DE102019202849A1

DE102019202849A1 - Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, Fahrzeug und Verfahren zur Abbremsung einer Antriebseinrichtung

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Publication number: DE102019202849A1
Application number: DE102019202849.7A
Authority: DE
Inventors: German Schidlowski; Philipp Matt; Roland Buol; Barna Szimandl
Original assignee: ThyssenKrupp AG
Current assignee: Jheeco eDrive AG Liechtenstein
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2020-09-03
Also published as: WO2020178083A1; US20220135007A1; CN113439045A; EP3931053A1

Abstract

Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, umfassend mindestens eine elektrische Maschine (1), insbesondere Elektromotor, mit einem Rotor (R) und einem Stator (S), eine Antriebsachse (2) und eine Hauptbetriebsbremse (3), wobei die Antriebseinrichtung mit einer als Fluidspaltbremse ausgestalteten Zusatzbetriebsbremse ausgestattet ist, umfassend einen zwischen Rotor (R) und Stator (S) angeordneten Fluidspalt (6), der zur Erzielung einer Bremswirkung mit einem Fluid geflutet werden kann, Fahrzeug mit einer Antriebseinrichtung mit einer Fluidspaltbremse, sowie Verfahren zur Abbremsung einer Antriebseinrichtung mittels der Fluidspaltbremse, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Fluten des Fluidspaltes mit Fluid aus einem Reservoir mittels der Flutungseinrichtung;
- Leeren des Fluidspaltes von Fluid mittels der Entflutungseinrichtung in ein Reservoir.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Fahrzeug gemäß Anspruch 16, sowie ein Verfahren zur Abbremsung einer Antriebseinrichtung gemäß Anspruch 17.
Eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug umfasst im Wesentlichen eine elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor, eine Antriebsachse und eine Hauptbetriebsbremse. Die Antriebskraft der elektrischen Maschine wird, ggf. über ein Getriebe, auf die Antriebsachse übertragen, welche wiederum ein Rad antreibt. Bei der HauptbetriebsbremseFlutungseinrichtung handelt es sich um eine Bremse, die eine Verzögerung (negative Beschleunigung) des angetriebenen Fahrzeugs im Fahrbetrieb sicherstellen kann. In der Regel werden hierzu sogenannte Friktionsbremsen eingesetzt.
Gesetzlich normiert ist, dass Betriebsbremsen für Fahrzeuge Friktionsbremsen sein müssen. Für Extremsituationen sind die Bremssysteme regelmäßig für negative Beschleunigungen oberhalb der gesetzlichen Norm ausgelegt. Für diesen Bereich sind daher auch andere (Nicht- Friktions-) Bremssysteme zur Ergänzung der Hauptbetriebsbremse zulässig.
Hierzu schlägt die DE102009027478A1 beispielsweise vor, ein herkömmliches Outboard-BremsSystem mit einem weiteren Bremssystem zu kombinieren. Vorgeschlagen wird explizit die Verwendung einer Magnetbremse sowie radfern angebrachter Friktionsbremsen (Inboard-Bremse). Die Inboardbremse kann auch elektromechanisch ausgeführt sein. Als Outboard-Bremssysteme werden in der Regel Bremsen bezeichnet, die radnah und antriebsfern positioniert sind. Im Gegensatz hierzu werden als Inboard-Bremssysteme radferne und antriebsnahe Bremsen bezeichnet.
Eine derartige Kombination von Bremsen erzeugt jedoch ein nicht unbeachtliches Gewicht. Auch müssen bei einer Magnetbremse zahlreiche Parameter, wie beispielsweise die Leitfähigkeit der Bremsscheibe, die Richtung des Magnetfeldes, die Form der Scheibe abgestimmt werden, um eine ausreichende Bremswirkung zu erzielen.
Hier setzt die Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe eine verbesserte Antriebseinheit bereitzustellen, insbesondere eine Antriebseinheit mit einer Hauptbetriebsbremse und einer zusätzlichen Bremse bereitzustellen, die einfach aufgebaut ist und wenig zusätzlichen Aufwand darstellt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Antriebseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, die Antriebseinrichtung mit einer als Fluidspaltbremse ausgestalteten Zusatzbetriebsbremse ausgestattet ist, umfassend einen zwischen Rotor und Stator angeordneten Fluidspalt, der zur Erzielung einer Bremswirkung mit einem Fluid geflutet werden kann, wird eine einfach aufgebaute und mit wenig Zusatzaufwand realisierbare zusätzliche Bremse zur Unterstützung der Hauptbetriebsbremse bereitgestellt. Die Fluidspaltbremse kann je nach Ansteuerung als Bremse für Extremsituationen (Notfallbremsung, alpine Passabfahrt, etc.) oder als unterstützende Betriebsbremse Einsatz finden. In beiden Fällen hilft dies, Bremsbelagverschleiß und Bremspartikel-Emissionen der Hauptbetriebsbremse zu reduzieren. Insbesondere kann auf herkömmliche Outboard-Bremsen verzichtet werden.
Unter Flutung des Fluidspalts mit einem Fluid soll dabei im Wesentlichen die Flutung mit einer Flüssigkeit wie beispielsweise Öl verstanden werden, welches das gegebenenfalls zuvor im Fluidspalt befindliche vorzugsweise gasförmige Fluid wie Luft verdrängt. Dieses Fluid kann auch als Bremsfluid bezeichnet werden. Möglich ist auch, dass der Fluidspalt vor Flutung fluildleer oder evakuiert (im technischen Sinne) war.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der elektrischen Maschine ein Getriebe nachgeschaltet ist. Neben den üblichen Funktionen eines Getriebes, insbesondere Verteilung, Übersetzung, Untersetzung, etc. der seitens der elektrischen Maschine eingebrachten Drehzahl bzw. Drehmoment, kann das üblicherweise in dem Getriebe vorhandene Getriebeöl als Fluid für die Fluidspaltbremse verwendet werden. Das Getriebe kann gewissermaßen als Reservoir für das Fluid dienen und aus diesem entnommen und insbesondere auch wieder zurückgeführt werden. Auch kann die ohnehin zumeist vorhandene Getriebeölumwälzpumpe für die Fluidspaltbremse, insbesondere als Flutungseinrichtung, benutzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung eine erste Antriebsachse und eine zweite Antriebsachse aufweist, wobei das Getriebe zwischen den Antriebsachsen angeordnet ist und die elektrische Maschine mit dem Getriebe gekoppelt ist, wobei eine erste Hauptbetriebsbremse vorgesehen ist, die auf die erste Antriebsachse einwirkt, wobei eine zweite Hauptbetriebsbremse vorgesehen ist, die auf die zweite Antriebsachse einwirkt.
Bei erster und zweiter Antriebsachse handelt es sich insbesondere um Halbachsen, welche über ein Differential miteinander verbunden sind, wobei eine elektrische Maschine zum Antrieb beider Halbachsen ausgebildet ist. Denkbar und möglich ist jedoch auch, dass jede Halbachse eine eigene Antriebseinrichtung aufweist, welche jeweils eine elektrische Maschine und vorzugsweise jeweils ein Getriebe umfasst.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Hauptbetriebsbremse als Inboard-Bremse ausgestaltet ist. Insbesondere zur Reduktion gefederter Massen ist es vorteilhaft, Bremsen radfern und möglichst antriebsnah zu positionieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine, das Getriebe, die Hauptbetriebsbremsen und die als Fluidspaltbremse ausgestaltete Zusatzbetriebsbremse an oder in einem gemeinsamen Gehäuse angebracht bzw. untergebracht sind. Hierdurch kann eine kompakte Antriebseinrichtung bereitgestellt werden, die insbesondere als kompakte Einheit in einem Fahrzeug verbaut werden kann.
Das Grundprinzip der Fluidspaltbremse besteht darin, zur Abbremsung eines rotierenden Rotors der elektrischen Maschine ein Fluid in einen Bereich zwischen Rotor und Stator einzubringen. Hierzu dient eine Flutungseinrichtung. Im Flutungsfall wird im Fluidspalt zwischen Stator und Rotor Energie durch viskose Reibung in Wärme umgesetzt. Aufgehoben wird diese Bremswirkung durch Lenzen dieses eingebrachten Fluids aus dem Bereich zwischen Rotor und Stator durch eine Entflutungseinrichtung. Der mit Fluid zu befüllende bzw. vom Fluid zu entleerende Bereich soll nachfolgend als Fluidspalt angesprochen werden. In der Regel weist die Fluidspaltbremse ein Reservoir auf, in welches das Fluid zur Abgabe an den Fluidspalt bevorratet und/oder zur Rückführung aus dem Fluidspalt aufgenommen werden kann.
Insofern ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Fluidspaltbremse mit einer Flutungseinrichtung zur Flutung des Fluidspaltes mit Fluid und insbesondere einer Entflutungseinrichtung zur Entflutung bzw. Leerung des Fluidspaltes, und/oder einem Reservoir zur Bevorratung des Fluids ausgestattet ist.
Für die Ausgestaltung der Flutungseinrichtung, der Entflutungseinrichtung, und/oder des Reservoirs sind verschiedene Möglichkeiten denkbar.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Flutungseinrichtung eine Pumpe, eine Druckkammer, einen unter Unterdruck stehende elektrische Maschine, insbesondere einen unter Unterdruck stehenden Fluidspalt, oder eine Vorkammer mit einer Kapsel mit einem Treibmittel umfasst.
Ferner kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Entflutungseinrichtung eine Pumpe, eine unter Unterdruck stehende Absaugkammer, einen selbst-evakuierenden Fluidspalt und/oder einen von dem Rotor angetriebenen Impeller umfasst.
Auch kann ferner vorzugsweise vorgesehen sein, dass das Reservoir das Getriebe, die Druckkammer und/oder die Vorkammer umfasst. Auch hierdurch werden bereits vorhandene Komponenten für die Fluidspaltbremse genutzt, wodurch insbesondere Gewicht eingespart werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Antriebseinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Flutungseinrichtung eine erste Pumpe und die Entflutungseinrichtung eine zweite Pumpe umfasst, wobei das Reservoir das Getriebe umfasst. Durch den Einsatz von Pumpen kann eine exakte Steuerung des Fluidflusses und damit eine exakte Dosierung der zu erzielenden zusätzlichen Bremswirkung bewirkt werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Antriebseinrichtung und insbesondere der vorgenannten Antriebseinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Entflutungseinrichtung einen selbst-evakuierenden Fluidspalt und/oder einen von dem Rotor angetriebenen Impeller umfasst. Insbesondere der selbst evakuierende Fluidspalt und/oder der von dem Rotor angetriebene Impeller können vorzugsweise unterstützend zu der als Pumpe ausgestalteten Entflutungseinrichtung eingesetzt werden. Insbesondere kann hiermit die Entflutung beschleunigt werden, wodurch sich insbesondere bei einem Einsatz in einem Fahrzeug eine bessere Einsetzbarkeit ergibt, da die zusätzliche Bremswirkung für kleinere Zeitfenster eingesetzt werden kann. Zeitgleich kann der Impeller auch als zusätzlicher Strömungswiderstand bei geflutetem Fluidspalt beziehungsweise geflutetem Motorinnenraum dienen, um so die Bremswirkung zu erhöhen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Flutungseinrichtung eine Pumpe und eine Druckkammer umfasst, wobei die Entflutungseinrichtung eine Pumpe umfasst, wobei das Reservoir das Getriebe und die Druckkammer umfasst. Durch die Druckkammer können hohe Flutungsleistungen innert kurzer Zeit bereitgestellt werden, wobei der Druck mit vergleichsweise geringer Leistung über längere Zeiträume bereitgestellt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Antriebseinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Flutungseinrichtung einen unter Unterdruck stehenden elektrische Maschine, insbesondere einen unter Unterdruck stehenden Fluidspalt, umfasst, wobei die Entflutungseinrichtung eine unter Unterdruck stehende Absaugkammer umfasst, wobei das Reservoir das Getriebe umfasst. Durch den Unterdruck können Reaktionszeiten bei Zu- beziehungsweise Abschaltung der Fluidspaltbremse verkürzt werden, da ein Unterdruck hohe Leistung bei kurzer Aktivierungszeit (Ventilschalter) bereitstellt. Weiterhin ist es möglich, den Unterdruck über einen langen Zeitraum aufzubauen, so dass Vorrichtungen zur Erzeugung von Unterdruck mit sehr geringer Leistung gewählt werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Antriebseinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Flutungseinrichtung eine Treibmittelkapsel, insbesondere Gaspatrone, umfasst, die in einer fluidgefüllten Vorkammer installiert ist, wobei die Entflutungseinrichtung eine in Schwerkraftrichtung unterhalb der elektrischen Maschine, insbesondere des Fluidspaltes, angeordnete Auffangkammer umfasst, wobei das Reservoir die Vorkammer umfasst. Eine derartige Antriebseinrichtung bzw. Fluidspaltbremse lässt sich sehr preiswert aufbauen, insbesondere da teure Komponenten, wie Pumpen, etc. nicht benötigt werden. Andererseits ist diese Ausgestaltung vorzugsweise für Notbremsungen vorgesehen, da sie nicht ohne Weiteres wiedereinsetzbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Fluid Getriebeöl, insbesondere das in dem Getriebe vorhandene Getriebeöl, genutzt wird. Ein derartiges Fluid ist in dem Getriebe ohnehin enthalten und kann vorteilhafterweise als Fluid für die Fluidspaltbremse genutzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann die Fluidspaltbremse mit einem zusätzlichen Strömungswiderstand, insbesondere einem auf der Rotorwelle angebrachten separaten Schaufelrad oder rotorstirnseitig angebrachten Flügeln, ausgebildet sein. Die Strömungswiderstände tauchen bei geflutetem Fluidspalt beziehungsweise geflutetem Motorinnenraum in das Bremsfluid ein und erhöhen so die Bremswirkung.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein verbessertes Fahrzeug vorzuschlagen, vorzugsweise ein Fahrzeug mit einer verbesserten Antriebseinrichtung, insbesondere verbesserter Fluidspaltbremse.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung / Fluidspaltbremse, können die oben skizzierten Vorteile für ein Kraftfahrzeug nutzbar gemacht werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Abbremsung einer Antriebseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mittels der Fluidspaltbremse vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

- Fluten des Fluidspaltes mit Fluid aus einem Reservoir mittels der Flutungseinrichtung
- Leeren des Fluidspaltes von Fluid mittels der Entflutungseinrichtung in ein Reservoir.

Als Flutungseinrichtungen bzw. Entflutungseinrichtungen können insbesondere die nachfolgend skizzierten Einrichtungen verwendet werden. Unter Fluten des Fluidspaltes ist eine für die zu erzielende Bremswirkung ausreichende Flutung zu verstehen. Auch ist mit Entfluten eine zur gewünschten Abstellung der Bremswirkung durchzuführende Leerung zu verstehen. Es ist nicht auszuschließen, dass Reste des Fluids im Fluidspalt zurückbleiben, jedoch keine Bremswirkung mehr erzielen.
Auch muss das Fluid nicht zwangsläufig in dasselbe Reservoir zurückgeführt werden, aus welchem es entnommen worden ist. Dies ist jedoch unter dem Aspekt eines geschlossenen Kreislaufs erstrebenswert.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen

1 eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
2 eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
3 eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
4 eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
5 eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
6 eine Messkurve aus einem Versuch, bei dem die zusätzliche Bremse aktiviert wurde;
7 eine Messkurve aus einem Versuch, bei dem die zusätzliche Bremse aktiviert wurde.

Bezugszeichenliste

R: Rotor
S: Stator
1: Elektrische Maschine
2: (a/b) Antriebsachse
3: (a/b) Hauptbetriebsbremse
4: Getriebe
5: (a/b) Antriebsrad
6: Fluidspalt
7: (a-d) Flutungseinrichtung
8: (a-e) Entflutungseinrichtung
9: Reservoir
7a: Pumpe
7b: Druckkammer
7c: Treibmittelkapsel
7d: Vorkammer
8a: Pumpe
8b: Impeller
8c: selbst-evakuierender Fluidspalt
8d: Absaugkammer
8e: Auffangkammer
9a: Reservoir in dem Getriebe
9b: Reservoir in Druckkammer
9c: Reservoir in Vorkammer
10: Gehäuse
11: Brems-Kontrolleinheit
12: Ventil
13: Ventil
14: Ventil
15: Ventil
16: Pumpe
17: Membran

Eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfasst mindestens eine elektrische Maschine 1, eine Antriebsachse 2a, eine Hauptbetriebsbremse 3a und erfindungsgemäß eine als Fluidspaltbremse ausgestaltete Zusatzbetriebsbremse. Mit zusätzlicher Bremse bzw. Zusatzbetriebsbremse ist eine, die Hauptbetriebsbremse unterstützende Bremse und beispielsweise keine Feststellbremse gemeint. Die Zusatzbremse soll vielmehr der Unterstützung der Hauptbetriebsbremse dienen, letztendlich also eine zusätzliche Verzögerung der Antriebsräder bei einem bewegten Fahrzeug bzw. Antriebseinrichtung ermöglichen.
Vorzugsweise weist die Antriebseinrichtung ein Getriebe 4 und eine erste Antriebsachse 2a mit einem ersten Antriebsrad 5a und eine zweite Antriebsachse 2b mit einem zweiten Antriebsrad 5b auf. Die erste Antriebsachse 2a ist vorzugsweise zwischen dem Getriebe 4 und dem ersten Antriebsrad 5a und die zweite Antriebsachse 2b ist vorzugsweise zwischen dem Getriebe 4 und dem zweiten Antriebsrad 5b angebracht.
Vorzugsweise ist eine erste Hauptbetriebsbremse 3a und eine zweite Hauptbetriebsbremse 3b vorgesehen. Die erste Hauptbetriebsbremse 3a wirkt auf die erste Antriebsachse 2a und die zweite Hauptbetriebsbremse 3b wirkt auf die zweite Antriebsachse 2b.
Die elektrische Maschine 1, das Getriebe 4 und die Hauptbetriebsbremsen 3a, 3b bilden vorzugsweise eine kompakte Einheit und sind ferner vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse 10 aufgenommen.
Die Hauptbetriebsbremsen 3a, 3b sind auf Grund Ihrer Anordnung fern der Antriebsräder, nah oder in dem Gehäuse, als Inboardbremse anzusprechen. Hinsichtlich des Wirkprinzips handelt es sich bei den Hauptbetriebsbremsen 3a, 3b vorzugsweise um sogenannte Friktionsbremsen, konkret um Scheiben- oder Trommelbremsen. Die Ansteuerung kann elektromechanisch erfolgen.
Wie bereits ausgeführt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung mit einer Zusatzbetriebsbremse in Form mindestens einer Fluidspaltbremse ausgestattet ist.
Das Grundprinzip der Fluidspaltbremse besteht darin, zur Abbremsung eines rotierenden Rotors R der elektrischen Maschine 1 ein Fluid in einen Bereich zwischen Rotor R und Stator S einzubringen. Das Fluid ist in den Abbildungen als wellenförmige Schraffur angedeutet. Hierzu dient eine Flutungseinrichtung. Im Flutungsfall wird im Fluidspalt zwischen Stator S und Rotor R Energie durch viskose Reibung in Wärme umgesetzt. Aufgehoben wird diese Bremswirkung durch Lenzen dieses eingebrachten Fluids aus dem Bereich zwischen Rotor R und Stator S durch eine Entflutungseinrichtung. Der mit Fluid zu befüllende bzw. vom Fluid zu entleerende Bereich soll nachfolgend als Fluidspalt angesprochen werden. In der Regel weist die Fluidspaltbremse ein Reservoir auf, in welches das Fluid zur Abgabe an den Fluidspalt bevorratet und/oder zur Rückführung aus dem Fluidspalt aufgenommen werden kann. Das Fluid zur Flutung des Fluidspalts (Bremsfluid) unterscheidet sich von dem gegebenenfalls anderen Fluid, welches im Fluidspalt vorhanden ist, wenn die Fluidspaltbremse nicht aktiviert ist und keine Bremswirkung erwünscht ist. Bei dem Bremsfluid kann es sich um ein Gas handeln, insbesondere wenn der Fluidspalt bei nicht aktivierter Fluidspaltbremse fluidleer beziehungsweise evakuiert (im technischen Sinne) ist. Bei dem Bremsfluid kann es sich auch um eine Flüssigkeit handeln, welche gegebenenfalls im Fluidspalt vorhandenes Fluid wie Luft bei Flutung des Fluidspalts mit dem Bremsfluid verdrängt wird.
Für die Antriebseinrichtung, insbesondere dessen Fluidspaltbremse, sind unterschiedliche Ausführungsformen denkbar, insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung der Flutungseinrichtung, der Entflutungseinrichtung, und/oder des Reservoirs. Auch können Funktionen in Einrichtungen kombiniert bzw. eine Einrichtung mehrere Funktionen wahrnehmen. Nachfolgend sollen einige, nicht abschließend aufgezählte, Varianten vorgestellt werden.
Die Flutungseinrichtung kann beispielsweise eine Pumpe 7a, Druckkammer 7b, einen unter Unterdruck stehenden elektrische Maschine 1, insbesondere einen unter Unterdruck stehenden Fluidspalt 6, und/oder eine Treibmittelkapsel 7c in einer Vorkammer 7d umfassen.
Die Entflutungseinrichtung kann eine Pumpe 8a, einen mit dem Rotor R verbundenen Impeller 8b, einen selbst-evakuierenden Fluidspalt 8c, eine unter Unterdruck stehende Absaugkammer 8d, und/oder eine in Schwerkraftrichtung unter der elektrischen Maschine 1, insbesondere dem Fluidspalt 6, angeordnete Auffangkammer 8e umfassen.
Das Reservoir 9b bzw. 9c kann durch die Druckkammer 7b bzw. die Vorkammer 7d selbst, als auch durch das Getriebe 4 gebildet werden. Grundsätzlich kommt aber ein beliebiges Gefäß als Reservoir für das Fluid, mit welchem der Fluidspalt 6 geflutet wird, in Frage. Insbesondere wenn das Getriebe 4 als Reservoir 9a verwendet wird, kommt als Fluid Getriebeöl in Frage. Grundsätzlich kommen aber auch andere geeignete Fluide in Frage.
Die vorgenannten Varianten können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden. Ferner ist dem Fachmann klar, dass die oben skizzierten Einrichtungen ggf. durch weitere Komponenten, wie beispielsweise Ventile, Regelungstechnik, insbesondere eine Brems-Kontrolleinheit 11, Rohrleitungen, etc. ergänzt werden.
Nachfolgend sollen einige, jedoch nicht abschließend alle, Kombinationen der oben genannten Flutungs- und Entflutungseinrichtungen bzw. Reservoirs näher beschrieben werden.
In der 1 ist eine Antriebseinrichtung dargestellt, bei der die Flutungseinrichtung eine erste Pumpe 7a und die Entflutungseinrichtung eine zweite Pumpe 8a umfasst. Das Reservoir 9a wird durch das Getriebe 4 gebildet. Als Fluid wird entsprechend das ohnehin im Getriebe 4 vorgesehene Getriebeöl verwendet. Als Pumpe 7a zum Fluten des Fluidspaltes 6 kann die ohnehin zur Umwälzung des Getriebeöls vorgesehene Getriebeölumwälzpumpe aber ggf. auch eine separate Pumpe verwendet werden.
Die Funktion dieser Antriebseinrichtung, insbesondere Fluidspaltbremse, lässt sich wie folgt skizzieren. Eine Brems-Kontrolleinheit 11 öffnet im Falle einer Bremsung ein Ventil 12 zwischen Getriebe 4 und elektrischer Maschine 1, insbesondere Fluidspalt 6. Der Fluidspalt 6 wird durch die Pumpe 7a aktiv geflutet. Zum Abpumpen wird die Pumpe 8a aktiviert, welche das Fluid aus dem Fluidspalt 6 zurück in das Getriebe 4 bzw. den Getriebeölkreislauf pumpt. Zwischen der Pumpe 8a und dem Getriebe 4 kann ein Ventil 13 vorgesehen sein, welches vor dem Abpumpen geöffnet wird.
Auch in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen werden die Flutungs- bzw. Entflutungseinrichtungen 7 bzw. 8 durch die Brems-Kontrolleinheit 11 gesteuert.
2 zeigt eine Abwandlung von Ausführungsbeispiel aus 1, bei dem die Entflutungseinrichtung zusätzlich einen Impeller 8b umfasst. Der Impeller wird beispielsweise durch ein stirnseitig an dem Rotor R angebrachtes Schaufelrad gebildet.
Der Impeller 8b ist dazu eingerichtet, bei geöffnetem Ventil 13 das Fluid aus dem Fluidspalt 6 zu entfernen. Zusätzlich oder alternativ kann die Entflutungseinrichtung auch einen selbst evakuierenden Fluidspalt 8c umfassen. Hierzu kann beispielsweise der Rotor R im Fluidspalt 6 mit entsprechenden Schaufeln ausgestaltet sein. Sowohl Impeller 8b, als auch selbst evakuierender Fluidspalt 8c kommen auch alternativ als Entflutungseinrichtung in Frage. Zeitgleich wirkt der Impeller 8b bei geschlossenem Ventil 13 als Strömungswiderstand und erhöht die Bremswirkung der Fluidspaltbremse.
3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei welcher die Flutungseinrichtung eine Pumpe 7a und eine Druckkammer 7b, ggf. mit einer Druckblase, umfasst. Als Entflutungseinrichtung kommt auch hier eine Pumpe 8a zum Einsatz. Das Reservoir 9 wird hier sowohl durch das Getriebe 4, als auch die Druckkammer 7b gebildet.
Die Funktion dieser Antriebseinrichtung, insbesondere Fluidspaltbremse, lässt sich wie folgt skizzieren. Zwischen dem Getriebe 4 und der Druckkammer 7b ist ein Ventil 12 vorgesehen. Das Ventil 12 wird geöffnet und die Druckkammer 7b wird über die Pumpe 12 vorgefüllt, wobei durch die Druckblase auch ein nahezu inkompressibles Fluid wie Öl vorgespannt werden kann. Bei der Pumpe 12 kann es sich um die ohnehin vorhandene Getriebeölumwälzpumpe handeln.
Im Bremsfalle wird ein Ventil 13 zwischen Druckkammer 7b und Elektrische Maschine 1, insbesondere Fluidspalt 6, geöffnet, so dass das unter Druck stehende Fluid aus der Druckkammer 7b in den Fluidspalt 6 strömt. Das Ventil 12 ist in gesperrt, um ein Rückfluss des Bremsfluids in das Reservoir 9a zu verhindern. Zum Entfluten wird, analog der Ausführungsform gemäß 1, die Pumpe 8a aktiviert, welche das Fluid wieder in das Getriebe 4 bzw. den Getriebekreislauf pumpt. Zwischen der Pumpe 8a und dem Getriebe 4 kann ein Ventil 14 vorgesehen sein.
4 zeigt eine Ausführungsvariante, bei welcher die Flutungseinrichtung einen unter Unterdruck stehenden Elektrische Maschine 1, insbesondere einen unter Unterdruck stehenden Fluidspalt 6, umfasst. Die Entflutungseinrichtung umfasst eine unter Unterdruck stehende Absaugkammer 8d. Das Reservoir 9 wird durch das Getriebe 4 gebildet.
Die Funktion dieser Antriebseinrichtung, insbesondere Fluidspaltbremse, lässt sich wie folgt skizzieren.
Zwischen der elektrischen Maschine 1, insbesondere dem Fluidspalt, und dem Getriebe 4 ist ein Ventil 12 vorgesehen. An die elektrische Maschine 1, insbesondere den Fluidspalt, ist die Absaugkammer 8d und eine Pumpe 16 angeschlossen. Ferner ist zwischen der Absaugkammer 8d und der elektrischen Maschine 1, insbesondere dem Fluidspalt, ein Ventil 13, sowie zwischen der Absaugkammer 8d und der Pumpe 16 ein Ventil 14 vorgesehen. Vorzugsweise ist ein Ventil 15 zwischen der Pumpe 16 und dem Getriebe 4 vorgesehen.
Zunächst ist das Ventil 12 geschlossen und die Ventile 13 und 14 geöffnet. Durch die Pumpe 16, werden sowohl die elektrische Maschine 1, insbesondere der Fluidspalt 6, sowie die Absaugkammer 8d evakuiert bzw. ein Unterdruck erzeugt. Dadurch werden ungewollte Reibungsverluste der elektrischen Maschine 1 verringert. Nach Erreichen eines technisch notwendigen Unterdrucks werden die Ventile 13 und 14 geschlossen und die Pumpe 16 abgestellt. Ventil 12 bleibt geschlossen.
Im Bremsfall wird das Ventil 12 zwischen Getriebe 4 und elektrischer Maschine 1, insbesondere Fluidspalt 6, geöffnet, so dass Fluid aus dem Getriebe 4, insbesondere aus dem Getriebeölkreislauf, in die elektrische Maschine 1, insbesondere den Fluidspalt 6, gesaugt wird. Zum Entfluten wird das Ventil 12 geschlossen und das Ventil 13 geöffnet, so dass das Fluid aus der elektrischen Maschine 1, insbesondere dem Fluidspalt 6, in die Absaugkammer 8d strömt.
Durch Öffnen des Ventils 14 und des Ventils 15 sowie Aktivierung der Pumpe 16 wird die Absaugkammer 8d in das Getriebe 4 entflutet.
5 zeigt eine Ausführungsvariante bei welcher die Flutungseinrichtung eine Treibmittelkapsel 7c, insbesondere Gaspatrone, umfasst, die in einer fluidgefüllten Vorkammer 7d installiert ist. Die Entflutungseinrichtung umfasst eine in Schwerkraftrichtung unterhalb der elektrischen Maschine 1, insbesondere des Fluidspaltes 6, angeordnete Auffangkammer 8e. Es handelt sich ferner um eine Ausführungsvariante, die ohne das Getriebe 4 als Reservoir auskommen soll. Insofern stellt die Vorkammer das Reservoir 9c zur Bereitstellung des Fluids dar.
Die Funktion dieser Antriebseinrichtung, insbesondere Fluidspaltbremse, lässt sich wie folgt skizzieren. Im Bremsfall wird die Gaspatrone 7c gezündet und das Fluid aus der Vorkammer 7d in die elektrische Maschine 1, insbesondere den Fluidspalt 6, gedrückt. Es kann eine Membran 17 zwischen Vorkammer 7d und elektrischer Maschine 1, insbesondere Fluidspalt 6, vorgesehen sein, die durch den Druck der Gaspatrone zerstört wird und den Durchlass freigibt. Nach Ausübung einer Bremswirkung öffnet sich ein Ventil 13 zwischen der elektrischen Maschine 1, insbesondere dem Fluidspalt 6, und das Fluid fließt, vorzugsweise bedingt durch Schwerkraft, in die Auffangkammer 8e ab. Diese Variante ist vorzugsweise nur einmal verwendungsfähig und für Notfallbremsungen ausgelegt. Durch die Entflutungseinrichtung bleibt die Antriebseinrichtung betriebsfähig; insbesondere kann sie durch entsprechende Instandsetzung bzw. Überholung wieder in den Ausgangszustand versetzt werden.
6/7 zeigen reale Messkurven aus einem Versuch, bei welchem der Motorspalt fluidgeflutet wurde. Die Bremsleistung ist geschwindigkeitsabhängig. Die erfindungsgemäße Idee eignet sich daher insbesondere für Notfallbremsungen aus hohen Geschwindigkeiten.
Es gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
Als Hauptanwendungsfall für die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung wird der Einsatz in einem Fahrzeug sein. Auch handelt es sich bei der elektrischen Maschine vorzugsweise um einen Elektromotor. Denkbar ist aber auch ein elektrischer Generator bzw. ein als Generator wirkender Elektromotor.
Das Bremsen kann als „blended braking“ ausgeführt werden, so dass die Bremsleistung durch die Hauptbetriebsbremsen, Fluidspaltbremse und ggf. ein zusätzliches Rekuperationsbremsen insbesondere der elektrischen Maschine bereitgestellt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009027478 A1 [0004]

Claims

Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, umfassend mindestens eine elektrische Maschine (1), insbesondere Elektromotor, mit einem Rotor (R) und einem Stator (S), eine Antriebsachse (2) und eine Hauptbetriebsbremse (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung mit einer als Fluidspaltbremse ausgestalteten Zusatzbetriebsbremse ausgestattet ist, umfassend einen zwischen Rotor (R) und Stator (S) angeordneten Fluidspalt (6), der zur Erzielung einer Bremswirkung mit einem Fluid geflutet werden kann.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrischen Maschine (1) ein Getriebe (4) nachgeschaltet ist.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung eine erste Antriebsachse (2a), eine zweite Antriebsachse (2b) aufweist, wobei das Getriebe zwischen den Antriebsachsen (2a, 2b) angeordnet ist und die elektrische Maschine (1) mit dem Getriebe (4) gekoppelt ist, wobei eine erste Hauptbetriebsbremse (3a) vorgesehen ist, die auf die erste Antriebsachse (2a) einwirken kann, wobei eine zweite Hauptbetriebsbremse (3b) vorgesehen ist, die auf die zweite Antriebsachse (2b) einwirken kann.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptbetriebsbremse (3) als Inboard-Bremse ausgestaltet ist.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1), das Getriebe (4), die Hauptbetriebsbremsen (3a, 3b) und die als Fluidspaltbremse ausgestaltete Zusatzbetriebsbremse an oder in einem gemeinsamen Gehäuse (10) angebracht bzw. untergebracht sind.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidspaltbremse mit einer Flutungseinrichtung (7a-d) zur Flutung des Fluidspaltes (6) mit Fluid und insbesondere einer Entflutungseinrichtung (8a-e) zur Entflutung des Fluidspaltes (6), und/oder einem Reservoir (9a-c) zur Bevorratung des Fluids ausgestattet ist.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flutungseinrichtung eine Pumpe (7a), eine Druckkammer (7b), eine unter Unterdruck stehende elektrische Maschine (1), insbesondere einen unter Unterdruck stehenden Fluidspalt (6), oder eine Vorkammer (7d) mit einer Kapsel (7c) mit einem Treibmittel umfasst.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entflutungseinrichtung eine Pumpe (8a), eine unter Unterdruck stehende Absaugkammer (8d), einen selbst-evakuierenden (8c) Fluidspalt und/oder einen von dem Rotor angetriebenen Impeller (8d) umfasst.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (9a) das Getriebe (4), das Reservoir (9b) die Druckkammer (7b) und/oder das Reservoir (9c) die Vorkammer (7d) umfasst.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flutungseinrichtung eine erste Pumpe (7a) und die Entflutungseinrichtung eine zweite Pumpe (8a) umfasst, wobei das Reservoir (9a) das Getriebe (4) umfasst.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entflutungseinrichtung einen selbst-evakuierenden (8c) Fluidspalt und/oder einen von dem Rotor angetriebenen Impeller (8d) umfasst.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flutungseinrichtung eine Pumpe (7a) und eine Druckkammer (7b) umfasst, wobei die Entflutungseinrichtung eine Pumpe (8a) umfasst, wobei das Reservoir (9a) das Getriebe (4) und das Reservoir (9b) die Druckkammer (7b) umfasst.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flutungseinrichtung eine unter Unterdruck stehende elektrische Maschine (1), insbesondere einen unter Unterdruck stehenden Fluidspalt (6), umfasst, wobei die Entflutungseinrichtung eine unter Unterdruck stehende Absaugkammer (8d) umfasst, wobei das Reservoir (9) durch das Getriebe (4) gebildet ist.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Flutungseinrichtung eine Treibmittelkapsel (7c), insbesondere Gaspatrone, umfasst, die in einer fluidgefüllten Vorkammer (7d) installiert ist, wobei die Entflutungseinrichtung eine in Schwerkraftrichtung unterhalb der elektrischen Maschine, insbesondere des Fluidspaltes, angeordnete Auffangkammer (8e) umfasst, wobei das Reservoir (9c) die Vorkammer (7d) umfasst.
Antriebseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid Getriebeöl, insbesondere das in dem Getriebe vorhandene Getriebeöl, genutzt wird.
Fahrzeug mit einer Antriebseinrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Abbremsung einer Antriebseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mittels der Fluidspaltbremse, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Fluten des Fluidspaltes mit Fluid aus einem Reservoir mittels der Flutungseinrichtung; - Leeren des Fluidspaltes von Fluid mittels der Entflutungseinrichtung in ein Reservoir.