-
Die Erfindung betrifft eine Spritzölkühlvorrichtung für eine Statorkernperipherie einer elektrischen Antriebseinheit in einem Kraftfahrzeug sowie eine elektrischen Antriebseinheit.
-
Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine oder zwei oder mehrere elektrische Antriebseinheiten auf. Eine Antriebseinheit weist beispielsweise eine elektrische Maschine bzw. E-Maschine mit einer Statoranordnung und einer Rotoranordnung, ein damit über die Rotorwelle verbundenes Abtriebsgetriebe zur Übersetzung und/oder Wandlung des Antriebsdrehmoments bzw. der Rotordrehzahl auf.
-
Häufig sind diese Komponenten innerhalb eines gemeinsam ausgebildeten Gehäuseinnenraums eines Gehäuses der Antriebseinheit angeordnet und müssen dort in vielen Betriebsfällen, insbesondere während eines Fahrbetriebs, gekühlt werden.
-
Der Statorkernaußenmantel der elektrischen Antriebsmaschine kann typischerweise indirekt von einem Gehäusemantel her indirekt gekühlt werden, in welchem er aufgenommen ist. Zum Kühlen der anderen, im Gehäuse angeordneten Antriebskomponenten, nachfolgend zusammen auch als Statorkernperipherie bezeichnet, sind aus dem Stand der Technik bereits direkte und indirekte Kühlungsvarianten bekannt.
-
Zu den direkten Kühlungsvarianten bei der E-Maschine zählt beispielsweise das Aufbringen bzw. Aufspritzen von Öltröpfchen auf Wickelköpfe von Wicklungen eines Stators und/oder Rotors der E-Maschine, wobei mittels dieser Ölkühlung auch der Statorkern gehäuseseitig gekühlt wird.
-
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Kühlung einer elektrischen Antriebseinheit in einem Kraftfahrzeug zu verbessern.
-
Jeder der unabhängigen Ansprüche bestimmt mit seinen Merkmalen einen Gegenstand, der diese Aufgabe löst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Gemäß einem Aspekt wird offenbart eine Spritzölkühlvorrichtung für eine Statorkernperipherie einer elektrischen Antriebseinheit mit einer elektrischen Antriebsmaschine in einem Kraftfahrzeug, aufweisend (a) eine Ölpumpe zum Bereitstellen eines Kühlölmassenstroms, (b) eine Ölleitung zum Führen des Kühlölmassenstroms ausgehend von der Ölpumpe hin zu wenigstens einem ersten Ölspritzbereich an Statorwickelköpfen einer ersten Statorstirnseite und wenigstens einem zweiten Ölspritzbereich an Statorwickelköpfen einer zweiten Statorstirnseite, wobei die Ölleitung dazu eingerichtet ist, den Kühlölmassenstrom zwischen dem ersten und dem zweiten Ölspritzbereich abseitseines Statorkernkühlmantels - insbesondere also räumlich beabstandet davon -, insbesondere an dem Statorkernkühlmantel vorbei, zu führen.
-
Indem der Statorkernkühlmantel und die Kühlung der Statorkernperipherie, insbesondere der Statorwickelköpfe und falls vorgesehen weiterer Antriebskomponenten, getrennt ausgeführt sind, kann eine Teillastkühlung primär über den Statorkern und eine Volllastkühlung zusätzlich über die Statorkernperipherie, entkoppelt werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird offenbart eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine elektrische Antriebsmaschine und ein Statorgehäuse, innerhalb welchem ein Statorkern und eine Statorkernperipherie der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet sind, aufweisend eine Spritzölkühlvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung.
-
Gemäß einer Ausführung umfasst die Statorkernperipherie die Wickelköpfe des Stators und/oder ein Abtriebsgetriebe der elektrischen Antriebseinheit, und die Spritzölkühlvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Statorkernperipherie mittels Spritzöl zu kühlen.
-
Gemäß einer Ausführung aufweist das Abtriebsgetriebe einen ersten Zahneingriff und/oder einen zweiten Zahneingriff und/oder eine Differenzialgetriebeeinheit.
-
Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, eine Wassermantelkühlung des Statorkernmantels (=Statorkernkühlmantel) und eine Spritzölkühlung der anderen Komponenten im Gehäuseinnenraum des Gehäuses der Antriebseinheit, vorliegend gemeinsam als Statorkernperipherie bezeichnet, zu trennen, um dadurch sowohl eine effiziente Teillastkühlung als auch eine ausreichende Volllastkühlung er möglichen.
-
Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, bei einer solchen Kombination von Kühlkreisläufen mit unterschiedlichen Kühlmitteln den Kühlölkreislauf mit einer separaten Leitung teilweise oder vollständig abseits des Gehäuses auszuführen, und damit ein robusteres Gesamtsystem bereitzustellen, indem das Risiko eines Übersprechens zwischen Kühlmittelleitungen für unterschiedliche Kühlmittel vermieden wird.
-
Gemäß einer Ausführung ist die Ölleitung als Rohrleitung getrennt von einem Statorgehäuse und/oder einer Statorhülse und/oder dem Statorkern ausgebildet, insbesondere also der Leitungsquerschnitt der Ölleitung - zumindest abseits von Verbindungsstellen oder Wanddurchbrüchen - nicht aus dem Statorgehäuse und/oder der Statorhülse und/oder dem Statorkern ausgenommen.
-
Durch eine Medientrennung der unterschiedlichen Kühlkreisläufe für Statorkern und der im Gehäuse der Antriebseinheit angeordneten Peripherie kann ein Risiko eines Übersprechens reduziert werden, was insbesondere bei unterschiedlichen, verwendeten Kühlmittels, beispielsweise Kühlöl und Kühlwasser relevant ist, weil sonst irreparable Schäden auftreten können.
-
Damit ist auch eine Montagevereinfachung verbunden, insbesondere durch eine Reduzierung der erforderlichen Montagekräfte einer - abhängig vom Baukonzept - gegebenenfalls verwendeten Statorhülse, aufgrund einer Vermeidung von zusätzlichen O-Ringen zur Dichtung.
-
Zudem ist eine Führung der Ölleitung in separaten Rohrleitungen hinsichtlich eines geringen Gesamtgewichts der Antriebseinheit die bessere Lösung, weil eine Führung im Gehäuse einen größeren Materialverbrauch in der Umgebung, gegebenenfalls sogar ein größeres Gehäusemaß nach sich zieht.
-
Gemäß einer Ausführung weist die Ölleitung (i) einen ersten Leitungsast auf, welcher zur Führung von Kühlöl von der Ölpumpe hin zu dem ersten Ölspritzbereich eingerichtet ist, und/oder (ii) einen zweiten Leitungsast auf, welcher von dem ersten Leitungsast abzweigt und zur Führung von Kühlöl hin zu dem zweiten Ölspritzbereich durch eine Axialbereich des Statorkerns hindurch eingerichtet ist, wobei der zweite Leitungsast in einem Statorkern-Passagebereich (= Axialbereich des Statorkerns) oder vollständig, insbesondere abseits von Verbindungselementen, als Hohlrohr mit einer Wandstärke ausgebildet ist, die geringer ist als der Querschnitt der Ölleitung in dem zweiten Leitungsast. Damit kann eine gewichtsoptimierte Ausführung des zweiten Leitungsasts bereitgestellt werden.
-
Gemäß einer Ausführung (I) verläuft der zweite Leitungsast in einem Statorkern-Passagebereich als eine vereinte Zuführleitung hin zu dem zweiten Ölspritzbereich, und/oder (II) ist der zweite Leitungsast in einem Statorkern-Passagebereich an einem einzigen, zusammenhängenden Umfangsbereich angeordnet, der insbesondere weniger als 20% oder 10% oder 5% des Statorumfangs beinhaltet. Damit kann eine leichte und/oder einfach herzustellende Statorwickelkopfkühlung bereitgestellt werden.
-
Gemäß einer Ausführung ist der zweite Leitungsast in einem Statorkern-Passagebereich radial außerhalb eines Statorkernkühlmantels angeordnet. Damit kann eine robuste Statorwickelkopfkühlung mit einer geringen Übersprechgefahr zwischen unterschiedlichen Kühlleitungen, insbesondere mit unterschiedlichen Kühlmitteln, bereitgestellt werden.
-
Gemäß einer Ausführung weist der erste Ast der Ölleitung in dem ersten Ölspritzbereich und/oder der zweite Ast der Ölleitung in dem zweiten Ölspritzbereich jeweils eine, insbesondere im Verbau im Fahrzeug oberhalb der Wickelköpfe angeordnete, Teilkreisform, insbesondere einer Halbkreisform, auf. Insbesondere sind an der Teilkreisform jeweils mehrere Ölspritzen beabstandet voneinander angeordnet.
-
Damit kann der Ölaustritt an die Anordnung der Wickelköpfe angepasst werden, wobei durch den Einfluss der Schwerkraft eine Ausbildung als Teilkreis um die obere Umfangshälfte der Statorwickelköpfe ausreichend ist, um alle Statorwickelköpfe ausreichend mit Kühlöl zu bespritzen.
-
Gemäß einer Ausführung sind die Ölspritzen gleichmäßig entlang der Teilkreisform gleichmäßig voneinander beabstandet. Damit kann eine gleichmäßige Versorgung der Statorwickelköpfe mit Kühlöl sichergestellt werden.
-
Gemäß einer Ausführung weist der erste und der zweite Leitungsast zumindest im Bereich der Teilkreisform jeweils ein gebogenes Hohlrohr auf. Damit kann eine einfach herzustellende und/oder leichte Statorwickelkopfkühlung bereitgestellt werden.
-
Gemäß einer Ausführung ist das gebogene Hohlrohr jeweils bezüglich einer Statormittelachse beabstandet von einer Stator
hülse und/oder eine Statoraufnahme eines Gehäusemantels angeordnet. Dadurch kann die Statorwickelkopfkühlung axial für eine optimale Kühlleistung positioniert werden.
-
Axial bedeutet vorliegend insbesondere einen Bezug auf die Statormittelachse, sprich die Rotordrehachse der elektrischen Antriebsmaschine der Antriebseinheit.
-
Gemäß einer Ausführung weist die Ölleitung (A) einen dritten Leitungsast auf, welcher von dem ersten oder dem zweiten Leitungsast abzweigt und zur Führung von Kühlöl hin zu einem dritten Ölspritzbereich an einem Zahneingriff eines Abtriebsgetriebes der elektrischen Antriebseinheit eingerichtet ist; und/oder (B) einen vierten Leitungsast auf, welcher von dem ersten, dem zweiten oder dem dritten Leitungsast abzweigt und zur Führung von Kühlöl hin zu einem vierten Ölspritzbereich an einem weiteren Zahneingriff des Abtriebsgetriebes und/oder hin zu einem fünften Ölspritzbereich an einer Rotorstirn der elektrischen Antriebseinheit und/oder hin zu einem sechsten Ölspritzbereich an einer Differenzialgetriebeeinheit des Abtriebsgetriebes der elektrischen Antriebseinheit eingerichtet ist.
-
Damit kann unter Verwendung einer einzigen Ölpumpe eine sehr umfassende Statorkernperipherie im Sinne mehrere oder aller bewegten Komponenten im Gehäuseinnenraum eines Gehäuses der Antriebseinheit, jeweils direkt, gekühlt werden.
-
Gemäß einer Ausführung ist die Ölleitung aus mehreren Hohlrohren aufgebaut, die miteinander, insbesondere an den Verzweigungspunkten der einzelnen Leitungsäste, mittels Aufsteckverteilern, verbunden sind.
-
Gemäß einer Ausführung ist an einer Verteilstelle zwischen zwei Leitungsästen ein schaltbares Ventil angeordnet, das einen Kühlölmassenstrom in einen oder beide Äste freigeben oder blockieren kann.
-
Insbesondere ist das vorteilhaft bei einem Abzweig des dritten Leitungsasts zur Versorgung der Komponenten des Abtriebsgetriebes, sodass dann die Statorwickelköpfe unabhängig von diesen Komponenten des Abtriebsgetriebes gekühlt werden können, wenn der dritte Leitungsast blockiert wird.
-
Vorliegend wird der Begriff Spritzöl insbesondere dann verwendet, wenn Kühlöl aus der Ölleitung auf ein zu kühlendes und/oder zu schmierendes Bauteil ausgespritzt wird.
-
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren:
- 1 zeigt eine abstrahierte, schematische Ansicht einer Antriebseinheit gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
- 2 zeigt eine Ausschnitt einer Antriebseinheit gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer geschnittenen Perspektivansicht.
- 3 zeigt eine Ölleitung einer Spritzölkühlvorrichtung der Antriebseinheit aus 2 in einer schematischen Perspektivansicht.
-
In 1 ist eine elektrische Antriebseinheit 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, aufweisend eine elektrische Antriebsmaschine 2 und ein Statorgehäuse 4, innerhalb welchem ein Statorkern 5 eines Stators 6 und eine Statorkernperipherie 8 der elektrischen Antriebsmaschine 2 angeordnet sind.
-
Die Statorkernperipherie 8 umfasst hier die Wickelköpfe 10.1 und 10.2 des Stators 6 und ein Abtriebsgetriebe 12 der elektrischen Antriebseinheit 1. Das Abtriebsgetriebe 12 weist einen ersten Zahneingriff 14 und einen zweiten Zahneingriff 16 und eine Differenzialgetriebeeinheit 18 auf.
-
Zudem weist die elektrische Antriebseinheit 1 eine Spritzölkühlvorrichtung 20 für die Statorkernperipherie auf.
-
Die Spritzölkühlvorrichtung 20 weist eine Ölpumpe 22 zum Bereitstellen eines Kühlölmassenstroms an Kühlöl 24 auf, und zudem eine Ölleitung 26 zum Führen des Kühlölmassenstroms ausgehend von der Ölpumpe hin zu einem ersten Ölspritzbereich 28.1 an Statorwickelköpfen 10.1 einer ersten Statorstirnseite und einem zweiten Ölspritzbereich 28.2 an Statorwickelköpfen 10.2 einer zweiten Statorstirnseite. Die Ölleitung 26 ist dazu eingerichtet, den Kühlölmassenstrom zwischen dem ersten Ölspritzbereich 28.1 und dem zweiten Ölspritzbereich 28.2 abseits eines wasserdurchflossenen Statorkernkühlmantels 30 zu führen.
-
Die Ölleitung 26 bildet vorliegend mit einer Wasserzuleitung 31 des Statorkernkühlmantels 30 einen ÖI-Wasser-Wärmetauscher 21 aus. Der Statorkernkühlmantel 30 kann in dem Statorgehäuse 4 selbst ausgebildet sein (wie in dem Ausführungsbeispiel der 1) oder in einem Außenmantel einer Statorhülse 32, die gemeinsam mit einem Innenmantel des Statorgehäuses 4 den Statorkernkühlmantel 30 abgrenzt und die den Stator an Ihrem Innenmantel aufnimmt (wie in dem Ausführungsbeispiel der 2).
-
Indem der Statorkernkühlmantel 30 einerseits und andererseits die Ölleitung 26 der Spritzölkühlvorrichtung 20 getrennt ausgeführt sind, kann eine Teillastkühlung (primär über den Statorkern 5) und eine Volllastkühlung (zusätzlich über die Statorkernperipherie 8) entkoppelt werden. Diese Entkopplung ist in einer konkreten, beispielhaften Gestaltung in 2 gut erkennbar.
-
Die Ölleitung 26 weist einen ersten Leitungsast 26.1 auf, welcher zur Führung von Kühlöl 24 von der Ölpumpe 22 hin zu dem ersten Ölspritzbereich 28.1 eingerichtet ist.
-
Ferner weist die Ölleitung 26 einen zweiten Leitungsast 26.2 auf, welcher von dem ersten Leitungsast 26.1 abzweigt und zur Führung von Kühlöl 24 hin zu dem zweiten Ölspritzbereich 28.2 durch einen Axialbereich A des Statorkerns 5 hindurch eingerichtet ist, wobei der zweite Leitungsast 26.2, wo er den Axialbereich A des Statorkerns 5 passiert, als Hohlrohr mit einer Wandstärke ausgebildet ist, die geringer ist als der Querschnitt der Ölleitung 26 in dem zweiten Leitungsast 26.2. Damit kann eine gewichtsoptimierte Ausführung des zweiten Leitungsasts bereitgestellt werden.
-
Der zweite Leitungsast 26.2 ist, wo er den Axialbereich A des Statorkerns 5 passiert, als eine vereinte Zuführleitung hin zu dem zweiten Ölspritzbereich ausgebildet und daher in diesem Axialbereich an einem einzigen, zusammenhängenden Umfangsbereich angeordnet, der weniger als 5% des Statorumfangs beinhaltet. Damit kann eine leichte und/oder einfach herzustellende Statorwickelkopfkühlung bereitgestellt werden.
-
Der zweite Leitungsast 26.2 ist in einem Statorkern-Passagebereich (Axialbereich A des Statorkerns) radial außerhalb des Statorkernkühlmantels 30 angeordnet. Damit kann eine robuste Statorwickelkopfkühlung mit einer geringen Übersprechgefahr zwischen unterschiedlichen Kühlleitungen, insbesondere mit unterschiedlichen Kühlmitteln, hier Wasser und Öl, bereitgestellt werden.
-
Der erste Leitungsast 26.1 der Ölleitung 26 weist in dem ersten Ölspritzbereich 28.1 (ebenso wie der zweite Leitungsast 26.2 in dem zweiten Ölspritzbereich 28.2) eine im oberen Halbkreis des Statorumfangs um die Wickelköpfe 10.1 bzw. 10.2 ausgebildete Teilkreisform auf. An jeder der beiden Teilkreisformen sind jeweils mehrere Ölspritzen 34 beabstandet voneinander angeordnet. Damit kann der Ölaustritt an die Anordnung der Wickelköpfe 10.1 bzw. 10.2 angepasst werden, wobei durch den Einfluss der Schwerkraft eine Ausbildung als Teilkreis um die obere Umfangshälfte der Statorwickelköpfe ausreichend ist, um alle Statorwickelköpfe ausreichend mit Kühlöl zu bespritzen.
-
Die Ölspritzen 34 sind vorliegend entlang der Teilkreisform gleichmäßig voneinander beabstandet. Damit kann eine gleichmäßige Versorgung der Statorwickelköpfe mit Kühlöl sichergestellt werden.
-
Der erste Leitungsast 26.1 und der zweite Leitungsast 26.2 ist zumindest im Bereich der Teilkreisform mit einem gebogenen Hohlrohr ausgebildet. Damit kann eine einfach herzustellende und/oder leichte Statorwickelkopfkühlung bereitgestellt werden. Das gebogene Hohlrohr ist jeweils bezüglich einer Statormittelachse (=Rotordrehachse) a beabstandet von der Statorhülse 32 des Ausführungsbeispiels der 2/3 bzw. von einer Statoraufnahme des Gehäusemantels des Statorgehäuses 4 des Ausführungsbeispiels der 1 angeordnet. Dadurch kann die Statorwickelkopfkühlung axial für eine optimale Kühlleistung positioniert werden.
-
In 3 ist die Ölleitung 26 mit allen Verzweigungen nach dem ÖI-Wasser-Wärmetauscher 31 dargestellt.
-
Die Ölleitung 26 weist einen dritten Leitungsast 26.3 auf, welcher von dem zweiten Leitungsast 26.2 abzweigt und zur Führung von Kühlöl hin zu einem dritten Ölspritzbereich 28.3 an einem Zahneingriff 14 des Abtriebsgetriebes 12 eingerichtet ist. Das Kühlöl wird hier durch eine einzige Ölspritze 36 ausgespritzt.
-
Die Ölleitung weist einen vierten Leitungsast 26.4 auf, welcher von dem dritten Leitungsast 26.3 abzweigt und zur Führung von Kühlöl hin zu einem vierten Ölspritzbereich 28.4 an einem weiteren Zahneingriff 16 des Abtriebsgetriebes 12 und hin zu einem fünften Ölspritzbereich 28.5 an einer Rotorstirn 38 der elektrischen Antriebseinheit 1 und hin zu einem sechsten Ölspritzbereich 28.6 an einer Differenzialgetriebeeinheit 18 eingerichtet ist. Damit kann unter Verwendung einer einzigen Ölpumpe 22 eine sehr umfassende Statorkernperipherie 8 direkt gekühlt werden. Das Kühlöl wird jeweils durch eine einzige Ölspritze 36 ausgespritzt.
-
Die Ölleitung ist aus mehreren Hohlrohren aufgebaut, die miteinander an den Verzweigungspunkten der einzelnen Leitungsäste mittels Aufsteckverteilern 40 verbunden sind.
-
Die Ölleitung 26 ist in beiden Ausführungsbeispielen als Rohrleitung getrennt von dem Statorgehäuse 4 und der Statorhülse 32 und dem Statorkern 5 ausgebildet. Der Leitungsquerschnitt der Ölleitung 26 ist also - zumindest abseits von Verbindungsstellen oder Wanddurchbrüchen - nicht aus dem Statorgehäuse 4 oder der Statorhülse 32 oder dem Statorkern 5 ausgenommen.
-
Durch die Medientrennung der unterschiedlichen Kühlkreisläufe 30 mit 31 für Statorkern und 26 mit 34 für die im Gehäuseinnenraum der Antriebseinheit angeordneten Statorkernperipherie 8 kann ein Risiko eines Übersprechens reduziert werden, was insbesondere bei unterschiedlichen, verwendeten Kühlmittels, beispielsweise Drucköl und Wasser relevant ist, weil sonst irreparable Schäden auftreten können. Damit ist auch eine Montagevereinfachung verbunden, insbesondere durch eine Reduzierung der erforderlichen Montagekräfte einer - abhängig vom Baukonzept - gegebenenfalls wie im Ausführungsbeispiel zu 2 verwendeten Statorhülse, aufgrund einer Vermeidung von zusätzlichen O-Ringen zur Dichtung.
-
Zudem ist eine Führung der Ölleitung 26 in Rohrleitungen 26.1, 26.2, 26.3 und, 26.4 hinsichtlich eines geringen Gesamtgewichts der Antriebseinheit 1 - verglichen mit einer Ausbildung im Gehäuse 4 - die bessere Lösung, weil eine Führung im Gehäuse 4 einen größeren Wandstärke- und damit Materialbedarf, gegebenenfalls sogar ein größeres Gehäusemaß nach sich zieht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- elektrische Antriebseinheit
- 2
- elektrische Antriebsmaschine
- 4
- Statorgehäuse
- 5
- Statorkern
- 6
- Stator
- 8
- Statorkernperipherie 8
- 10.1
- erste Wickelköpfe (hier A-Seite)
- 10.2
- zweite Wickelköpfe (hier B-Seite)
- 12
- Abtriebsgetriebe
- 14
- erster Zahneingriff
- 16
- zweiter Zahneingriff
- 18
- Differenzialgetriebeeinheit
- 20
- Spritzölkühlvorrichtung
- 21
- ÖI-Wasser-Wärmetauscher
- 22
- Ölpumpe
- 24
- Kühlöl
- 26
- Ölleitung
- 28
- Ölspritzbereich
- 30
- Statorkernkühlmantels
- 31
- Wasserzuleitung
- 32
- Statorhülse
- 34
- Ölspritzen
- 36
- Ölspritzen
- 38
- Rotorstirn
- 40
- Aufsteckverteiler
- a
- Rotordrehachse
- A
- Axialbereich
