DE102021121555B3

DE102021121555B3 - Hydraulikanordnung

Info

Publication number: DE102021121555B3
Application number: DE102021121555.2A
Authority: DE
Inventors: Jonas Kniel; Michael Heilmann; Maximilian Flack
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2041-08-20
Also published as: WO2023020651A1; KR20240026302A; CN117769628A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanordnung (1) eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs (2) mit wenigstens einer elektrischen Maschine (3) und einer Steuereinheit (50), umfassend eine erste Hydraulikpumpe (4) zur Förderung eines ersten Hydraulikfluids (5) aus einem Hydraulikreservoir (6) in einen ersten Hydraulikpfad (7), welcher mit einem ersten Hydraulikanschluss (8) eines ersten Schaltventils (9) gekoppelt ist, wobei das Schaltventil (9) einen zweiten Hydraulikanschluss (10) aufweist, welcher mit einem zweiten Hydraulikpfad (11) gekoppelt ist, der den zweiten Hydraulikanschluss (10) mit einem ersten Kühlfluidanschluss (12) der elektrischen Maschine (3) verbindet, und die elektrische Maschine (3) einen zweiten Kühlfluidanschluss (13) umfasst, der mit einem dritten Hydraulikpfad (14) verbunden ist, welcher an einen dritten Anschluss (15) des ersten Schaltventils (9) gekoppelt ist, wobei das erste Schaltventil (9) einen vierten Hydraulikanschluss (16) besitzt, welcher an einen vierten Hydraulikpfad (17) gekoppelt ist, welcher in das Hydraulikreservoir (6) mündet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit wenigstens einer elektrischen Maschine und einer Steuereinheit, umfassend eine erste Hydraulikpumpe zur Förderung eines ersten Hydraulikfluids aus einem Hydraulikreservoir in einen ersten Hydraulikpfad, welcher mit einem ersten Hydraulikanschluss eines ersten Schaltventils gekoppelt ist, wobei das Schaltventil einen zweiten Hydraulikanschluss aufweist, welcher mit einem zweiten Hydraulikpfad gekoppelt ist, der den zweiten Hydraulikanschluss mit einem ersten Kühlfluidanschluss der elektrischen Maschine verbindet, und die elektrische Maschine einen zweiten Kühlfluidanschluss umfasst, der mit einem dritten Hydraulikpfad verbunden ist, welcher an einen dritten Anschluss des ersten Schaltventils gekoppelt ist, wobei das erste Schaltventil einen vierten Hydraulikanschluss besitzt, welcher an einen vierten Hydraulikpfad gekoppelt ist, welcher in das Hydraulikreservoir mündet.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegel-raddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
Bei der Entwicklung der für E-Achsen oder Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern, so dass der hierzu notwendigen Kühlung der elektrischen Maschinen wachsende Bedeutung zukommt. Aufgrund der notwenigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine durchgesetzt.
Gleichzeitig benötigen Getriebeanordnung in E-Achsen oder Hybridmodulen eine hinreichend gute Schmierung, um neben einer Kühlung der thermisch beanspruchten Bauelementen auch eine hinreichend gute Schmierung für geringe Reibverluste der Getriebeanordnung bereitzustellen. Häufig kommen in E-Achsen oder Hybridmodulen verwendeten Getriebeanordnungen Planetengetriebe, beispielsweise auch als Differentialgetriebe, zum Einsatz.
Der Aufbau eines Planetentriebes in einem Kraftfahrzeuggetriebe umfasst wenigstens einen Planetensatz, bei dem Planetenräder auf einem Planetenradbolzen wälz- oder gleitgelagert drehbar angeordnet sind, der in einem Planetenträger aufgenommen ist. Für eine dauerhafte Funktion und zur Erzielung einer hohen Lebensdauer des Planetengetriebes ist eine wirkungsvolle Schmierung der Planetenradlagerung sowie das Abführen von Reibungswärme entscheidend. Als Schmiermittel wird ein Öl insbesondere aus Richtung einer zentral im Planetentrieb angeordneten An- oder Abtriebswelle bevorzugt durch Fliehkraft über Ölkanäle oder Bohrungen der Planetenradlagerung zugeleitet.
Die DE 10 2010 054 868 A1 zeigt ein Planetengetriebe, das als ein Differential, bevorzugt als Achsdifferential einsetzbar ist. Zur Schmierung der Planetenradlagerung schließt der Planetenradbolzen einen als Stufenbohrung ausgebildeten Schmierölkanal ein, von dem ausgehend über radiale Bohrungen das Schmieröl zur Lagerung des Planetenrades strömt. Mittels einer einlassseitig in den Schmierölkanal eingesetzten Ölfangschale wird eine gezielte Schmierölbeaufschlagung sichergestellt.
Gemäß der DE 10 2005 054 084 A1 umfasst der Planetenradträger eines Planetengetriebes einen ein Rinnenprofil bildenden Ölfangring, dessen Öffnung zu der Umlaufachse des Planetenradträgers ausgerichtet ist. An das Rinnenprofil sind an der dem Planetenradträger zugewandten Seite des Ölfangringes mehrere Ölführungskanäle vorgesehen, über die das Öl von dem Rinnenprofil zu der Lagerung des Planetenrades geleitet wird.
Weiterhin ist aus der DE 199 60 157 A1 eine Schmiermittelzufuhr mittels Fliehkraftwirkung zur Schmierung der Planetenradlagerung bekannt. Über eine Ölfangeinrichtung wird dabei das Öl in eine zentrale Bohrung des Planetenradbolzens eingeleitet und gelangt von dort über Radialöffnungen zu der Lagerung des Planetenrades.
Das Patent EP 178 56 46 B1 zeigt einen Ausschnitt eines für ein Kraftfahrzeug bestimmten Automatikgetriebes, das ein Planetengetriebe mit einem Planetenträger umfasst. Auf im Planetenträger fixierten Planetenradbolzen sind Planetenräder drehbar gelagert. Eine Ölfangschale weist einen radialen, scheibenförmigen Abschnitt auf, der radial außen in eine Rinne übergeht, von der ausgehend sich ein Stutzen anschließt, der in eine Aufnahme des Planetenradbolzens eingreift. Das in den Planetenradbolzens eintretende Öl wird über eine Querbohrung zur Lagerstelle des Planetenrades auf dem jeweiligen Planetenradbolzen geleitet.
Die DE 10 2015 201 454 A1 zeigt ein Wegeventil zur Richtungsumkehr des Kühlkreises.
Es besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, die Kühlung und/oder Schmierung in einem elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs so effizient und gleichzeitig kostengünstig wie möglich zu gestallten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, diesen bestehenden Widerspruch aufzuheben und eine Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs bereitzustellen, die eine möglichst effiziente Kühlung und/oder Schmierung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit wenigstens einer elektrischen Maschine und einer Steuereinheit, umfassend eine erste Hydraulikpumpe zur Förderung eines ersten Hydraulikfluids aus einem Hydraulikreservoir in einen ersten Hydraulikpfad, welcher mit einem ersten Hydraulikanschluss eines ersten Schaltventils gekoppelt ist, wobei das Schaltventil einen zweiten Hydraulikanschluss aufweist, welcher mit einem zweiten Hydraulikpfad gekoppelt ist, der den zweiten Hydraulikanschluss mit einem ersten Kühlfluidanschluss der elektrischen Maschine verbindet, und die elektrische Maschine einen zweiten Kühlfluidanschluss umfasst, der mit einem dritten Hydraulikpfad verbunden ist, welcher an einen dritten Anschluss des ersten Schaltventils gekoppelt ist, wobei das erste Schaltventil einen vierten Hydraulikanschluss besitzt, welcher an einen vierten Hydraulikpfad gekoppelt ist, welcher in das Hydraulikreservoir mündet, wobei das erste Schaltventil durch die Steuereinheit in eine erste Betriebsstellung versetzbar ist, in der der erste Hydraulikanschluss mit dem zweiten Hydraulikanschluss sowie der dritte Hydraulikanschluss mit dem vierten Hydraulikanschluss hydraulisch verbunden ist, und das erste Schaltventil durch die Steuereinheit in eine zweite Betriebsstellung versetzbar ist, in der der erste Hydraulikanschluss mit dem dritten Hydraulikanschluss hydraulisch verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Hydraulikanordnung erlaubt somit eine Richtungsumkehr des Hydraulikfluids durch die entsprechenden hydraulischen Pfade, ohne das hierzu auf eine Reversier- oder Bidirektionalpumpe zurückgegriffen werden muss.
Ferner können thermische Hot-Spots in den hydraulische Pfaden durch die Möglichkeit der Richtungsumkehr der Fließrichtung des Hydraulikfluids effektiv vorgebeugt bzw. abgemildert werden, da durch die Richtungsumkehr eine Homogenisierung der Kühlleistung bewirkt werden kann.
Schließlich ist es auch möglich, durch die Richtungsumkehr neben einer Kühlfunktion auch eine Heizfunktion zu realisieren, beispielsweise um eine in einem Hydraulikpfad liegende Komponente möglichst schnell auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu bringen. Dies ist beispielsweise für Getriebeanordnungen in der Warmlaufphase, in der das Hydraulikfluid noch vergleichsweise hochviskos ist, von Bedeutung.
Ein Hydraulikpfad der erfindungsgemäßen Hydraulikanordnung kann beispielsweise als offener oder geschlossener Kanal, als eine Rohrleitung, Schlauch und/oder als eine hydraulische Fließstrecke, Sprühstrecke, Platschstrecke oder dergleichen ausgebildet sein.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs kann wenigstens eine elektrische Maschine und wenigstens eine Getriebeanordnung umfassen, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung bevorzugt jeweils eine bauliche Einheit bilden. Bevorzugt weist der elektrische Achsantriebsstrang eine erste elektrische Maschine mit einer ersten Getriebeanordnung sowie eine zweite elektrische Maschine und mit einer zweiten Getriebeanordnung auf.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass jeweils eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
Die elektrischen Maschinen und die Getriebeanordnungen können auch jeweils oder gemeinsam in einem Antriebsstranggehäuse aufgenommen sein. Das Antriebsstranggehäuse ist zumindest zur Aufnahme der elektrischen Maschine und der Getriebeanordnung vorgesehen. Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das Antriebsstranggehäuse aus einem Kunststoff zu bilden.
Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine als Radial- oder Axialflussmaschine ausgebildet sein. Um einen axial besonders kompakt bauende Achsantriebsstrang auszubilden, sind Axialflussmaschinen zu bevorzugen. Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Die Getriebeanordnung des elektrischen Achsantriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
Die Getriebeanordnung kann ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.
Eine Steuereinheit, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dient der insbesondere elektronischen Steuerung und/oder Reglung eines oder mehrerer technischer Systeme des Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann eine Steuereinheit zur Steuerung und/oder Reglung einer oder mehrerer hydraulischer Anordnungen mit einer oder mehreren Hydraulikpumpen sowie einem oder mehreren Schaltventilen vorgesehen sein.
Eine Steuereinheit weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Steuereinheit ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen, beispielsweise an elektrische Aktuatoren oder elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs.
Innerhalb der Steuereinheit können Steuerungsoperationen und/oder Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinheit wenigstens einen elektronischen Prozessor zur Ausführung von in einer Software definierten Programmabläufen.
Die Steuereinheit kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Steuereinheit übermittelten Signalen enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinheit einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.
Eine Steuereinheit kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über im Kraftfahrzeug vorhandene Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in dem dritten Hydraulikpfad ein zweites, über die Steuereinheit aktuierbares Schaltventil angeordnet ist, welches in einer ersten Betriebsstellung den dritten Hydraulikpfad durchschleift und in einer zweiten Betriebsstellung den dritten Hydraulikpfad mit einem fünften Hydraulikpfad koppelt, in welchem ein Wärmetauscher angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass hierdurch eine schnellere Wärmeabfuhr oder -zufuhr realisiert werden kann, was die Steuerungs- bzw. Regelungsdynamik der thermischen Managements der Hydraulikanordnung weiter verbessert.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass an dem ersten Schaltventil ein fünfter Hydraulikanschluss ausgebildet ist, an dem ein sechster Hydraulikpfad angeschlossen ist, wobei der sechste Hydraulikpfad mit einem ersten Kühlfluidanschluss einer Getriebeanordnung verbunden ist, und ein zweiter Kühlfluidanschluss der Getriebeanordnung mit einem siebten Hydraulikpfad gekoppelt ist, welcher in das Hydraulikreservoir mündet, wobei das erste Schaltventil durch die Steuereinheit in eine zweite Betriebsstellung versetzbar ist, in der der erste Hydraulikanschluss mit dem dritten Hydraulikanschluss sowie der zweite Hydraulikanschluss mit dem fünften Hydraulikanschluss hydraulisch verbunden ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass auch eine Getriebeanordnung des Achsantriebsstrang in das thermische Management des Achsantriebsstrangs mittels der Hydraulikanordnung einbezogen werden kann.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass wobei das erste Schaltventil durch die Steuereinheit in eine dritte Betriebsstellung versetzbar ist, in der der erste Hydraulikanschluss mit dem zweiten Hydraulikanschluss sowie der dritte Hydraulikanschluss mit dem fünften Hydraulikanschluss hydraulisch verbunden ist. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass eine Richtungsumkehr des Hydraulikfluids auch beim Vorhandensein einer Getriebeanordnung ermöglicht wird, was die Flexibilität des thermischen Managements in dem Achsantriebsstrang durch die Hydraulikanordnung nochmals erweitert.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher an einen Kühlwasserkreislauf angeschlossen ist, wodurch eine besonders gute Kühlleistung erzielt werden kann. Der Kühlwasserkreislauf kann beispielsweise ein bereits in einem Kraftfahrzeug vorhandener Kühlwasserkreislauf sein.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Getriebeanordnung ein Planetengetriebe ist.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung in einen ersten Betriebsmodus zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil in seine erste Betriebsstellung und das zweite Schaltventil in seine erste Betriebsstellung versetzt ist.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Steuereinheit konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung in einen zweiten Betriebsmodus zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil in seine erste Betriebsstellung und das zweite Schaltventil in seine zweite Betriebsstellung versetzt ist.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung in einen dritten Betriebsmodus zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil in seine zweite Betriebsstellung und das zweite Schaltventil in seine erste Betriebsstellung versetzt ist.
Auch kann die Erfindung in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Steuereinheit konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung in einen vierten Betriebsmodus zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil in seine zweite Betriebsstellung und das zweite Schaltventil in seine zweite Betriebsstellung versetzt ist.
Des Weiteren kann es von Vorteil sein, die Erfindung dahingehend auszuführen, dass die Steuereinheit konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung in einen fünften Betriebsmodus zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil in seine dritte Betriebsstellung und das zweite Schaltventil in seine erste Betriebsstellung versetzt ist.
Schließlich kann es ferner bevorzugt sein, dass die Steuereinheit konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung in einen sechsten Betriebsmodus zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil in seine dritte Betriebsstellung und das zweite Schaltventil in seine zweite Betriebsstellung versetzt ist.
Man erkennt, dass durch die bis zu sechs verschiedenen Betriebsmodi, die sich mit der erfindungsgemäßen Hydraulikanordnung realisieren lassen, ein sehr flexibles und effizientes thermisches Management in einem elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang realisieren lässt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 eine erste Ausführungsform einer Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit einer elektrischen Maschine und einem ersten Schaltventil in einer ersten Betriebsstellung in einer schematischen hydraulischen Schaltbilddarstellung,
2 eine erste Ausführungsform einer Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit einer elektrischen Maschine und einem ersten Schaltventil in einer zweiten Betriebsstellung in einer schematischen hydraulischen Schaltbilddarstellung,
3 eine zweite Ausführungsform einer Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit einer elektrischen Maschine, einem ersten Schaltventil in einer ersten Betriebsstellung und einem zweiten Schaltventil in einer ersten Betriebsstellung in einer schematischen hydraulischen Schaltbilddarstellung,
4 eine zweite Ausführungsform einer Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit einer elektrischen Maschine, einem ersten Schaltventil in einer ersten Betriebsstellung und einem zweiten Schaltventil in einer zweiten Betriebsstellung in einer schematischen hydraulischen Schaltbilddarstellung,
5 eine dritte Ausführungsform einer Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit einer elektrischen Maschine, einer Getriebeanordnung, einem ersten Schaltventil in einer ersten Betriebsstellung und einem zweiten Schaltventil in einer ersten Betriebsstellung in einer schematischen hydraulischen Schaltbilddarstellung,
6 eine dritte Ausführungsform einer Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit einer elektrischen Maschine, einer Getriebeanordnung, einem ersten Schaltventil in einer zweiten Betriebsstellung und einem zweiten Schaltventil in einer ersten Betriebsstellung in einer schematischen hydraulischen Schaltbilddarstellung,
7 eine dritte Ausführungsform einer Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit einer elektrischen Maschine, einer Getriebeanordnung, einem ersten Schaltventil in einer dritten Betriebsstellung und einem zweiten Schaltventil in einer zweiten Betriebsstellung in einer schematischen hydraulischen Schaltbilddarstellung,
8 eine dritte Ausführungsform einer Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit einer elektrischen Maschine, einer Getriebeanordnung, einem ersten Schaltventil in einer dritten Betriebsstellung und einem zweiten Schaltventil in einer ersten Betriebsstellung in einer schematischen hydraulischen Schaltbilddarstellung,
9 eine dritte Ausführungsform einer Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit einer elektrischen Maschine, einer Getriebeanordnung, einem ersten Schaltventil in einer zweiten Betriebsstellung und einem zweiten Schaltventil in einer zweiten Betriebsstellung in einer schematischen hydraulischen Schaltbilddarstellung,
10 eine dritte Ausführungsform einer Hydraulikanordnung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs mit einer elektrischen Maschine, einer Getriebeanordnung, einem ersten Schaltventil in einer zweiten Betriebsstellung und einem zweiten Schaltventil in einer ersten Betriebsstellung in einer schematischen hydraulischen Schaltbilddarstellung,

Die 1 zeigt eine Hydraulikanordnung 1 eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs 2 mit wenigstens einer elektrischen Maschine 3 und einer Steuereinheit 50. Die Hydraulikanordnung 1 umfasst eine erste Hydraulikpumpe 4 zur Förderung eines ersten Hydraulikfluids 5 aus einem Hydraulikreservoir 6 in einen ersten Hydraulikpfad 7, welcher mit einem ersten Hydraulikanschluss 8 eines ersten Schaltventils 9 gekoppelt ist. Das Schaltventil 9 weist einen zweiten Hydraulikanschluss 10 auf, welcher mit einem zweiten Hydraulikpfad 11 gekoppelt ist, der den zweiten Hydraulikanschluss 10 mit einem ersten Kühlfluidanschluss 12 der elektrischen Maschine 3 verbindet. Die elektrische Maschine 3 besitzt einen zweiten Kühlfluidanschluss 13, der mit einem dritten Hydraulikpfad 14 verbunden ist, welcher an einen dritten Anschluss 15 des ersten Schaltventils 9 gekoppelt ist. Ferner besitzt das erste Schaltventil 9 einen vierten Hydraulikanschluss 16, welcher an einen vierten Hydraulikpfad 17 gekoppelt ist, welcher in das Hydraulikreservoir 6 mündet.
Das erste Schaltventil 9 ist durch die Steuereinheit 50 in eine erste Betriebsstellung 18 versetzbar, in der der erste Hydraulikanschluss 8 mit dem zweiten Hydraulikanschluss 10 sowie der dritte Hydraulikanschluss 15 mit dem vierten Hydraulikanschluss 16 hydraulisch verbunden ist. Diese Betriebsstellung ist in der 1 gezeigt. Wird nun das erste Schaltventil 9 durch die Steuereinheit 50 in eine zweite Betriebsstellung 19 versetzt, in der der erste Hydraulikanschluss 8 mit dem dritten Hydraulikanschluss 15 hydraulisch verbunden ist, ergibt sich eine Richtungsumkehr der Förderrichtung des Hydraulikfluids 5 durch die elektrische Maschine 3, so wie es in der 2 gezeigt ist. In der zweiten Betriebsstellung 19 des ersten Schaltventils 9 ist ferner der zweite Hydraulikanschluss 10 mit dem vierten Hydraulikanschluss 16 hydraulisch verbunden, so dass sich erneut ein Kühlmittelkreislauf ausbilden kann.
Die 3 zeigt eine um ein zweites Schaltventil 20 erweiterten Kühlmittelkreislauf, der nachfolgend näher erläutert wird. In dem dritten Hydraulikpfad 14 ist das zweite, über die Steuereinheit 50 aktuierbare Schaltventil 20 angeordnet, welches in einer ersten Betriebsstellung 21 den dritten Hydraulikpfad 14 durchschleift und in einer zweiten Betriebsstellung 22, die in der 4 gezeigt ist, den dritten Hydraulikpfad 14 mit einem fünften Hydraulikpfad 23 koppelt, in welchem ein Wärmetauscher 24 angeordnet ist. Hierdurch kann wahlweise der Kühlkreislauf der elektrischen Maschine 3 mit einem zusätzlichen Wärmetauscher 24 verbunden werden, was die Kühlleistung erhöhen kann. Der Wärmetauscher 24 ist an einen Kühlwasserkreislauf 33 angeschlossen, der seinerseits beispielsweise eine Batterie des Kraftfahrzeugs wärmen kann, an einen weiteren Wärmetauscher angeschlossen ist oder mit einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, was in dem unteren Abschnitt der 3 lediglich angedeutet ist.
Auch wenn es in den 3-4 nicht gezeigt ist, versteht es sich, dass es natürlich auch grundsätzlich möglich wäre, das erste Schaltventil in seine zweite Betriebsstellung 19 zu überführen und entsprechend zwei weitere Betriebsmodi der gezeigten Ausführungsform der 3-4 hinzuzufügen.
Die 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Hydraulikanordnung 1, bei der das erste Schaltventil 9 um eine weitere Schaltstellung erweitert und eine Getriebeanordnung 29 hinzugefügt wurde. Dies wird nachstehend nun näher erläutert. An dem ersten Schaltventil 9 ist ein fünfter Hydraulikanschluss 25 ausgebildet, an dem ein sechster Hydraulikpfad 27 angeschlossen ist. Der sechste Hydraulikpfad 27 ist mit einem ersten Kühlfluidanschluss 28 einer Getriebeanordnung 29 verbunden, während ein zweiter Kühlfluidanschluss 30 der Getriebeanordnung 29 mit einem siebten Hydraulikpfad 31 gekoppelt ist, welcher in das Hydraulikreservoir 6 mündet. Das erste Schaltventil 9 ist nun durch die Steuereinheit 50 in eine zweite Betriebsstellung 19 versetzbar, in der der erste Hydraulikanschluss 8 mit dem dritten Hydraulikanschluss 15 sowie der zweite Hydraulikanschluss 10 mit dem fünften Hydraulikanschluss 25 hydraulisch verbunden ist.
Wie in der 6 dargestellt, kann das erste Schaltventil 9 durch die Steuereinheit 50 auch in eine dritte Betriebsstellung 32 versetzt werden, in der der erste Hydraulikanschluss 8 mit dem zweiten Hydraulikanschluss 10 sowie der dritte Hydraulikanschluss 15 mit dem fünften Hydraulikanschluss 25 hydraulisch verbunden ist. Man erkennt aus der Zusammenschau der 5-6 gut, dass sich hieraus wieder eine Richtungsumkehr in der Fließrichtung des Hydraulikfluids 5 durch den Kühlkreislauf realisieren lässt.
Die Steuereinheit 50 ist folglich konfiguriert, die Hydraulikanordnung 1 in einen ersten Betriebsmodus zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil 9 in seine erste Betriebsstellung 18 und das zweite Schaltventil 20 in seine erste Betriebsstellung 21 versetzt ist, wie es in der 3 und der 7 gezeigt ist. Hierbei kann insbesondere eine Eigenerwärmung der elektrischen Maschine 3 herbeigeführt werden.
Ferner ist die Steuereinheit 50 konfiguriert, die Hydraulikanordnung 1 in einen zweiten Betriebsmodus zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil 9 in seine erste Betriebsstellung 18 und das zweite Schaltventil 20 in seine zweite Betriebsstellung 22 versetzt ist, wie es beispielsweise in der 4 wiedergegeben ist. In diesem zweiten Betriebsmodus wird die Überschusswärme aus der elektrischen Maschine 3 über den Wärmetausche 24 abgeführt, was zu einer größeren Kühlleistung verglichen mit dem ersten Betriebsmodus führt.
Auch kann die Steuereinheit 50 konfiguriert sein, die Hydraulikanordnung 1 in einen dritten Betriebsmodus zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil 9 in seine zweite Betriebsstellung 19 und das zweite Schaltventil 20 in seine erste Betriebsstellung 21 versetzt ist, was auch beispielhaft in der 5 zu sehen ist. Es erfolgt somit in dem dritten Betriebsmodus zunächst eine Kühlung der elektrischen Maschine 3 mit aus dem Hydrauliksumpf 6 zugeführten Hydraulikfluid 5, wobei das so von der elektrischen Maschine 3 erwärmte Hydraulikfluid 5 nachfolgend zur Schmierung der Getriebeanordnung 29 verwendet wird.
Nun zeigt die 8, dass die Steuereinheit 50 auch konfiguriert sein kann, die Hydraulikanordnung 1 in einen vierten Betriebsmodus zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil 9 in seine zweite Betriebsstellung 19 und das zweite Schaltventil 20 in seine zweite Betriebsstellung 22 versetzt ist. Hierdurch kann das Hydraulikfluid 5 vor Eintritt in die elektrische Maschine 3 zunächst durch den Wärmetausche 24 geführt und so weiter abgekühlt werden, um eine verbesserte Kühlleistung für die elektrische Maschine 3 bereitstellen zu können.
Die Steuereinheit 50 ist auch konfiguriert, die Hydraulikanordnung 1 in einen fünften Betriebsmodus zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil 9 in seine dritte Betriebsstellung 32 und das zweite Schaltventil 20 in seine erste Betriebsstellung 21 versetzt ist, so wie es auch in der 9 gezeigt wird. Verglichen mit dem dritten und vierten Betriebsmodus, kann mit dem fünften Betriebsmodus erneut eine Richtungsumkehr der Fließrichtung des Hydraulikfluids 5 durch den Kühlkreislauf bewirkt werden. Hieraus folgt zunächst eine Kühlung der elektrischen Maschine 3, wobei das von der elektrischen Maschine 3 erwärmte Hydraulikfluid 5 dann nachfolgend der Getriebeanordnung 29 zugeführt wird, wo eine Abkühlung des Hydraulikfluids 5 erfolgen kann, bevor das Hydraulikfluid 5 erneut dem Hydraulikreservoir 6 zugeleitet wird.
Schließlich ist es auch möglich, die Steuereinheit 50 so zu konfigurieren, dass die Hydraulikanordnung 1 in einen sechsten Betriebsmodus versetzbar ist, bei dem das erste Schaltventil 9 in seine dritte Betriebsstellung 32 und das zweite Schaltventil 20 in seine zweite Betriebsstellung 22 versetzt ist. Dies ist in der 10 wiedergegeben. Man erkennt gut, dass hierbei erneut durch das Aufschalten des Wärmetauschers 24 in den Kühlkreislauf, das Hydraulikfluid 5 vor Eintritt in die Getriebeanordnung 29 abgekühlt werden kann. Es ergibt sich somit eine maximale Kühlung der elektrischen Maschine 3 mit nachgeschalteter Kühlung der Getriebeanordnung 29.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulikanordnung
2: Achsantriebsstrang
3: elektrische Maschine
4: Hydraulikpumpe
5: Steuereinheit
6: Hydraulikreservoir
7: Hydraulikpfad
8: Hydraulikanschluss
9: Schaltventil
10: Hydraulikanschluss
11: Hydraulikpfad
12: Kühlfluidanschluss
13: Kühlfluidanschluss
14: Hydraulikpfad
15: Anschluss
16: Hydraulikanschluss
17: Hydraulikpfad
18: Betriebsstellung
19: Betriebsstellung
20: Schaltventil
21: Betriebsstellung
22: Betriebsstellung
23: Hydraulikpfad
24: Wärmetauscher
25: Hydraulikanschluss
27: Hydraulikpfad
28: Kühlfluidanschluss
29: Getriebeanordnung
30: Kühlfluidanschluss
31: Hydraulikpfad
32: Betriebsstellung
33: Kühlwasserkreislauf
50: Steuereinheit
60: Betriebsmodus

Claims

Hydraulikanordnung (1) eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs (2) mit wenigstens einer elektrischen Maschine (3) und einer Steuereinheit (50), umfassend eine erste Hydraulikpumpe (4) zur Förderung eines ersten Hydraulikfluids (5) aus einem Hydraulikreservoir (6) in einen ersten Hydraulikpfad (7), welcher mit einem ersten Hydraulikanschluss (8) eines ersten Schaltventils (9) gekoppelt ist, wobei das Schaltventil (9) einen zweiten Hydraulikanschluss (10) aufweist, welcher mit einem zweiten Hydraulikpfad (11) gekoppelt ist, der den zweiten Hydraulikanschluss (10) mit einem ersten Kühlfluidanschluss (12) der elektrischen Maschine (3) verbindet, und die elektrische Maschine (3) einen zweiten Kühlfluidanschluss (13) umfasst, der mit einem dritten Hydraulikpfad (14) verbunden ist, welcher an einen dritten Anschluss (15) des ersten Schaltventils (9) gekoppelt ist, wobei das erste Schaltventil (9) einen vierten Hydraulikanschluss (16) besitzt, welcher an einen vierten Hydraulikpfad (17) gekoppelt ist, welcher in das Hydraulikreservoir (6) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltventil (9) durch die Steuereinheit (50) in eine erste Betriebsstellung (18) versetzbar ist, in der der erste Hydraulikanschluss (8) mit dem zweiten Hydraulikanschluss (10) sowie der dritte Hydraulikanschluss (15) mit dem vierten Hydraulikanschluss (16) hydraulisch verbunden ist, und das erste Schaltventil (9) durch die Steuereinheit (50) in eine zweite Betriebsstellung (19) versetzbar ist, in der der erste Hydraulikanschluss (8) mit dem dritten Hydraulikanschluss (15) hydraulisch verbunden ist.
Hydraulikanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dritten Hydraulikpfad (14) ein zweites, über die Steuereinheit (50) aktuierbares Schaltventil (20) angeordnet ist, welches in einer ersten Betriebsstellung (21) den dritten Hydraulikpfad (14) durchschleift und in einer zweiten Betriebsstellung (22) den dritten Hydraulikpfad (14) mit einem fünften Hydraulikpfad (23) koppelt, in welchem ein Wärmetauscher (24) angeordnet ist.
Hydraulikanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Schaltventil (9) ein fünfter Hydraulikanschluss (25) ausgebildet ist, an dem ein sechster Hydraulikpfad (27) angeschlossen ist, wobei der sechste Hydraulikpfad (27) mit einem ersten Kühlfluidanschluss (28) einer Getriebeanordnung (29) verbunden ist, und ein zweiter Kühlfluidanschluss (30) der Getriebeanordnung (29) mit einem siebten Hydraulikpfad (31) gekoppelt ist, welcher in das Hydraulikreservoir (6) mündet, wobei das erste Schaltventil (9) durch die Steuereinheit (50) in eine zweite Betriebsstellung (19) versetzbar ist, in der der erste Hydraulikanschluss (8) mit dem dritten Hydraulikanschluss (15) sowie der zweite Hydraulikanschluss (10) mit dem fünften Hydraulikanschluss (25) hydraulisch verbunden ist.
Hydraulikanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltventil (9) durch die Steuereinheit (50) in eine dritte Betriebsstellung (32) versetzbar ist, in der der erste Hydraulikanschluss (8) mit dem zweiten Hydraulikanschluss (10) sowie der dritte Hydraulikanschluss (15) mit dem fünften Hydraulikanschluss (25) hydraulisch verbunden ist.
Hydraulikanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (24) an einen Kühlwasserkreislauf (33) angeschlossen ist.
Hydraulikanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (29) ein Planetengetriebe ist.
Hydraulikanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung (1) in einen ersten Betriebsmodus (60) zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil (9) in seine erste Betriebsstellung (18) und das zweite Schaltventil (20) in seine erste Betriebsstellung (21) versetzt ist.
Hydraulikanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung (1) in einen zweiten Betriebsmodus (60) zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil (9) in seine erste Betriebsstellung (18) und das zweite Schaltventil (20) in seine zweite Betriebsstellung (22) versetzt ist.
Hydraulikanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung (1) in einen dritten Betriebsmodus (60) zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil (9) in seine zweite Betriebsstellung (19) und das zweite Schaltventil (20) in seine erste Betriebsstellung (21) versetzt ist.
Hydraulikanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung (1) in einen vierten Betriebsmodus (60) zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil (9) in seine zweite Betriebsstellung (19) und das zweite Schaltventil (20) in seine zweite Betriebsstellung (22) versetzt ist.
Hydraulikanordnung (1) nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung (1) in einen fünften Betriebsmodus (60) zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil (9) in seine dritte Betriebsstellung (32) und das zweite Schaltventil (20) in seine erste Betriebsstellung (21) versetzt ist.
Hydraulikanordnung (1) nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) konfiguriert ist, die Hydraulikanordnung (1) in einen sechsten Betriebsmodus (60) zu versetzen, bei dem das erste Schaltventil (9) in seine dritte Betriebsstellung (32) und das zweite Schaltventil (20) in seine zweite Betriebsstellung (22) versetzt ist.