über bzw. oberhalb der Watlinie des Fahrzeugs angeordnet ist, wenn die Druckausgleichsanordnung darin eingebaut ist. Hierbei ist optional ein zusätzliches Druckausgleichselement verwendbar, das zwischen der Gehäuseöffnung und dem ersten Ende der Entlüftungsleitung angeordnet ist. Eine derartige Entlüftungsleitung ist dann vorgesehen, falls die eine Gehäuseöffnung für die Lufträume sämtlicher Antriebskomponenten unterhalb der Watlinie angeordnet sein sollte.
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Die zumindest zwei Lufträume und/oder jeweils zwei Lufträume, die miteinander luftdurchlässig verbunden sind, sind bspw. über eine luftdurchlässige Schnittstelle der Druckausgleichsanordnung miteinander verbunden, die die Gehäuse der beiden Lufträume luftdurchlässig verbindet. Eine derartige bspw. elektrische Schnittstelle kann zwischen der Elektromaschine und der Leistungselektronik bzw. zwischen deren jeweiligen Gehäusen angeordnet sein und bspw. elektrische Leitungen aufweisen, die die Elektromaschine und die Leistungselektronik elektrisch leitend verbindet, wobei die derartige bspw. elektrische Schnittstelle als Wechselstrom- bzw.
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AC-Schnittstelle ausgebildet ist und/oder bezeichnet werden kann. Alternativ oder ergänzend kann die Druckausgleichsanordnung eine luftdurchlässige mechanische Schnittstelle aufweisen, über die das Getriebe und die Elektromaschine mechanisch verbunden sind, wobei durch eine derartige mechanische Schnittstelle eine Welle zum Verbinden des Getriebes und der Elektromaschine geführt ist.
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Alternativ oder ergänzend sind die zumindest zwei Lufträume über ein Übergangsmodul der Druckausgleichsanordnung miteinander verbunden, das zumindest luftdurchlässig ist. Dieses Übergangsmodul kann ergänzend auch fluiddurchlässig, insbesondere flüssigkeitsdurchlässig, bspw. für ein Kühlmittel wie Wasser oder Öl, ausgebildet sein. Ein derartiges Übergangsmodul kann als Membran und/oder als Labyrinth ausgebildet sein bzw. eine Membran und/oder ein Labyrinth umfassen. Es ist hierbei möglich, dass das Übergangsmodul in einer Gehäusewand zwischen den beiden benachbarten Antriebskomponenten oder in einer voranstehend beschriebenen Schnittstelle angeordnet ist. Ferner kann ein derartiges Übergangsmodul die Elektromaschine und das Getriebe ebenfalls mechanisch verbinden.
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Die Druckausgleichsanordnung ist für eine Antriebseinrichtung zum Antreiben mindestens einer Antriebsachse des Fahrzeugs vorgesehen, wobei die Antriebseinrichtung über das Getriebe mit der Antriebsachse verbunden ist, die wiederum mit mindestens einem Rad zum Antreiben des Fahrzeugs verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug weist eine Elektromaschine, eine Leistungselektronik, ein Getriebe und eine Ausführungsform der voranstehend vorgestellten Druckausgleichsanordnung auf.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist eine Antriebseinrichtung, bspw. eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung, und eine Ausführungsform der voranstehend vorgestellten Druckausgleichsanordnung auf.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass mindestens eine Antriebskomponente des Antriebssystems, in der Regel mindestens die Elektromaschine, ein Kühlsystem für das Kühlmittel aufweist. Dabei kann ein derartiges Kühlsystem als offenes Kühlsystem im Luftraum einer jeweiligen Antriebskomponente ausgebildet sein, mit dem ein nasses Maschinenkonzept realisierbar ist. Es ist auch möglich, dass ein derartiges Kühlsystem als geschlossenes Kühlsystem ausgebildet ist, mit dem ein trockenes Maschinenkonzept realisierbar ist, wobei das geschlossene Kühlsystem Kühlkanäle für das Kühlmittel aufweist, die im jeweiligen Luftraum angeordnet sind. In Ausgestaltung ist ein voranstehend beschriebenes Übergangsmodul nicht nur luftdurchlässig, sondern für das Kühlmittel auch fluiddurchlässig, insbesondere flüssigkeitsdurchlässig. Bei einem trockenen Maschinenkonzept sind das Getriebe und die Elektromaschine über ein luft- und fluiddurchlässiges Übergangsmodul miteinander verbunden. In diesem Fall sind die Elektromaschine und die Leistungselektronik, bspw. über eine Schnittstelle, lediglich luftdurchlässig und elektrisch leitend verbunden.
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Bei einem nassen Maschinenkonzept sind die Elektromaschine und die Leistungselektronik, bspw. über eine Schnittstelle, luftdurchlässig und elektrisch leitend verbunden, wohingegen die Elektromaschine und das Getriebe lediglich luftdurchlässig, jedoch flüssigkeitsundurchlässig verbunden sind. Falls ein Übergang des Kühlmittels von der nassen Elektromaschine zu der Leistungselektronik kühlmitteltypabhängig zulässig bzw. erlaubt ist, ist zwischen der Leitungselektronik und der Elektromaschine, bspw. innerhalb der Schnittstelle, ein luft- und flüssigkeitsdurchlässiges Übergangsmodul angeordnet. Falls ein Übergang des Kühlmittels von der nassen Elektromaschine zu der Leistungselektronik kühlmitteltypabhängig zu vermeiden ist bzw. vermieden wird, ist zwischen der Leitungselektronik und der Elektromaschine die lediglich luftdurchlässige und elektrisch leitende Schnittstelle oder ein lediglich luftdurchlässiges und fluidundurchlässiges, insbesondere flüssigkeitsundurchlässiges bzw. flüssigkeitsdichtes Übergangsmodul angeordnet, das bspw. auch in der Schnittstelle angeordnet sein kann.
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Mit der Druckausgleichsanordnung ist u. a. für eine elektrische Achsantriebseinrichtung eine Zentralisierung einer Druckausgleichsfunktion möglich.
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Hierdurch ist ein Aufwand zur Sicherstellung des Druckausgleichs deutlich zu verringern, da nun anstelle vieler einzelner Druckausgleichselemente (DAE) für jeweils eine Antriebskomponente der Antriebseinrichtung, d. h. das Getriebe, die Elektromaschine und die Leistungselektronik, nun für sämtliche Antriebskomponenten der Antriebseinrichtung ein zentrales und/oder gemeinsames Druckausgleichselement eingebracht werden kann. Dieses zentrale Druckausgleichselement kann entsprechend an Volumina, bspw. Luftvolumina, der Lufträume aller Antriebskomponenten bzw. Teilnehmer der Antriebseinrichtung ausgelegt werden.
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Durch Zentralisierung des Druckausgleichselements können Aufwände, die ansonsten für mehrere Antriebskomponenten durch jeweils durchzuführende Anpassungen von Gehäusen und jeweils bereitzustellende Dichtungen und Membranen verursacht werden, massiv reduziert werden, da nunmehr nur eine einmalige Anpassung eines Gehäuses und jeweils nur eine einmalige Bereitstellung einer Membran und einer Dichtung erforderlich ist.
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Des Weiteren werden neue Positionierungsmöglichkeiten für das eine zentrale und/oder gemeinsame Druckausgleichselement geschaffen, für das nun in der gesamten Antriebseinrichtung bzw. in einem Gesamtantrieb für das Druckausgleichselement eine ideale Position gewählt werden kann. Durch geeignetes Positionieren bzw. Platzieren können ein zusätzlicher Entlüftungsschlauch bzw. Schnorchel und auch weitere Bauteile eingespart werden, da mindestens eine Antriebskomponente der elektrischen Antriebseinrichtung nahezu in jedem Fahrzeug über bzw. oberhalb der Watlinie liegt und somit eine entsprechende Watlinienanforderung erfüllt.
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Dadurch entsteht sowohl in der Entwicklung als auch hinsichtlich der Materialeinzelkosten ein zusätzliches, hohes Einsparpotential
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Eine Umsetzung der Druckausgleichsanordnung kann je nach der Antriebseinrichtung, bspw. je nach Typ der Elektromaschine unterschiedlich bewerkstelligt werden. Bzgl. des Druckausgleichs und des Luftaustausches kann zwischen Typen an Elektromaschinen, nämlich zwischen einer trockenen Elektromaschine und einer nassen Elektromaschine und jeweils entsprechenden Antriebsarten unterschieden werden.
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Für das eine antriebskomponentenübergreifende bzw. bauteilübergreifende Druckausgleichselement können im Fahrzeug verschiedene sinnvolle und/oder intelligente Positionierungen vorgesehen werden.
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Außerdem ist eine übergreifenden Kombination und/oder Bündelung von Antriebskomponenten in einem elektrischen Antriebsstrang zur gemeinschaftlichen Nutzung des lediglich einen Druckausgleichselements möglich, wobei ggf. auch auf den nur optional vorzusehenden Schnorchel verzichtet werden kann.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung.
- 2 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckausgleichsanordnung.
- 3 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckausgleichsanordnung.
- 4 zeigt in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckausgleichsanordnung.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
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Die in 1 schematisch gezeigte Anordnung 202 ist als Achsantrieb für ein Fahrzeug vorgesehen. Diese Vorrichtung umfasst als Antriebskomponenten eine Elektromaschine, ein Getriebe und eine Leistungselektronik, wobei für jede Antriebskomponente jeweils ein Druckausgleichselement 204, 206, 208, nämlich ein Druckausgleichselement 204 für die Elektromaschine, ein Druckausgleichselement 206 für das Getriebe und ein Druckausgleichselement 208 für die Leistungselektronik vorgesehen ist.
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Demnach werden beim Stand der Technik in mehreren Antriebskomponenten, die ein bestimmtes Luftvolumen überschreiten können, mehrere Druckausgleichselemente 204, 206, 208 verbaut, um einen Überdruck oder Unterdruck im Innenraum einer jeweiligen Antriebskomponente bzw. einem entsprechenden Bauteil möglichst schnell an einen Umweltdruck angleichen zu können.
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Dies ist einerseits zur Vermeidung von Beschädigungen von Schnittstellendichtungen und andererseits zur Verhinderung eindringender Feuchtigkeit über Dichtelemente oder Schnittstellen in einen jeweiligen Innenraum notwendig, da bspw. durch thermische Differenzen zwischen einer Temperatur der Antriebskomponenten der Vorrichtung und einer Temperatur einer Umgebung der Vorrichtung Druckdifferenzen entstehen können. Dies kann zum Beispiel bei einer Fahrt des Fahrzeugs durch Wasser schlagartig auftreten, sobald eine betriebswarme Antriebskomponente mit einer Temperatur von bis 95 °C in Wasser mit einer Temperatur um den Gefrierpunkt eintaucht.
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Die in 2 schematisch dargestellte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckausgleichsanordnung 2 ist für eine elektrische Antriebseinrichtung 4 eines Fahrzeugs vorgesehen, das als Antriebskomponenten eine Elektromaschine 6, die in einem ersten Gehäuse 8 angeordnet ist, ein Getriebe 10, das in einem zweiten Gehäuse 12 angeordnet ist, und eine Leistungselektronik 14, die in einem dritten Gehäuse 16 angeordnet ist und hier einen Pulswechselrichter umfasst, aufweist. Die elektrische Antriebseinrichtung 4 ist hier einer Achse, insbesondere einer Antriebsachse, des Fahrzeugs, an der weiterhin Räder des Fahrzeugs angeordnet sind, zugeordnet und dazu ausgebildet, die Räder und somit das Fahrzeug anzutreiben.
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Hierbei sind die beiden Gehäuse 8, 12 für die Elektromaschine 6 und das Getriebe 10 unmittelbar nebeneinander angeordnet und weisen eine gemeinsame Gehäusewand 18 auf, die die Elektromaschine 6 und das Getriebe 10 voneinander trennt. In der Gehäusewand 18 ist ein Übergangsmodul 20 angeordnet, das die Elektromaschine 6 und das Getriebe 10 miteinander verbindet, das dazu ausgebildet ist, einen Austausch von Luft zwischen der Elektromaschine 6, hier einem von dem ersten Gehäuse 8 umschlossenen Luftraum für die Elektromaschine 8, und dem Getriebe 10, hier einem von dem zweiten Gehäuse 12 umschlossenen Luftraum für das Getriebe 10, zuzulassen. Außerdem sind die Elektromaschine 6 und die Leistungselektronik 14 und somit auch das erste und dritte Gehäuse 8, 16 über eine luftdurchlässige Schnittstelle 22, hier eine Wechselstromschnittstelle bzw. AC-Schnittstelle, miteinander verbunden, die hier weiterhin dazu ausgebildet ist, einen Austausch von Luft zwischen der Elektromaschine 6, hier dem von dem ersten Gehäuse 8 umschlossenen Luftraum für die Elektromaschine 6, und der Leistungselektronik 14, hier einem von dem dritten Gehäuse 16 umschlossenen Luftraum für die Leistungselektronik 14, zuzulassen.
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Außerdem ist in 2 eine Watlinie 24 des Fahrzeugs gezeigt. Es ist vorgesehen, dass die Leistungselektronik 14 in vertikaler Richtung über der bzw. oberhalb der Elektromaschine 6 und dem Getriebe 10 angeordnet ist, wenn die Antriebseinrichtung 4 in das Fahrzeug eingebaut ist. Die Ausführungsform der Druckausgleichsanordnung 2 umfasst ein Druckausgleichselement 26, das in einer Gehäuseöffnung 27 des dritten Gehäuses 16 angeordnet ist. Dabei sind die Gehäuseöffnung 27 und das Druckausgleichselement 26 in vertikaler Richtung über bzw. oberhalb der Watlinie 24 des Fahrzeugs angeordnet. Es ist möglich, dass die Gehäuseöffnung 27 und das Druckausgleichselement 26 an einem höchsten Punkt der Antriebseinrichtung 4 angeordnet sind.
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Weiterhin wird hierbei für die Elektromaschine 6 und/oder die Antriebseinrichtung 4 ein trockenes Maschinenkonzept realisiert. Die Elektromaschine 6 umfasst ein Kühlsystem mit Kühlkanälen für ein Kühlmedium, wobei das Kühlmedium als Kühlsubstanz Wasser, Glykol oder Öl oder ein Gemisch mindestens zwei dieser Kühlsubstanzen umfasst. Bei dem trockenen Maschinenkonzept sind der zu be- oder entlüftende Luftraum der Elektromaschine 6 und das Kühlmedium im bspw. geschlossenen Kühlsystem der Elektromaschine 6 räumlich und mediendicht voneinander getrennt. Das ölgeschmierte und ölgekühlte Getriebe 10 und die Elektromaschine 6 sind hier nur über eine Welle mit einem Wellendichtring miteinander mechanisch verbunden, wobei eine derartige Welle im Übergangsmodul 20 oder einer weiteren mechanischen Schnittstelle zwischen der Elektromaschine 6 und dem Getriebe 10 angeordnet ist. Die Leistungselektronik 14 ist über die als AC-Schnittstelle ausgebildete Schnittstelle 22 mit der Elektromaschine 6 verbunden. Die Elektromaschine 6 ist bei dem trockenen Maschinenkonzept nur zur Umwelt bzw. Umgebung abgedichtet. Allerdings ist zwischen der Leistungselektronik 14 und der Elektromaschine 6, bspw. innerhalb der Schnittstelle 22, mindestens eine luftdurchlässige Öffnung angeordnet und/oder vorgesehen, weshalb hier zwischen der Elektromaschine 6 und der Leistungselektronik 14 ohne Zusatzelement mit nahezu beliebigem Volumenstrom Luft ausgetauscht werden kann. Bei der hier vorgestellten Ausführungsform der Druckausgleichsanordnung 2 ist mit dem Übergangsmodul 20 eine Möglichkeit zum Austausch von Luft und somit auch zum Ausgleich von Druck zwischen dem Getriebe 10 und der Elektromaschine 6 möglich.
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Das Druckausgleichselement 26 für die gesamte Antriebseinrichtung 4 zur Umgebung bzw. Umwelt ist hier innerhalb des Fahrzeugs am höchstmöglichen Punkt, hier in der Leistungselektronik 14 angeordnet und/oder verbaut. Der Austausch an Luft und somit ein Ausgleich des Drucks zwischen dem Luftraum des Getriebes 10 und dem Luftraum der Elektromaschine 6 kann hier durch das Übergangsmodul 20, das eine Bohrung mit einer Membran oder eine Art Labyrinth in einem Lagerschild aufweist und in der gemeinsamen Gehäusewand 18 zwischen der Elektromaschine 6 und dem Getriebe 10 bzw. zwischen ihren Lufträumen angeordnet ist, kostengünstig realisiert werden.
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Die in 3 schematisch dargestellte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckausgleichsanordnung 52 ist für eine elektrische Antriebseinrichtung 54 eines Fahrzeugs vorgesehen, das als Antriebskomponenten eine Elektromaschine 56, die in einem ersten Gehäuse 58 angeordnet ist, ein Getriebe 60, das in einem zweiten Gehäuse 62 angeordnet ist, und eine Leistungselektronik 64, die in einem dritten Gehäuse 66 angeordnet ist und hier einen Pulswechselrichter umfasst, aufweist. Die elektrische Antriebseinrichtung 54 ist hier einer Antriebsachse des Fahrzeugs, an der weiterhin Räder des Fahrzeugs angeordnet sind, zugeordnet und dazu ausgebildet, die Räder und somit das Fahrzeug anzutreiben.
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Hierbei sind die beiden Gehäuse 58, 62 für die Elektromaschine 56 und das Getriebe 60 unmittelbar nebeneinander angeordnet und weisen eine gemeinsame Gehäusewand 68 auf, die die Elektromaschine 56 und das Getriebe 60 voneinander trennt. Außerdem sind die Elektromaschine 56 und die Leistungselektronik 64 und somit auch das erste und dritte Gehäuse 58, 66 über eine Schnittstelle 72, hier eine Wechselstromschnittstelle bzw. AC-Schnittstelle, miteinander verbunden, die hier weiterhin dazu ausgebildet ist, einen Austausch von Luft zwischen der Elektromaschine 56, hier dem von dem ersten Gehäuse 58 umschlossenen Luftraum für die Elektromaschine 58, und der Leistungselektronik 64, hier einem von dem dritten Gehäuse 66 umschlossenen Luftraum für die Leistungselektronik 64, zuzulassen. In der Schnittstelle 72 ist auch ein Übergangsmodul 80 angeordnet, das die Elektromaschine 56 und die Leistungselektronik 64 miteinander verbindet und dazu ausgebildet ist, einen Austausch von Luft zwischen der Elektromaschine 56 und der Leistungselektronik 64 zuzulassen.
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Außerdem ist in 3 eine Watlinie 74 des Fahrzeugs gezeigt. Es ist vorgesehen, dass die Leistungselektronik 64 in vertikaler Richtung über der bzw. oberhalb der Elektromaschine 56 und dem Getriebe 60 angeordnet ist, wenn die Antriebseinrichtung 54 in das Fahrzeug eingebaut ist. Die Ausführungsform der Druckausgleichsanordnung 52 umfasst ein Druckausgleichselement 76, das in einer Gehäuseöffnung 77 des dritten Gehäuses 66 angeordnet ist. Dabei sind die Gehäuseöffnung 77 und das Druckausgleichselements 76 in vertikaler Richtung über bzw. oberhalb der Watlinie 74 des Fahrzeugs angeordnet. Es ist möglich, dass die Gehäuseöffnung 77 und das Druckausgleichselement 76 an einem höchsten Punkt der Antriebseinrichtung 54 angeordnet sind. Außerdem wird hierbei für die Elektromaschine 56 ein nasses Maschinenkonzept realisiert.
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Das nasse Maschinenkonzept für die Elektromaschine 56 unterscheidet sich vom trockenen Maschinenkonzept bzw. Maschinentyp durch eine Auflösung einer Trennung des Kühlsystems der Elektromaschine 56 zum Luftraum der Elektromaschine 56. Hierbei ist ein durchgängiger, zum Teil ölgefüllter Luftraum von der Elektromaschine 56 zu dem Getriebe 60 und/oder zwischen der Elektromaschine 56 und dem Getriebe 60 vorgesehen. Hier sind somit keinerlei Zusatzmaßnahmen zum Austausch von Luft bzw. zum Ausgleich des Drucks zwischen der Elektromaschine 56 und dem Getriebe 60 notwendig.
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Hinsichtlich einer Verbindung von der Elektromaschine 56 zu der Leistungselektronik 64 bzw. zwischen der Elektromaschine 56 und der Leistungselektronik 64 sind zwei Varianten möglich. Falls die Leistungselektronik 64 von Öltröpfchen und/oder einem Ölnebel aus der Elektromaschine 56 geschützt werden soll, ist im Luftraum der Schnittstelle 72 bzw. in einem AC-Schnittstellenraum als Übergangsmodul 80 eine Membran zwischen der Leistungselektronik 64 und der Elektromaschine 56 oder ein Labyrinth bzw. eine Labyrinth-Struktur eingebracht, über die ein Austausch von Luft zwischen der Elektromaschine 56 zu der Leistungselektronik 64 ohne Übertrag von Fluiden, insbesondere von flüssigen Medien fluiddicht, insbesondere flüssigkeitsdicht sichergestellt werden kann. Stellt ein Eintrag von Ölnebel, abhängig von einem Typ des verwendeten Öls, für die Leistungselektronik 64 kein Problem dar, kann auf eine Membran oder Zusatzmaßnahme an dieser Stelle vollständig verzichtet werden. In diesem Fall ist für die komplette Antriebseinrichtung 54 nur ein einziges Druckausgleichselement 76 an höchster Stelle der Antriebseinrichtung 54 innerhalb des Fahrzeugs vorgesehen.
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Die in 4 schematisch dargestellte dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckausgleichsanordnung 102 ist für eine elektrische Antriebseinrichtung 104 eines Fahrzeugs vorgesehen, das mehrere Antriebskomponenten aufweist, von denen in 4 eine in einem ersten Gehäuse 105 angeordnete Elektromaschine 106 und eine in einem zweiten Gehäuse 108 angeordnete Leistungselektronik 110 gezeigt sind, wobei die Gehäuse der 105, 108 der Leistungselektronik 110 mit der Elektromaschine 106 über eine Schnittstelle 111 verbunden sind, wobei über diese Schnittstelle 111 auch ein Austausch von Luft zwischen den Gehäusen 105, 108 möglich ist. Die Leistungselektronik 110 ist in vertikaler Richtung über der bzw. oberhalb der Elektromaschine 106 angeordnet ist, wenn die Antriebseinrichtung 104 in das Fahrzeug eingebaut ist.
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Das zweite Gehäuse 108 für die Leistungselektronik 110 weist mehrere Gehäuseöffnungen 112, 114a, 114b, 114c auf, wobei eine erste Gehäuseöffnung 112, die ohnehin in dem Gehäuse 108 angeordnet sein kann oder zur Realisierung der Ausführungsform der Druckausgleichsanordnung 102 darin eingebracht wird, mit der Ausführungsform der Druckausgleichsanordnung 102 zusammenwirkt.
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Die erste Gehäuseöffnung 112 umfasst an ihrem Rand eine bearbeitete Dichtfläche 116 für das zweite Gehäuse 108. Die Druckausgleichsanordnung 102 umfasst ein erstes Druckausgleichselement 118 und einen ersten Dichtring 120, wobei der erste Dichtring 120 zwischen der Dichtfläche 116 und dem ersten Druckausgleichselement 118 angeordnet ist.
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Außerdem umfasst die dritte Ausführungsform der Druckausgleichsanordnung 102 als zusätzliche Systemkomponente eine Entlüftungsleitung 122, ein Aufnahmeelement 124 für die Entlüftungsleitung 122, einen zweiten Dichtring 126, der zwischen dem ersten Druckausgleichselement 118 und dem Aufnahmeelement 124 für die Entlüftungsleitung 122 angeordnet ist, zwei Schrauben 128 zum Befestigen des Aufnahmeelements 124 an dem ersten Gehäuse 108, und eine Kupplung 130, die an einem ersten Ende der Entlüftungsleitung 122 angeordnet ist und einen dritten nicht weiter gezeigten Dichtring umfasst, wobei das erste Ende hier dem zweiten Gehäuse 108 und somit der Antriebseinrichtung 104 zugewandt ist. An einem zweiten Ende der Entlüftungsleitung 122, das von dem zweiten Gehäuse 108 abgewandt ist, ist ein zusätzliches zweites Druckausgleichselement 132 angeordnet. Außerdem kann die Entlüftungsleitung 122 hier über mindestens ein Befestigungselement 134 an dem Fahrzeug befestigt werden. Diese zusätzlichen Systemkomponenten sind in 4 von einer strichpunktierten Linie 140 umschlossen.
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Falls das erste Druckausgleichselement 118 und die erste Gehäuseöffnung 112 in vertikaler Richtung über und/oder oberhalb einer Watlinie des Fahrzeugs angeordnet sind, kann auf die voranstehend beschriebenen zusätzlichen Systemkomponenten verzichtet werden. Falls das erste Druckausgleichselement 118 und/oder die erste Gehäuseöffnung 112 in vertikaler Richtung unter und/oder unterhalb der Watlinie des Fahrzeugs angeordnet sind, sind die zusätzlichen Systemkomponenten erforderlich, wobei das zweite Ende der Entlüftungsleitung 122 und das zweite daran angeordnete Druckausgleichselement 132 in vertikaler Richtung über und/oder oberhalb einer Watlinie des Fahrzeugs angeordnet sind bzw. werden.
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Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung 202 muss im Vergleich zu jeder vorgestellten Ausführungsform der Druckausgleichsanordnung 2, 52, 102 jedes Bauteil des elektrischen Antriebsstrangs, d. h. das Getriebe, die Elektromaschine und die Leistungselektronik selbst einen für das Luftvolumen ausreichenden Druckausgleich sicherstellen. Somit sind an verschiedenen Stellen des Antriebs Druckausgleichselemente 204, 206, 208 verbaut. Je nach Ausführung des jeweiligen Druckausgleichselements 204, 206, 208 bedeutet dies für jedes Bauteil zusätzliche Kosten für Gehäusebearbeitung, Dichtungen und Membranelemente. Liegt eine Position mindestens eines Druckausgleichselements 204, 206, 208 unter einer Watlinienanforderung, die je nach Fahrzeugtyp variieren kann, wird zusätzlich zu dem mindestens einen Druckausgleichselement 204, 206, 208 jeweils noch ein Schlauch oder Schnorchel benötigt. Dieser muss im Fahrzeug so verlegt und befestigt werden, dass ein Atmen der Antriebskomponente der Anordnung 202 auch noch bei Durchfahren einer Grenzwattiefe, inkl. unter Berücksichtigung von Zweckentfremdung (Misuse-Anforderung), gewährleistet ist. Weiterhin müssen an den betroffenen Bauteilen Anschlussschnittstellen vorgesehen und Befestigungsmöglichkeiten im Fahrzeug einbracht werden, was pro Fahrzeug hohe Kosten verursachen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Druckausgleichsanordnung
- 4
- Antriebseinrichtung
- 6
- Elektromaschine
- 8
- Gehäuse
- 10
- Getriebe
- 12
- Gehäuse
- 14
- Leistungselektronik
- 16
- Gehäuse
- 18
- Gehäusewand
- 20
- Übergangsmodul
- 22
- Schnittstelle
- 24
- Watlinie
- 26
- Druckausgleichselement
- 27
- Gehäuseöffnung
- 52
- Druckausgleichsanordnung
- 54
- Antriebseinrichtung
- 56
- Elektromaschine
- 58
- Gehäuse
- 60
- Getriebe
- 62
- Gehäuse
- 64
- Leistungselektronik
- 66
- Gehäuse
- 68
- Gehäusewand
- 72
- Schnittstelle
- 74
- Watlinie
- 76
- Druckausgleichselement
- 77
- Gehäuseöffnung
- 80
- Übergangsmodul
- 102
- Druckausgleichsanordnung
- 104
- Antriebseinrichtung
- 105
- Gehäuse
- 106
- Elektromaschine
- 108
- Gehäuse
- 110
- Leistungselektronik
- 111
- Schnittstelle
- 112
- Gehäuseöffnung
- 114a, 114b, 114c
- Gehäuseöffnung
- 116
- Dichtfläche
- 118
- Druckausgleichselement
- 120
- Dichtring
- 122
- Entlüftungsleitung
- 124
- Aufnahmeelement
- 126
- Dichtring
- 128
- Schraube
- 130
- Kupplung
- 132
- Druckausgleichselement
- 134
- Befestigungselement
- 140
- Linie
- 202
- Anordnung
- 204, 206, 208
- Druckausgleichselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011103998 A1 [0003]
- DE 102010003256 A1 [0004]
- US 2008099258 A1 [0005]
