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Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs, das ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Elektromotor, ein in dem Gehäuse angeordnetes und mit einer Abtriebswelle des Elektromotors verbundenes Getriebe und ein Kühlsystem mit einem innerhalb des Gehäuses ausgebildeten Ölsumpf und einer eingangsseitig mit dem Ölsumpf fluidverbundenen Pumpe umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs.
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Antriebssysteme der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und dienen dazu, eine in Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen gespeicherte elektrische Energie in eine kinetische Energie der Elektrofahrzeuge umzuwandeln, d. h. die Elektrofahrzeuge anzutreiben.
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Das Kühlsystem lässt ein Öl durch den Elektromotor und das Getriebe zirkulieren und eine während eines Betriebs eines solchen Antriebssystems erzeugte Wärme abtransportieren. Auf diese Weise wird ein Überhitzen des Elektromotors verhindert und ein bestimmungsgemäßes Funktionieren des Elektromotors sichergestellt.
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Beispielsweise offenbaren
WO 2015/119 052 A1 und
JP 2020 061 859 A jeweils ein solches Antriebssystem.
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EP 3 892 892 A1 offenbart dagegen ein Antriebssystem mit einem wassergekühlten Elektromotor und einem Ölkreislauf zum Schmieren des Elektromotors und des Getriebes, der keine Pumpe umfasst. Ein Zahnrad des Getriebes fördert das Öl innerhalb des Gehäuses aus dem Ölsumpf in einen in dem Gehäuse angeordneten Öltank des Ölkreislaufs. Aus dem Öltank fließt das Öl durch eine außerhalb des Gehäuses angeordnete Ölleitung in den Elektromotor.
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Ein in dem Ölsumpf angeordnetes Öl kann aber eine Effizienz des Elektromotors verringern, d. h. einen Energieverbrauch des Antriebssystems verringern.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, das eine hohe Effizienz aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs vorzuschlagen, das einen Energieverbrauch eines solchen Antriebssystems verringert.
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Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug, das ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Elektromotor, ein in dem Gehäuse angeordnetes und mit einer Abtriebswelle des Elektromotors verbundenes Getriebe und ein Kühlsystem mit einem innerhalb des Gehäuses ausgebildeten Ölsumpf und einer eingangsseitig mit dem Ölsumpf fluidverbundenen Pumpe umfasst. Die Pumpe ist ausgebildet, ein in dem Antriebssystem angeordnetes Öl aus dem Ölsumpf abzusaugen und zu dem Elektromotor und dem Differentialgetriebe zu fördern. Die Pumpe kann innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Das Kühlsystem weist einen Nasssumpf-Kreislauf auf.
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Die Pumpe ist vorteilhaft als eine Einfachpumpe ausgebildet. Unter einer Einfachpumpe ist eine Pumpe zu verstehen, die jeweils einen einzigen Einlass und Auslass umfasst und ausgebildet ist, ausgangsseitig einen einzigen Fluiddruck bereitzustellen. Die Einfachpumpe weist eine geringe Komplexität auf und ist kostengünstig. Ein Antrieb der Pumpe kann elektrisch oder auf eine andere Weise, beispielsweise durch den Elektromotor, vorgesehen sein. Selbstverständlich kann die Pumpe auch als eine Mehrfachpumpe ausgebildet sein, von der im Rahmen der Erfindung lediglich genau ein Einlass und ein Auslass verwendet werden brauchen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Antriebssystem ein innerhalb eines abtriebsseitigen Zahnrads des Getriebes angeordnetes Differentialgetriebe und umfasst das Kühlsystem einen von dem Ölsumpf verschiedenen und in dem Gehäuse angeordneten Öltank, mit dem die Pumpe ausgangsseitig fluidverbunden ist. Das in dem Gehäuse angeordnete Differentialgetriebe ermöglicht einen kompakten Aufbau des Antriebssystems. Der Öltank dient dem Zwischenspeichern eines von der Pumpe geförderten Öls innerhalb des Gehäuses. Dank dem Öltank kann eine in dem Ölsumpf angeordnete Ölmenge variabel eingestellt werden, wodurch eine hohe Effizienz des Antriebssystems erreichbar ist.
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Bevorzugt umfasst der Öltank eine Mehrzahl von Auslässen und/oder weist das Gehäuse zumindest einen in einem bestimmungsgemäß montierten Zustand des Gehäuses abschüssigen Ölleitabschnitt zum Leiten eines in dem Gehäuse angeordneten Öls in den Ölsumpf auf. Dank den mehreren Auslässen ist der Öltank als ein Ölverteiler für ein Kühlen des Differentialgetriebes und/oder des Elektromotors ausgebildet. Die Auslässe können als Bohrungen in dem Öltank vorgesehen sein. Ein Auslass kann dem Differentialgetriebe zugeordnet sein. Weitere Auslässe sind dem Elektromotor zugeordnet.
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Wenn das Antriebssystem bestimmungsgemäß montiert ist, fließt das Öl innerhalb des Gehäuses aufgrund einer gravitativen Hangabtriebskraft selbständig durch den abschüssigen, d. h. gegenüber einer Horizontalen geneigten, Ölleitabschnitt in den Ölsumpf und sammelt sich in dem Ölsumpf.
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Das Antriebssystem kann eine mit einer Abtriebswelle des Differentialgetriebes verbundene Koppeleinrichtung zum Koppeln oder Trennen einer Vorderachse des Elektrofahrzeugs an das oder von dem Differentialgetriebe umfassen. Die Koppeleinrichtung kann innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Idealerweise ist die Koppeleinrichtung im Bereich des Ölsumpfs angeordnet, wodurch während eines Betriebs des Antriebssystems ein Schmieren und/oder Kühlen der Koppeleinrichtung gewährleistet ist. Die Vorderachse ist hier als die Achse genau eines Vorderrads des Elektrofahrzeugs zu verstehen, d. h. das Koppeln und Trennen mittels der Koppeleinrichtung erfolgt einseitig. Demzufolge drehen Zahnräder des Differentialgetriebes mit der Winkelgeschwindigkeit der permanent mit dem Differentialgetriebe gekoppelten anderen Vorderachse, wenn die genau eine Vorderachse von dem Differentialgetriebe getrennt ist.
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Wenn das Elektrofahrzeug zwei separate Antriebssysteme umfasst, welche jeweils einer Hinterachse des Elektrofahrzeugs und der Vorderachse zugeordnet sind, kann die Vorderachse in einer Boost-Betriebsart mit der Abtriebswelle gekoppelt sein, d. h. für das Elektrofahrzeug ein Traktionsmoment bereitstellen, und in einer Normalbetriebsart von der Abtriebswelle getrennt sein. In der Boost-Betriebsart stellen sowohl die Hinterachse als auch die Vorderachse ein Traktionsmoment bereit. In der Normalbetriebsart stellt ausschließlich die Hinterachse ein Traktionsmoment bereit, d. h. das Elektrofahrzeug weist einen Heckantrieb auf. Selbstverständlich können die Vorderachse und die Hinterachse den jeweiligen Betriebsarten auch umgekehrt zugeordnet sein, d. h. das Elektrofahrzeug weist in der Normalbetriebsart einen Frontalantrieb auf.
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Vorteilhaft umfasst das Kühlsystem einen Wärmetauscher, der zwischen der Pumpe und dem Öltank und außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und/oder einen Spritzring, der innerhalb des Gehäuses und konzentrisch zu einer Rotorachse und an einer Stirnseite des Elektromotors angeordnet ist. Der Wärmetauscher verstärkt eine Kühlwirkung des Kühlsystems. Dank dem Spritzring ist eine Effizienz einer Kühlung des Elektromotors, insbesondere eines Stators des Elektromotors, erhöht. Ein Rotor des Elektromotors kann für eine Rotorinnenkühlung ausgebildet sein und eine insbesondere zylinderförmige Bohrung umfassen, welche sich parallel zu einer Rotorachse und konzentrisch zu der Rotorachse durch den Rotor erstreckt.
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Weiter vorteilhaft umfasst das Kühlsystem ein Ansaugsieb, das zwischen dem Ölsumpf und der Pumpe und innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und/oder einen Filter, der zwischen der Pumpe und dem Öltank und innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Das Ansaugsieb kann als ein Filter ausgebildet sein. Das Ansaugsieb hält von dem Öl transportierte Partikel, die insbesondere aufgrund eines betriebsbedingten Verschleißes des Antriebssystems entstehen, von der Pumpe fern.
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In einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse eine den Ölsumpf begrenzende Schalenwandung um ein abtriebsseitiges Zahnrad des Getriebes. Die Schalenwandung hält das in dem Ölsumpf angeordnete Öl von dem abtriebsseitigen Zahnrad des Differentialgetriebes fern und begünstigt ein Absaugen durch die Pumpe.
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Idealerweise umfasst das abtriebsseitige Zahnrad eine Ölfördereinrichtung zum Fördern von Öl zu dem Ölsumpf. Die Ölfördereinrichtung kann eine Mehrzahl von Ölleitteilen umfassen, beispielsweise Flügel oder Lamellen ähnlich einem Propeller, welche ausgebildet und angeordnet sind, das Öl während eines Betriebs des Getriebes durch das abtriebsseitige Zahnrad zu fördern. Dank der Förderwirkung des abtriebsseitigen Zahnrads braucht der Ölsumpf im Unterschied zu einem klassischen Ölsumpf nicht unterhalb des abtriebsseitigen Zahnrads angeordnet sein.
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Das Antriebssystem kann eine mit dem Öltank fluidverbundene Einspritzeinrichtung für das Getriebe und/oder das Differentialgetriebe umfassen. Die Einspritzeinrichtung ermöglicht eine hohe Effizienz eines Kühlens und/oder Schmierens des Getriebes bzw. des Differentialgetriebes.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs, bei dem eine mit einem innerhalb eines Gehäuses eines Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs ausgebildeten Ölsumpf eines Kühlsystems des Antriebssystems und einem Öltank des Kühlsystems fluidverbundene Pumpe des Kühlsystems aktiviert wird. Die Pumpe wird aktiviert, um ein in dem Ölsumpf angeordnetes Öl in den Öltank zu fördern.
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Erfindungsgemäß wird die Pumpe aktiviert, wenn eine Vorderachse des Elektrofahrzeugs mittels einer in dem Gehäuse angeordneten Koppeleinrichtung des Antriebssystems mit einer Abtriebswelle eines in dem Gehäuse angeordneten Differentialgetriebes des Antriebssystems gekoppelt wird und wird die Pumpe deaktiviert, wenn die Vorderachse mittels der Koppeleinrichtung von der Abtriebswelle getrennt wird. Kurz gesagt, ist die Pumpe während eines Betriebs des Antriebssystems nicht durchgehend aktiviert. Die Pumpe wird ausschließlich in dem gekoppelten Zustand der Vorderachse aktiviert. Im getrennten Zustand der Vorderachse ist die Pumpe deaktiviert. Auf diese Weise wird ein Energieverbrauch des Antriebssystems gesenkt, was mit einer erhöhten Reichweite des Elektrofahrzeugs einhergeht.
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Vorteilhaft werden das Differentialgetriebe und die Koppeleinrichtung von einem in dem Ölsumpf des Gehäuses angeordneten Öl tauchgeschmiert, wenn die Vorderachse mittels der Koppeleinrichtung von der Abtriebswelle getrennt ist. Auf diese Weise ist eine ausreichende Schmierung des Differentialgetriebes und der Koppeleinrichtung auch bei einer getrennten Vorderachse gewährleistet.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebssystems besteht darin, dass eine in dem Ölsumpf angeordnete Ölmenge variabel eingestellt wird, wodurch ein wahlweises Koppeln einer Achse des Elektrofahrzeugs mit dem Differentialgetriebe bzw. Trennen der Achse von dem Differentialgetriebe unterstützt wird.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:
- 1 in einer Querschnittansicht ein Antriebssystem nach einer Ausführungsform der Erfindung für ein Elektrofahrzeug.
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1 zeigt in einer Querschnittansicht ein Antriebssystem 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung für ein Elektrofahrzeug. Das Antriebssystem 1 umfasst ein Gehäuse 10, einen in dem Gehäuse 10 angeordneten Elektromotor 11, ein in dem Gehäuse 10 angeordnetes und mit einer Abtriebswelle des Elektromotors 11 verbundenes Getriebe 12, ein innerhalb eines abtriebsseitigen Zahnrads 120 des Getriebes 12 angeordnetes Differentialgetriebe 15 und ein Kühlsystem 2.
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Das Kühlsystem 2 umfasst einen innerhalb des Gehäuses 10 ausgebildeten Ölsumpf 22 und eine außerhalb des Gehäuses 10 angeordnete und eingangsseitig mit dem Ölsumpf 22 fluidverbundene Pumpe 20. Zu dem Kühlsystem 2 gehört ferner ein von dem Ölsumpf 22 verschiedener und in dem Gehäuse 10 angeordneter Öltank 21. Die Pumpe 20 ist ausgangsseitig mit dem Öltank 21 fluidverbunden.
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Der Öltank 21 kann eine Mehrzahl von Auslässen 210 umfassen. Ebenso kann das Gehäuse 10 zumindest einen in einem bestimmungsgemäß montierten Zustand des Gehäuses 10 abschüssigen Ölleitabschnitt 100 zum Leiten eines in dem Gehäuse 10 angeordneten Öls 3 in den Ölsumpf 22 aufweisen.
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Das Antriebssystem 1 umfasst vorteilhaft eine mit einer Abtriebswelle des Differentialgetriebes 12 verbundene Koppeleinrichtung 13 zum Ankoppeln oder Trennen einer (nicht dargestellten) Vorderachse des Elektrofahrzeugs an das oder von dem Differentialgetriebe 12.
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Zu dem Kühlsystem 2 können ein Wärmetauscher 23, der zwischen der Pumpe 20 und dem Öltank 21 und außerhalb des Gehäuses 10 angeordnet ist, und/oder ein Spritzring 24 gehören, der innerhalb des Gehäuses 10 und konzentrisch zu einer Rotorachse und an einer Stirnseite des Elektromotors 11 angeordnet ist. Abgebildet sind zwei an gegenüberliegenden Stirnseiten des Elektromotors 11 angeordnete Spritzringe 24.
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Das Kühlsystem 2 kann ferner ein Ansaugsieb 25, das zwischen dem Ölsumpf 22 und der Pumpe 20 und innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 10 angeordnet ist, und/oder einen Filter 26, der zwischen der Pumpe 20 und dem Öltank 21 und innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 10 angeordnet ist, umfassen.
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Vorteilhaft umfasst das Gehäuse 10 eine den Ölsumpf 22 begrenzende Schalenwandung 220 um ein abtriebsseitiges Zahnrad 120 des Differentialgetriebes 12. Das abtriebsseitige Zahnrad 120 umfasst idealerweise eine Ölfördereinrichtung 1200 zum Fördern von Öl 3 zu dem Ölsumpf 22.
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Das Antriebssystem 1 kann zudem eine mit dem Öltank 21 fluidverbundene Einspritzeinrichtung 14 für das Getriebe 12 und/oder das Differentialgetriebe 15 umfassen.
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Das Antriebssystem 1 des Elektrofahrzeugs wird in einem nachfolgend beschriebenen Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung betrieben.
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Die mit dem innerhalb des Gehäuses 10 des Antriebssystems 1 des Elektrofahrzeugs ausgebildeten Ölsumpf 22 des Kühlsystems 2 des Antriebssystems 1 und dem Öltank 21 des Kühlsystems 2 fluidverbundene Pumpe 20 des Kühlsystems 2 wird aktiviert, wenn die Vorderachse des Elektrofahrzeugs mittels der in dem Gehäuse 10 angeordneten Koppeleinrichtung 13 des Antriebssystems 1 mit der Abtriebswelle des in dem Gehäuse 10 angeordneten Differentialgetriebes 15 des Antriebssystems 1 gekoppelt wird.
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Die Pumpe 20 wird deaktiviert, wenn die Vorderachse mittels der Koppeleinrichtung 13 von der Abtriebswelle getrennt wird. Das Differentialgetriebe 15 und vorteilhaft die Koppeleinrichtung 13 können von einem in dem Ölsumpf 22 des Gehäuses 10 angeordneten Öl 3 tauchgeschmiert werden, wenn die Vorderachse mittels der Koppeleinrichtung 13 von der Abtriebswelle getrennt ist.
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BEZUGSZEICHENLISTE:
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- 1
- Antriebssystem
- 10
- Gehäuse
- 100
- Ölleitabschnitt
- 11
- Elektromotor
- 12
- Getriebe
- 120
- abtriebsseitiges Zahnrad
- 1200
- Ölfördereinrichtung
- 13
- Koppeleinrichtung
- 14
- Einspritzeinrichtung
- 15
- Differentialgetriebe
- 2
- Kühlsystem
- 20
- Pumpe
- 21
- Öltank
- 210
- Auslass
- 22
- Ölsumpf
- 220
- Schalenwandung
- 23
- Wärmetauscher
- 24
- Spritzring
- 25
- Ansaugsieb
- 26
- Filter
- 27
- Kühlwassermantel
- 3
- Öl
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015119052 A1 [0004]
- JP 2020061859 A [0004]
- EP 3892892 A1 [0005]
