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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine elektrische Traktionsmaschine für ein Kraftfahrzeug, ein Thermo-Management-Modul mit einem solchen Kühlsystem für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, einen Antriebsstrang mit einem solchen Thermo-Management-Modul für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
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Aus dem Stand der Technik sind Kühlsysteme für elektrische Traktionsmaschinen bekannt, um die entstehende Abwärme bei einer Leistungsabfrage abzuführen. Für eine gesteigerte Kühlleistung ist die Idee, zumindest den Stator einer elektrischen Traktionsmaschine mit einem Kühlmittel unmittelbar zu durchströmen, wobei dafür das Kühlmittel als dielektrische Kühlflüssigkeit auszuführen ist. Es ist sinnvoll, möglichst wenige Komponenten in diesem Dielektrikum-Kühlsystem zu kühlen. Andere Komponenten eines Antriebsstrangs, in welchen eine solche elektrische Traktionsmaschine eingebunden ist, wie beispielsweise ein Getriebe und ein Puls-Wechsel-Richter, werden bevorzugt in zumindest einem davon getrennten Kühlkreislauf gekühlt. Ein Getriebe ist beispielsweise mittels eines Ölkreislaufs gekühlt, sodass das Kühlmittel (Getriebeöl) zugleich zum Schmieren der Getriebekomponenten eingerichtet ist. Ein Puls-Wechsel-Richter ist beispielsweise in einem Wasserkreislauf angeordnet, mit welchem bevorzugt noch weitere Fahrzeugkomponenten kühlbar sind.
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Bei einer unmittelbaren Kühlung einer Traktionsmaschine ist es wie erwähnt notwendig, dass die Kühlflüssigkeit (Dielektrikum) ein möglichst guter elektrischer Isolator ist. Wenn Lufteinschlüsse enthalten sind, sinkt diese elektrisch-isolierende Eigenschaft und auch die Wärmekapazität. Es ist also anzustreben, dass sich möglichst keine Luft im Leitungssystem befindet und vor allem dort nicht verbleibt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine elektrische Traktionsmaschine für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - ein Kreisleitungssystem zum Leiten von einer umzuwälzenden ersten Kühlflüssigkeit;
- - eine erste Umwälzpumpe zum Fördern von der ersten Kühlflüssigkeit in dem Kreisleitungssystem ;
- - ein AC-Gehäuse für einen Wechselstrom-Anschluss für eine elektrische Traktionsmaschine;
- - einen Motoreingangsanschluss zum eingangsseitigen fluidischen Verbinden des Kreisleitungssystems mit einer zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine;
- - einen Motorausgangsanschluss zum ausgangsseitigen fluidischen Verbinden des Kreisleitungssystems mit der zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine; und
- - einen ersten Wärmetauscher zum Wärme Abführen aus der und/oder Zuführen in die in dem Kreisleitungssystem umzuwälzende erste Kühlflüssigkeit.
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Das Kühlsystem ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Hauptleitung vorgesehen ist, mittels welcher der erste Wärmetauscher und das AC-Gehäuse miteinander fluidisch verbunden sind.
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Es wird im Folgenden auf die genannte jeweilige Umwälzrichtung beziehungsweise Förderrichtung Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis vor, hinter und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Vorab sei darauf hingewiesen, dass mit dem hier vorgeschlagenen Kühlsystem in erster Linie Abwärme abzuführen ist, aber auch ein Anheben der Temperatur von mittels des Kühlsystems temperierten Komponenten ein möglicher Betriebszustand ist, beispielsweise bei winterlichen Temperaturen, sodass die Komponenten schnell auf Betriebstemperatur gebracht sind. Bei den meisten Anwendungen ist aber auch bei winterlichen Temperaturen im Betrieb einer elektrischen Traktionsmaschine eines Kraftfahrzeugs Abwärme abzuführen, also eine Kühlung das Ziel. Auch sei darauf hingewiesen, dass das hier vorgeschlagene Kühlsystem nicht auf die Verwendung einer dielektrischen Kühlflüssigkeit beschränkt ist und beispielsweise auch für eine Temperierung mit Wasser und/oder Öl als Kühlflüssigkeit betreibbar ist. Dann ist bevorzugt zwischen den Strom-führenden Komponenten der zu temperierenden Traktionsmaschine und der (elektrisch-leitenden beziehungsweise nicht ausreichend gut elektrisch isolierenden) Kühlflüssigkeit ein Isolator, beispielsweise eine Ummantelung, vorgesehen.
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Es sei weiterhin darauf hingewiesen, dass für die Übersichtlichkeit mit später erläuterten Komponenten und Eigenschaften gleichnamige Komponenten beziehungsweise Eigenschaften des Kühlsystems jeweils als erste Komponente beziehungsweise Eigenschaft bezeichnet sind, wobei dies in einem eindeutigen Kontext nicht immer aufgegriffen wird.
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Das Kühlsystem umfasst ein Kreisleitungssystem, welches eine Mehrzahl von Leitungen und/oder Leitungsabschnitten zwischen oder in denjenigen Komponenten umfasst, welche mittels des Kühlsystems temperierbar sind. Innerhalb des Kreisleitungssystems ist die erste Kühlflüssigkeit vor einer Umgebung nahezu vollständig oder teilweise abgekapselt und somit tritt dort ein Verlust von gasförmigen Anteilen höchstens in vernachlässigbarer Menge (beispielsweise infolge von Undichtigkeiten) auf. Gleichwohl tritt über Undichtigkeiten Gas (vor allem Luft aus der Umgebung) ein oder sind infolge der Montage oder infolge von Wartungsarbeiten Gaseinschlüsse in dem Kreisleitungssystem vorhanden.
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Zum Umwälzen der ersten Kühlflüssigkeit ist eine (erste) Umwälzpumpe vorgesehen. Von der Umwälzpumpe wird ein Druckgefälle mit der Folge einer (ersten) Umwälzrichtung in dem Kreisleitungssystem erzeugt. In einer Ausführungsform ist die Umwälzpumpe für zwei Umwälzrichtungen betreibbar, aber die erste Umwälzrichtung ist die Hauptbetriebsrichtung, zumindest beim Abführen von Abwärme aus der eingebundenen elektrischen Traktionsmaschine. Ein Umkehren der Richtung ist beispielsweise mittels Umkehr der Drehrichtung eines Pumpenrads, bevorzugt aber mittels eines entsprechenden Wege-Ventils, einstellbar.
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In einer Ausführungsform ist ein Ausgleichsbehälter zum Druckausgleich zwischen dem Kreisleitungssystem und einer Umgebung vorgesehen und eingerichtet, wobei hier maßgeblich Gaseinschlüsse in der ersten Kühlflüssigkeit infolge eines (beispielsweise zur Umgebung offenen) Druckgefälles abscheidbar sind.
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Eine elektrische Traktionsmaschine ist zum Temperieren in das Kühlsystem eingebunden, indem sie über einen Motoreingangsanschluss mit der ersten Kühlflüssigkeit versorgt wird und über einen Motorausgangsanschluss die eingebrachte erste Kühlflüssigkeit wieder aus der elektrischen Traktionsmaschine abgeführt wird. Der Motoreingangsanschluss ist (bevorzugt in dem Bereich zumindest eines der zwei Wickelköpfe, also dem Wickelkopfbereich, beispielsweise eingefasst von einem Gehäuse) an die elektrische Traktionsmaschine angeschlossen und der Motorausgangsanschluss am motor-axial (bezogen auf die Rotationsachse der Rotorwelle der elektrischen Traktionsmaschine) gegenüberliegenden Ende (in dem Bereich eines, bevorzugt anderen, der zwei Wickelköpfe) angeschlossen. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einer Umkehr der (ersten) Umwälzrichtung von dem Motoreingangsanschluss ein Ausgang und von dem Motorausgangsanschluss ein Eingang gebildet ist. Bevorzugt bleibt aber auch dann die Flussrichtung über die elektrische Traktionsmaschine gleich, also der Motoreingangsanschluss ein Eingang und der Motorausgangsanschluss ein Ausgang für die erste Kühlflüssigkeit, wobei dies beispielsweise mittels entsprechender Leitungsführung und/oder zumindest eines schaltbaren Wege-Ventils bewerkstelligt ist.
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Der (erste) Wärmetauscher ist zum Übertragen von Wärme zwischen zwei Fluiden, also der ersten Kühlflüssigkeit und einem weiteren Fluid (beispielsweise Wasser oder Umgebungsluft), eingerichtet. Bei einer Ausführungsform zum gegen Luft Kühlen ist beispielsweise ein Ventilator umfasst.
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Zum Versorgen der elektrischen Traktionsmaschine ist weiterhin ein AC-Gehäuse vorgesehen, von welchem ein Wechselstrom-Anschluss umhaust ist. Mittels des Wechselstrom-Anschlusses ist die Traktionsmaschine (bevorzugt über eine externe Leistungselektronik, beispielsweise umfassend einen oder gebildet von einem Puls-Wechsel-Richter, gesteuert) mit einem Leistungsstrom beziehungsweise einer Leistungsspannung versorgt. Auch hier gibt eines einen engen optimalen Bereich für eine Betriebstemperatur, sodass es erstrebenswert ist, das AC-Gehäuse beziehungsweise den darin angeordneten Wechselstrom-Anschluss zu temperieren. Hier ist vorgeschlagen, das Temperieren mittels des Kühlsystems, also mittels der ersten Kühlflüssigkeit, welche zum Temperieren der Traktionsmaschine eingesetzt ist, auszuführen. Dazu ist eine erste Hauptleitung vorgesehen, welche mittels ihres (ersten) Eingangs (unmittelbar oder mittelbar) mit dem ersten Wärmetauscher und mittels ihres Ausgangs (unmittelbar oder mittelbar) mit dem AC-Gehäuse fluidisch verbunden ist, wobei der Eingang und Ausgang jeweils separate Anschlusselemente sind oder von der jeweiligen Komponente (beispielsweise einstückig) ausgebildet sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Kühlflüssigkeit eine dielektrische Kühlflüssigkeit zum direkten Kontakt mit den elektrisch leitenden und Peripheriekomponenten (beispielsweise AC-Stromschienen) der zu temperierenden Traktionsmaschine. Eine direkte Kühlung ist also eine Komponente eines zu temperierenden Aggregats unmittelbar kontaktierende Durchströmung, beispielsweise als Ersatz für ein Schmiermittel oder wie hier in einer Traktionsmaschine bevorzugt (unter anderem) als Ersatz für den Isolationswerkstoff zwischen der Statorwicklung und dem Statorblechpaket.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems vorgeschlagen, dass die erste Hauptleitung mit dem AC-Gehäuse bei der in einer normalen Ausrichtung des AC-Gehäuses im Erdschwerefeld höchsten Stelle angeschlossen ist,
wobei bevorzugt die höchste Stelle des AC-Gehäuses in der normalen Ausrichtung gleich hoch angeordnet ist wie oder höher liegt als zumindest eine der folgenden Komponenten:
- - der Motoreingangsanschluss;
- - der Motorausgangsanschluss; und
- - ein anderer Leitungsabschnitt des Kreisleitungssystems.
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In einer Anwendung des Kühlsystems in einem Thermo-Management-Modul gibt es Montage-bedingt eine feste Ausrichtung im Erdschwerefeld. In einer dynamischen Anwendung, wie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug sind im Betrieb Abweichungen von dieser festen Ausrichtung möglich beziehungsweise es liegt ein regulärer Winkelbereich vor, in welchem eine Stelle den höchsten Punkt bildet, aber auch ein abweichender Winkelbereich (beispielsweise beim Beschleunigen oder Entschleunigen), in welchem andere Stellen den höchsten Punkt im Erdschwerefeld bilden. Der abweichende Winkelbereich liegt bevorzugt ausreichend selten und/oder ausreichend kurz vor. Wenn im Folgenden von einer höchsten Stelle gesprochen ist, so ist damit eine solche Stelle gemeint, von welcher in einer Anwendung zumindest im Stand, bevorzugt auch in einem regulären Winkelbereich der höchste Punkt der jeweiligen Komponente gebildet ist. Es sei darüber hinaus darauf hingewiesen, dass die jeweilige höchste Stelle in einer Anwendung mitunter nicht die absolut höchste Stelle einer Komponente ist, sondern eine lokal höchste Stelle (also ein lokales und nicht globales Maximum der Höhe) und/oder dass mit einer höchsten Stelle auch eine technische Abweichung zulässig ist, beispielsweise mit einer real höchsten Stelle aufgrund einer Toleranz der Fertigung und/oder aufgrund von einer beschränkten Fertigbarkeit, wobei das verbleibende (Toleranz-bedingte oder fertigungsbedingte) Volumen für die technische Anwendung bevorzugt vernachlässigbar ist.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass die erste Hauptleitung (bevorzugt unmittelbar mittels ihres Ausgangs) mit dem AC-Gehäuse bei der höchsten Stelle des AC-Gehäuses angeschlossen ist. In einer Ausführungsform ist die erste Hauptleitung knapp unterhalb dieser höchsten Stelle mit dem AC-Gehäuse verbunden, beispielsweise weniger als 2 cm [zwei Zentimeter], bevorzugt weniger als 5 mm [fünf Millimeter]). In einer Ausführungsform ist die erste Hauptleitung unmittelbar an der höchsten Stelle des AC-Gehäuses angebunden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ausgang der ersten Hauptleitung zugleich die höchste Stelle der ersten Hauptleitung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt die höchste Stelle des AC-Gehäuses gleich hoch wie oder (bevorzugt nur wenig, beispielsweise weniger als 1 cm [ein Zentimeter], bevorzugt nicht mehr als 2 mm [zwei Millimeter]) höher als der Motoreingangsanschluss, der Motorausgangsanschluss und/oder ein anderer Leitungsabschnitt des Kreisleitungssystems. Damit ist ein Lufteinschluss mit der Kühlflüssigkeit beim Umwälzen in (zumindest erster) Umwälzrichtung mitreißbar und somit aus dem AC-Gehäuse leicht, also im normalen Betrieb (bevorzugt mit einem geringen oder durchschnittlichen Betriebsdruckgefälle), ausförderbar.
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Bevorzugt liegt bei normaler Ausrichtung des AC-Gehäuses (und des gesamten Kühlsystems) zwischen der höchsten (ersten) Stelle des AC-Gehäuses, der höchsten (zweiten) Stelle des ersten Wickelkopfbereichs und der höchsten (dritten) Stelle des zweiten Wickelkopfbereichs kein, ein vernachlässigbarer oder ein geringer (wie beispielsweise oben angegebener) Höhenunterschied vor. Damit ist ein Lufteinschluss mit der Kühlflüssigkeit beim Umwälzen in (erster) Umwälzrichtung mitreißbar und somit aus den genannten Komponenten (bevorzugt aus dem gesamten Kühlsystem) leicht, also im normalen Betrieb (bevorzugt mit einem geringen oder durchschnittlichen Betriebsdruckgefälle), ohne Hinterschnitte bis zu einem (optionalen) Ausgleichsbehälter förderbar und dort ein solches Gas abscheidbar. Besonders bevorzugt ist in der normalen Ausrichtung kein Leitungsabschnitt des Kühlsystems vorgesehen, welcher eine höhere Stelle als die genannten Stellen aufweist, wobei bevorzugt auch bis zum Erreichen eines (optionalen) Ausgleichsbehälters ein jeweils höchster Leitungsabschnitt zugleich nicht, vernachlässigbar wenig oder wenig tiefer (wie beispielsweise oben angegeben) als die genannten Stellen angeordnet ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems vorgeschlagen, dass der ersten Hauptleitung ein hinter dem ersten Wärmetauscher angeordneter Filter vorgeschaltet ist.
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Hier ist vorgeschlagen, dass mittels eines Filters das AC-Gehäuse beziehungsweise ein darin angeordneter Wechselstrom-Anschluss vor Partikeln und/oder großen Gasblasen geschützt ist, indem diese in dem Filter zurückgehalten oder verkleinert werden. In einer Anwendung ist es möglich, dass in dem Kühlsystem beziehungsweise dessen Kreisleitungssystem metallische Partikel von einer spanend bearbeiteten Komponente oder infolge einer unvorsichtigen Montage gefördert werden. Diese sind elektrische Leiter und können zudem die Komponenten mechanisch schädigen (beispielsweise abrasiv oder einschlagend) oder in großer Menge auch zu Verstopfungen von dünnen Leitungsabschnitten führen. Mittels des Filters ist dies weitestgehend unterbunden. Alternativ oder zusätzlich ist ein solcher Filter nicht vorgesehen oder dem AC-Gehäuse nachgeschaltet angeordnet.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems vorgeschlagen, dass eine erste Entlüftungsleitung zwischen dem AC-Gehäuse und einem, bevorzugt dem ersten, von den Wickelkopfbereichen der zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine vorgesehen ist,
wobei bevorzugt die erste Entlüftungsleitung in einer normalen Ausrichtung des Kühlsystems mittelbar oder unmittelbar fluidisch verbunden ist mit zumindest einer der folgenden im Erdschwerefeld höchsten Stellen:
- - mit der höchsten Stelle des AC-Gehäuses;
- - mit der höchsten Stelle eines ersten Wickelkopfbereichs der zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine; und
- - mit der höchsten Stelle eines zweiten Wickelkopfbereichs zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine.
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Beim Wärmetauscher ist ein (erster) Eingang vorgesehen und beim AC-Gehäuse ist ein Ausgang vorgesehen, wobei der Eingang und Ausgang jeweils separate Anschlusselemente sind oder von der jeweiligen Komponente (beispielsweise einstückig) ausgebildet sind.
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Mittels der (ersten) Entlüftungsleitung ist in dem AC-Gehäuse eingeschlossenes Gas leicht mittels des Umwälzens der (ersten) Kühlflüssigkeit zu einem der Wickelkopfbereiche, aus Gründen der relativen räumlichen Anordnung bevorzugt dem ersten Wickelkopfbereich, förderbar. Bevorzugt ist auch hier das Gefälle beziehungsweise der Anstieg (in der ersten Umwälzrichtung) der ersten Entlüftungsleitung, also zwischen dem AC-Gehäuse und dem jeweiligen, bevorzugt beiden Wickelkopfbereichen, sowie einer zweiten Entlüftungsleitung gering, beispielsweise wie nachfolgend beschrieben.
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Wie bereits oben beschrieben, ist ein Höhenunterschied zwischen den höchsten Stellen bevorzugt gering. Unabhängig davon ist bevorzugt mittels der ersten Entlüftungsleitung ein separater Leitungsabschnitt zum Ausfördern von Gaseinschlüssen vorgesehen, welche eben bevorzugt die jeweils höchsten Stellen des AC-Gehäuses und des ersten Wickelkopfbereichs und/oder (gegebenenfalls mittelbar über eine weitere, beispielsweise die genannte zweite Entlüftungsleitung) den zweiten Wickelkopfbereich fluidisch verbindet. Dabei liegen bevorzugt die genannten geringen beziehungsweise keine Höhenunterschiede vor.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems vorgeschlagen, dass eine zweite Entlüftungsleitung vorgesehen ist, mittels welcher in einer normalen Ausrichtung der elektrischen Traktionsmaschine im Erdschwerefeld die jeweils höchsten Stellen von Wickelkopfbereichen der zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine miteinander fluidisch verbunden sind.
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Beispielsweise sind zwei höchste Stellen gleich hoch oder (bevorzugt nur wenig, beispielsweise weniger als 1 cm [ein Zentimeter], bevorzugt nicht mehr als 2 mm [zwei Millimeter]) unterschiedlich hoch. Damit ist ein Lufteinschluss mit der Kühlflüssigkeit beim Umwälzen in (zumindest erster) Umwälzrichtung mitreißbar und somit aus der jeweiligen Komponente leicht, also im normalen Betrieb (bevorzugt mit einem geringen oder durchschnittlichen Betriebsdruckgefälle), ausförderbar.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass eine zweite Entlüftungsleitung vorgesehen ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung als zweite Entlüftungsleitung nicht zwangsläufig bedingt, dass eine erste Entlüftungsleitung vorgesehen ist.
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Die (zweite) Entlüftungsleitung ist derart angeordnet, dass die Wickelkopfbereiche an ihren jeweils höchsten Stellen miteinander fluidisch verbunden sind, also ein Gas beziehungsweise eine Gasblase von einem der Wickelkopfbereiche zum jeweils anderen Wickelkopfbereich mit der Kühlflüssigkeit in der (jeweils anliegenden) Umwälzrichtung mitgerissen wird, und bevorzugt zu einem Ausgleichsbehälter gefördert und dort abgeschieden wird. Bevorzugt ist diese zweite Entlüftungsleitung separat von Kanälen zum Temperieren der elektrischen Traktionsmaschine vorgesehen, sodass dort eine maximale Temperierleistung, ein geringer Gegendruck und eine gute elektrische Isolation sichergestellt ist, weil Gaseinschlüsse mit hoher Wahrscheinlichkeit ausschließlich über die zweite Entlüftungsleitung geführt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Thermo-Management-Modul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - für ein Getriebe, einen Ölkreislauf mit einer zweiten Umwälzrichtung und mit einem zweiten Wärmetauscher;
- - für zumindest eine Fahrzeugkomponente, einen Wasserkreislauf mit einer dritten Umwälzrichtung und mit einem dritten Wärmetauscher; und
- - für eine elektrische Traktionsmaschine, ein Kühlsystem nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung,
wobei bevorzugt ein Puls-Wechsel-Richter für die elektrische Traktionsmaschine in dem Wasserkreislauf angeordnet ist.
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Hier ist das zuvor beschriebene Kühlsystem in ein Thermo-Management-Modul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingebunden, wobei dieses Thermo-Management-Modul [TMM] hinsichtlich seiner Funktionen und Aufgaben allgemein bekannt ist. Neben Komponenten eines Antriebsstrangs werden bevorzugt auch andere Fahrzeugkomponenten temperiert, beispielsweise eine (bevorzugt Traktions-) Batterie.
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Andere Komponenten eines Antriebsstrangs, in welchen eine solche elektrische Traktionsmaschine eingebunden ist, wie beispielsweise ein Getriebe und ein Puls-Wechsel-Richter werden bevorzugt in zumindest einem von dem ersten Kühlsystem getrennten Kühlkreislauf gekühlt. Ein Getriebe, beispielsweise umfassend ein (bevorzugt schaltbares) Übersetzungsgetriebe und/oder ein Differential, ist mittels eines Ölkreislaufs mit einem Öl, bevorzugt direkt, gekühlt. Eine direkte Kühlung ist eine Komponente des Getriebes (beispielsweise Zahnräder) unmittelbar kontaktierende Durchströmung, beispielsweise als Ersatz für ein Schmiermittel. Der Ölkreislauf ist beispielsweise konventionell ausgeführt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine zweite Umwälzpumpe zum Erzeugen einer zweiten Umwälzrichtung in dem Ölkreislauf mit der ersten Umwälzpumpe zum Erzeugen der ersten Umwälzrichtung in dem Kreisleitungssystem für die erste Kühlflüssigkeit als sogenannte Tandem-Pumpe gekoppelt, sodass ein einziger Antrieb für beide Umwälzpumpen ausreichend ist. Die Abwärme wird hierbei über den zweiten Wärmetauscher abgegeben.
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Zu temperierende Fahrzeugkomponenten, welche nicht in dem Ölkreislauf oder dem Kühlsystem angeordnet sind, sind bevorzugt mittels eines Wasserkreislaufs temperierbar. Das Wasser ist oftmals ein Wasser-Glykol-Gemisch. Das Wasser des Wasserkreislaufs wird (mittels einer dritten Umwälzpumpe) in einer dritten Umwälzrichtung über einen dritten Wärmetauscher gefördert. Der dritte Wärmetauscher ist dabei bevorzugt zum Wärmeübertragen mit der Umgebung beziehungsweise der Umgebungsluft eingerichtet, wobei bevorzugt für eine (erzwungene) Konvektion an dem dritten Wärmetauscher ein Ventilator vorgesehen ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass auch in dem Ölkreislauf und/oder dem Wasserkreislauf die jeweiligen Komponenten, beispielsweise bei winterlichen Temperaturen erwärmbar sind, wobei aber auch hier der Hauptzustand ein Abführen von Abwärme ist. Ebenfalls ist gegebenenfalls die jeweilige Umwälzrichtung umkehrbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zum Temperieren ein Puls-Wechsel-Richter [PWR] für eine mittels des Kühlsystems mit der ersten Kühlflüssigkeit zu temperierende elektrische Traktionsmaschine in dem Wasserkreislauf angeordnet, also keine zu temperierende Komponente in dem Kühlsystem mit der ersten Kühlflüssigkeit. Es ist vorteilhaft, die Anzahl der Komponenten in dem besagten Kühlsystem für eine elektrische Traktionsmaschine gering zu halten. Bei einem Puls-Wechsel-Richter ist der Einsatz einer dielektrischen (ersten) Kühlflüssigkeit nicht notwendig. Es ist daher vorteilhaft, den Puls-Wechsel-Richter außerhalb des besagten Kühlsystems anzuordnen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Thermo-Management-Moduls vorgeschlagen, dass der Wasserkreislauf mit dem ersten Wärmetauscher des Kühlsystems für eine elektrische Traktionsmaschine zum Wärmeübertragen, bevorzugt als einziges flüssigkeitsgebundenes Wärmeübertragen des Kühlsystems zur Umgebung, verbunden ist,
wobei bevorzugt in der dritten Umwälzrichtung des Wasserkreislaufs ein Puls-Wechsel-Richter für eine elektrische Traktionsmaschine vor dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist.
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Hier ist vorgeschlagen, dass das Kühlsystem mit der ersten Kühlflüssigkeit und der Wasserkreislauf miteinander wärme-gekoppelt sind, also der Wasserkreislauf mittels des (ersten) Wärmetauschers zum Temperieren der ersten Kühlflüssigkeit eingerichtet ist. In dem ersten Wärmetauscher wird also, beispielsweise beim Kühlen der elektrischen Traktionsmaschine, (technisch ohne Flüssigkeitsaustausch) die Wärme aus der ersten Kühlflüssigkeit an das Wasser in dem Wasserkreislauf abgegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist keine weitere (erzwungene) Konvektion zum Temperieren der elektrischen Traktionsmaschine (und bevorzugt auch nicht weiterer Komponenten in dem Kühlsystem) und zum Abführen von Wärme aus der ersten Kühlflüssigkeit vorgesehen. Vielmehr ist dann der erste Wärmetauscher die einzige Einheit des Kühlsystems zum Wärmeübertragen, und zwar mit dem Wasserkreislauf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Puls-Wechsel-Richter in der (dritten) Umwälzrichtung des Wasserkreislaufs vor dem ersten Wärmetauscher angeordnet, sodass das Temperaturgefälle über dem Puls-Wechsel-Richter möglichst groß ist, während das Temperaturgefälle über dem ersten Wärmetauscher (aufgrund der meist sehr großen Wärmeleistung der elektrischen Traktionsmaschine) noch immer ausreichend ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zum Umkehren der (ersten) Umwälzrichtung ein Umkehrventil vorgesehen. In einer Ausführungsform verläuft die erste Kühlflüssigkeit dann durch einen separaten Umkehrkanal. Bevorzugt wird die gleiche Leitung für beide Richtungen verwendet.
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In der Hauptrichtung ist die Reihenfolge der Komponenten also (beginnend bei der ersten Umwälzpumpe):
- 1. die erste Umwälzpumpe;
- 2. der erste Wärmetauscher;
- 3. die elektrische Traktionsmaschine; und
- 4. der Ausgleichsbehälter.
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Dabei ist innerhalb der Hauptrichtung der Bypass-Abschnitt gemäß der obigen Beschreibung bevorzugt derart angeordnet, dass dieser einen Leitungsabschnitt des Kreisleitungssystems von der ersten Umwälzpumpe mit einem Leitungsabschnitt vor dem Ausgleichsbehälter verbindet. Und in der Nebenrichtung ist die Reihenfolge der Komponenten also:
- 1'. die erste Umwälzpumpe;
- 2'. der Ausgleichsbehälter;
- 3'. der erste Wärmetauscher; und
- 4'. die elektrische Traktionsmaschine.
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Es sei darauf hingewiesen, dass mögliche weitere Komponenten in dem Kühlsystem ebenfalls umgekehrt durchströmt werden oder nur einige oder ausschließlich die genannten drei Komponenten in der umgekehrten Reihenfolge durchströmt werden.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Thermo-Management-Moduls vorgeschlagen, dass der Wasserkreislauf zudem mit dem zweiten Wärmetauscher des Ölkreislaufs zum Wärmeübertragen, bevorzugt als einziges flüssigkeitsgebundenes Wärmeübertragen des Kühlsystems zur Umgebung, verbunden ist,
wobei bevorzugt in der dritten Umwälzrichtung des Wasserkreislaufs der erste Wärmetauscher vor dem zweiten Wärmetauscher angeordnet ist.
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Hier ist vorgeschlagen, dass der Ölkreislauf und der Wasserkreislauf miteinander wärme-gekoppelt sind, also der Wasserkreislauf mittels des (zweiten) Wärmetauschers zum Temperieren des Öls eingerichtet ist. In dem zweiten Wärmetauscher wird also, beispielsweise beim Kühlen des Getriebes, (technisch ohne Flüssigkeitsaustausch) die Wärme aus dem Öl in dem Ölkreislauf an das Wasser in dem Wasserkreislauf abgegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist keine weitere (erzwungene) Konvektion zum Temperieren des Getriebes (und bevorzugt auch nicht weiterer Komponenten in dem Ölkreislauf) und zum Abführen von Wärme aus dem Öl vorgesehen. Vielmehr ist dann der zweite Wärmetauscher die einzige Einheit des Ölkreislaufs zum Wärmeübertragen, und zwar mit dem Wasserkreislauf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Wärmetauscher in der (dritten) Umwälzrichtung des Wasserkreislaufs vor dem zweiten Wärmetauscher angeordnet, sodass das Temperaturgefälle über dem ersten Wärmetauscher möglichst groß ist, während das Temperaturgefälle über dem zweiten Wärmetauscher (aufgrund des meist im Vergleich zu einer elektrischen Traktionsmaschine höheren zulässigen Temperaturniveaus in einem Getriebe) noch immer ausreichend ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - zumindest eine elektrische Traktionsmaschine zum Bereitstellen eines Drehmoments;
- - zumindest ein Vortriebsrad zum Vortrieb des betreffenden Kraftfahrzeugs mittels eines Drehmoments der elektrischen Traktionsmaschine;
- - zumindest ein Getriebe zum Leiten eines Drehmoments zwischen der elektrischen Traktionsmaschine und zumindest einem der Vortriebsräder; und
- - ein Kühlsystem nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung für zumindest eine der elektrischen Traktionsmaschinen und/oder ein Thermo-Management-Modul nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung für zumindest eine der elektrischen Traktionsmaschinen, zumindest eines der Getriebe, sowie bevorzugt einen Puls-Wechsel-Richter für zumindest eine der elektrischen Traktionsmaschinen.
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Hier ist nun ein Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher zumindest eine elektrische Traktionsmaschine umfasst, mittels welcher ein Drehmoment erzeugbar ist. Das Drehmoment der jeweiligen elektrischen Traktionsmaschine ist über ein Getriebe an zumindest ein Vortriebsrad übertragbar. Das zumindest eine Vortriebsrad ist zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs eingerichtet. Das Temperieren der Komponenten des Antriebsstrangs wird von einem Kühlsystem oder einem Thermo-Management-Modul umfassend ein Kühlsystem nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt. Für den dritten Wärmetauscher wird bevorzugt die Luft der Umgebung genutzt, und zwar passiv mittels Fahrtwind und/oder aktiv mittels eines Ventilators.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend ein Chassis mit einer Transportzelle und einen Antriebsstrang nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs.
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Das Kraftfahrzeug ist zum Transport von zumindest einem Fahrgast und/oder Transportgütern vorgesehen und weist dazu eine Fahrgastzelle und/oder eine Cargo-Zelle auf. Das Kraftfahrzeug wird über das zumindest eine Vortriebsrad mittels des Drehmoments von zumindest einer der elektrischen Traktionsmaschinen angetrieben.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1 ein Thermo-Management-Modul in einem schematischen Schaltbild;
- 2 ein Kühlsystem in einer ersten räumlichen Ansicht;
- 3 das Kühlsystem gemäß 2 in einer zweiten räumlichen Ansicht; und
- 4 ein Kraftfahrzeug mit Thermo-Management-Modul in schematischer Draufsicht.
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In 1 ist ein Thermo-Management-Modul 28 in einem schematischen Schaltbild gezeigt, welches das Kühlsystem 1 gemäß 2 für eine elektrische Traktionsmaschine 2 umfasst. Ein erster Wärmetauscher 12 des Kühlsystems 1 ist hier zum Wärmeübertragen mit einem Wasserkreislauf 35 (hier nur ausschnittsweise gezeigt) eingerichtet, sodass also die Kühlflüssigkeit 5 des Kreisleitungssystems 4 des Kühlsystems 1 und das Wasser (-Gemisch) des Wasserkreislaufs 35 miteinander im Wärmeaustausch stehen. Ein zweiter Wärmetauscher 34 eines Ölkreislaufs 31 für ein Getriebe 30 ist hier ebenfalls zum Wärmeübertragen mit dem Wasserkreislauf 35 (hier nur ausschnittsweise gezeigt) eingerichtet, sodass also das Öl des Ölkreislaufs 31 und das Wasser (-Gemisch) des Wasserkreislaufs 35 miteinander im Wärmeaustausch stehen.
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In dem Wasserkreislauf 35 ist hier ein Puls-Wechsel-Richter 38 für die in dem Kühlsystem 1 zu temperierende elektrische Traktionsmaschine 2 angeordnet, und zwar in der (dritten) Umwälzrichtung 36 des Wasserkreislaufs 35 vor dem ersten Wärmetauscher 12 des Kühlsystems 1 mit der (ersten) Kühlflüssigkeit 5. Zudem ist der zweite Wärmetauscher 34 in der dritten Umwälzrichtung 36 hinter dem ersten Wärmetauscher 12 angeordnet.
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In dem Ölkreislauf 31 ist in der (zweiten) Umwälzrichtung 33 hinter dem zweiten Wärmetauscher 34 ein Getriebe 30 und eine Getriebekomponente 43 angeordnet, welche hier zueinander parallel geschaltet sind. Nachfolgend ist ein Ölsumpf 44, daraufhin ein Grobfilter 45 und (darstellungsgemäß) zum Schluss eine zweite Umwälzpumpe 46 in dem Ölkreislauf 31 angeordnet. Die zweite Umwälzpumpe 46 ist hier (rein optional) als Tandempumpe mit einer ersten Umwälzpumpe 6 des Kühlsystems 1 mit der ersten Kühlflüssigkeit 5 ausgeführt.
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Das Kühlsystem 1 umfasst ein Kreisleitungssystem 4, in welchem in (erster) Umwälzrichtung 32 die folgenden Komponenten angeordnet sind:
- 1. die erste Umwälzpumpe 6;
- 2. der erste Wärmetauscher 12;
- 3. ein rein optionaler (ÖI-) Filter 26;
- 4. die elektrische Traktionsmaschine 2, welche über einen Motoreingangsanschluss 8 und einen Motorausgangsanschluss 9 beströmt ist; und
- 5. ein Ausgleichsbehälter 47.
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Der Ausgleichsbehälter 47 ist zu einem Teil mit der ersten Kühlflüssigkeit 5 und zum anderen Teil mit einem Gas 48 gefüllt und somit ein aus einem temperaturbedingten Volumenanstieg resultierender Druckanstieg mittels des Volumenausgleichsbehälters 49 (hier nicht dargestellt) und dem darin enthaltenen komprimierbaren Gases 48 ausgleichbar oder zumindest abgemildert.Alternativ ist der Ausgleichsbehälter 47 zum Austauschen mit Luft aus der Umgebung 39 eingerichtet. Diese ausgetauschte Luft ist mit entsprechenden Filtern ganz oder teilweise von Bestandteilen des Kühlmittels, Luftfeuchtigkeit oder Verschmutzungen befreibar. Es sei darauf hingewiesen, dass in der gezeigten Ausführungsform des Thermo-Management-Moduls 28 von dem Kühlsystem 1 und dem Ölkreislauf 31 kein Wärmetauscher zur Wärmeübertragung mit der Umgebung 39 vorgesehen ist. Vielmehr sind der erste Wärmetauscher 12 und der zweite Wärmetauscher 34 mit dem Wasserkreislauf 35 gekoppelt.
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Die elektrische Traktionsmaschine 2 ist hier mit (rein optionalen) Entlüftungsleitungen 16,17, Hauptleitungen 14,15 und einer Bypass-Leitung 18 ausgestattet. Die elektrische Traktionsmaschine 2 ist hier mit einem ersten Wickelkopfbereich 10 (darstellungsgemäß am rechten Ende) einem Statorblechpaket 50 (bevorzugt mit Kühlnuten 13 wie in 2 und 3 gezeigt) und einem zweiten Wickelkopfbereich 11 (darstellungsgemäß am linken Ende) ausdetailliert, wobei die Bezeichnung als erster Wickelkopfbereich 10 und zweiter Wickelkopfbereich 11 einzig gemäß der Durchflussreihenfolge in der ersten Umwälzrichtung 32 ohne Berücksichtigung der Bypass-Leitung 18 gewählt ist. Vorteilhafte Ausführungsformen der Entlüftungsleitungen 16,17, der Hauptleitungen 14,15 und der Bypass-Leitung 18 sind in den nachfolgenden 2 und 3 genauer gezeigt und erläutert. Rein optional ist hinter der elektrischen Traktionsmaschine 2 ein Temperatursensor 51 zum Erfassen der Temperatur der ersten Kühlflüssigkeit 5 in dem Kreisleitungssystem 4 des Kühlsystems 1 vorgesehen.
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Unmittelbar hinter dem ersten Wärmetauscher 12 ist eine Bypass-Leitung 18 über einen ersten Anschluss 19 abgezweigt, welche unmittelbar über den zweiten Anschluss 20 mit dem zweiten Wickelkopfbereich 11 der elektrischen Traktionsmaschine 2 fluidisch verbunden ist. Hier ist (gestrichelt) ein rein optionaler dritter Anschluss 21 gezeigt, über welchen alternativ oder zusätzlich die Bypass-Leitung 18 versorgt ist.
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Weiterhin ist (gestrichelt) eine rein optionale zweite Entlüftungsleitung 17 zwischen den beiden Wickelkopfbereichen 10,11 gezeigt, welche separat von einer Durchströmung des Statorblechpakets 50 gebildet ist. Die zweite Entlüftungsleitung 17 ist bevorzugt an der jeweils höchsten, zumindest bei dem ersten Wickelkopfbereich 10 an der höchsten (zweiten) Stelle 24 angebunden (vergleiche 2), wobei bevorzugt die zweite Entlüftungsleitung 17 in der normalen Ausrichtung einer Anwendung des Thermo-Management-Moduls 28 im Erdschwerefeld 22 ohne Erhebung oder Vertiefung mit Ausdehnung parallel zu dem Erdschwerefeld 22 ausgeführt ist, also bevorzugt keine hydraulischen Hinterschnitte gebildet sind.
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Vor dem ersten Wickelkopfbereich 10 (und rein optional hinter dem (Öl-) Filter 26) ist eine Aufzweigung vorgesehen, wobei eine (rein optionale zweite) Hauptleitung 15 unmittelbar mit dem ersten Wickelkopfbereich 10 verbunden ist und eine (rein optionale erste) Hauptleitung 14 über ein AC-Gehäuse 7 und erst danach in den ersten Wickelkopfbereich 10 geleitet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform ausschließlich eine erste Hauptleitung 14, also die Traktionsmaschine 2 einzig über das AC-Gehäuse 7 mit (der ersten) Kühlflüssigkeit 5 versorgt ist, und in einer alternativen Ausführungsform ausschließlich eine zweite Hauptleitung 15 gemäß dieser Bezeichnung vorgesehen ist. In einer Ausführungsform mit sowohl einer ersten Hauptleitung 14 als auch einer zweiten Hauptleitung 15 ist bevorzugt die erste Hauptleitung 14 mit einem größeren Volumenstrom beschickbar als die zweite Hauptleitung 15, bevorzugt der (erste) Volumenstrom der ersten Hauptleitung 14 (etwa) doppelt so groß oder mehr als der (zweite) Volumenstrom der zweiten Hauptleitung 15. In einer Ausführungsform ist ein Verhältnis der Volumenströme der Hauptleitungen 14,15 veränderbar, beispielsweise zumindest eine der Hauptleitungen 14,15 verschließbar und/oder der zugehörige Volumenstrom regelbar.
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In 2 ist ein Kühlsystem 1 in einer räumlichen Ansicht gezeigt, wobei die Komponenten hier durchsichtig (mit gestrichelter Linie) und die Auskleidung des Kreisleitungssystems 4 mit Volllinie gezeigt ist. Rein funktional wird auf das Kühlsystem 1 im Schaltbild gemäß 1 verwiesen, wobei hier ohne Ausschluss der Allgemeinheit lediglich eine mögliche Ausführungsform eines Kühlsystems 1 gemäß dem zuvor beschriebenen Schaltbild dargestellt ist.
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Zentral ist die elektrische Traktionsmaschine 2 zu erkennen beziehungsweise die Umhausung, welche eine Kühlung für den ersten Wickelkopfbereich 10 (darstellungsgemäß rechts) und für den zweiten Wickelkopfbereich 11 sowie eine Mehrzahl von Kühlnuten 13 umfasst.
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Räumlich hinter der Traktionsmaschine 2 ist eine Leistungselektronik, umfassend zumindest einen Puls-Wechsel-Richter 38, und links der Traktionsmaschine 2 ist ein (rein optionaler) Volumenausgleichsbehälter 49 angedeutet, wobei der Volumenausgleichsbehälter 49 (für die erste Kühlflüssigkeit 5 als Sackgasse) an den Ausgleichsbehälter 47 angeschlossen ist. Der Volumenausgleichsbehälter 49 ist zum Ausgleichen von Volumenschwankungen infolge von Druckschwankungen und/oder Gaseinschlüssen eingerichtet und zur Umgebung 39 offen oder geschlossen ausgeführt.
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Links ist als L-förmiges Gebilde ein Ausgleichsbehälter 47 in einer vorteilhaften Ausführungsform gezeigt, welcher unmittelbar an den Motorausgangsanschluss 9 bei dem zweiten Wickelkopfbereich 11 angeschlossen ist und über eine (erste) Umwälzpumpe 6 mit dem (ersten) Wärmetauscher 12 verbunden ist. Der Wärmetauscher 12 wiederum ist über einen (rein optionalen) (ÖI-) Filter 26 und eine danach geschaltete zweite Hauptleitung 15 mit dem ersten Wickelkopfbereich 10 fluidisch verbunden.
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Abzweigend von der zweiten Hauptleitung 15 (und hier damit hinter dem (Öl-) Filter 26) ist eine erste Hauptleitung 14 zu erkennen, welche (hier rein optional bei der höchsten) Stelle 23 des AC-Gehäuses 7 mit diesem fluidisch verbunden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass hier nicht gemeint ist, dass die erste Hauptleitung 14 der zweiten Hauptleitung 15 nachrangig ist oder zwangsläufig mit einem geringeren Volumenstrom beschickt ist. Das AC-Gehäuse 7 ist wiederum über (hier eine Mehrzahl von) Verbindungsleitungen 27 mit dem ersten Wickelkopfbereich 10 fluidisch verbunden. Weiterhin ist hier aber auch noch eine separate (erste) Entlüftungsleitung 16 vorgesehen, welche mit der höchsten (ersten) Stelle 23 des AC-Gehäuses 7 und der höchsten (zweiten) Stelle 24 des ersten Wickelkopfbereichs 10 fluidisch verbunden ist. Diese ist, wie der Name sagt, zum Abführen von Gaseinschlüssen aus dem AC-Gehäuse 7 eingerichtet. Die Kühlflüssigkeit 5, welche über die Verbindungsleitungen 27 geleitet wird, ist damit mit hoher Wahrscheinlichkeit gasfrei beziehungsweise eine mitgeförderte Gasmenge ist vernachlässigbar.
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Zwischen dem ersten Wickelkopfbereich 10 und dem zweiten Wickelkopfbereich 11 ist parallel zu den Kühlnuten 13 eine separate zweite Entlüftungsleitung 17 vorgesehen, mittels welcher die höchste (zweite) Stelle 24 des ersten Wickelkopfbereichs 10 und die höchste (dritte) Stelle 25 des zweiten Wickelkopfbereichs 11 fluidisch miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind diese höchsten Stellen 23,24,25 alle auf einer Höhe angeordnet, wenn sich das Kühlsystem 1 in einer normalen Ausrichtung im Erdschwerefeld 22 befindet. Die Kühlnuten 13 sind bevorzugt in unmittelbarem Kontakt mit dem Statorblechpaket 50 und/oder der Statorwicklung (beides hier nicht dargestellt), beispielsweise indem diese als Aussparungen, bevorzugt unmittelbar in den Nuten für eine Statorwicklung, vorgesehen sind. In einer Ausführungsform sind die Kühlnuten 13 im Zwischenraum in den Statornuten und der Wicklung, beispielsweise ausgeführt als sogenannte Hair-Pins, (und optional Isolationspapier in den Statornuten) gebildet.
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In 3 ist das Kühlsystem 1 gemäß 2 in einer zweiten räumlichen Ansicht gezeigt, wobei hier eine (rein optional vorgesehene) Bypass-Leitung 18 zu erkennen ist. Im Übrigen wird ohne Ausschluss der Allgemeinheit rein der Übersichtlichkeit halber auf die Beschreibung zur 2 verwiesen.
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Über einen ersten Anschluss 19 ist die Bypass-Leitung 18 (hier ausschließlich) in Umwälzrichtung 32 vor dem (ÖI-) Filter 26 und hinter dem ersten Wärmetauscher 12 abgezweigt. Über den zweiten Anschluss 20 ist die Bypass-Leitung 18 mit dem zweiten Wickelkopfbereich 11 fluidisch verbunden. Die übrigen Leitungen (also die erste Hauptleitung 14, die zweite Hauptleitung 15 und die Kühlnuten 13) sind damit überbrückt und eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Wärmetauscher 12 und dem zweiten Wickelkopfbereich 11 geschaffen und somit der zweite Wickelkopfbereich 11 mit der Kühlflüssigkeit 5 mit im Kühlfall geringerer Temperatur versorgt, als wenn der zweite Wickelkopfbereich 11 in der Umwälzrichtung 32 dem zweiten Wickelkopfbereich 11 (und gegebenenfalls dem AC-Gehäuse 7) sowie dem Statorblechpaket 50 ausschließlich nachgeschaltet ist.
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In 4 ist ein Kraftfahrzeug 3 mit Thermo-Management-Modul 28 in schematischer Draufsicht mit einem Antriebsstrang 29 gezeigt. Das Kraftfahrzeug 3 weist etwa mittig seines Chassis 41 eine Transportzelle 42, beispielsweise eine Fahrgastzelle, auf und seitlich seines Chassis 41 vier Vortriebsräder 40 zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs 3. Vorne ist eine (hier rein optional koaxiale) elektrische Traktionsmaschine 2 und hinten eine weitere (hier rein optional achs-parallel angeordnete) elektrische Traktionsmaschine 2, sowie hinten ein Getriebe 30 und ein Differential 52 umfasst, wobei bevorzugt das Differential 52 in den Ölkreislauf 31 eingebunden ist (hier nicht dargestellt). Sowohl für die vordere als auch für die hintere elektrische Traktionsmaschine 2 ist jeweils ein Puls-Wechsel-Richter 38 vorgesehen. Ein Wasserkreislauf 35 ist zum Temperieren der Puls-Wechsel-Richter 38 und der ersten Wärmetauscher 12 und des zweiten Wärmetauschers 34 eingerichtet, wobei die Wärme des Wasserkreislaufs 35 über einen dritten Wärmetauscher 37 (hier mit Ventilator dargestellt) an die Umgebung 39 abführbar ist. Die hinführende Leitung ist hier jeweils mit durchgezogener und die rückführende Leitung jeweils in strichpunktierter Linie dargestellt, sodass die (dritte) Umwälzrichtung 36 des Wasserkreislaufs 35 in der Darstellung gegen den Uhrzeigersinn verläuft. Ebenso ist dies bei dem Kühlsystem 1 an den elektrischen Traktionsmaschinen 2 und in dem Ölkreislauf 31 so dargestellt. Beispielsweise sind die Kühlsysteme 1, der Ölkreislauf 31 und der Wasserkreislauf 35 wie (zumindest ausschnittsweise) in 2 und 3 beziehungsweise 1 ausgeführt. Weiterhin ist hier ein Prozessor 53 angedeutet, mittels welchem die notwendige Steuerung und/oder Regelung von den gezeigten (und gegebenenfalls weiteren) Komponenten ausführbar ist. Der Prozessor 53 ist beispielsweise als CPU ausgeführt und/oder Teil eines Bordcomputers des Kraftfahrzeugs 3. Hier ist rein optional (beispielsweise in einem Träger und/oder Schweller) ein beispielsweise zur Umgebung 39 geschlossener Volumenausgleichsbehälter 49 vorgesehen.
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Mit der hier vorgeschlagenen ersten Hauptleitung ist ein Wechselstrom-Anschluss effizient kühlbar in ein Kühlsystem für eine elektrische Traktionsmaschine eingebunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlsystem
- 2
- Traktionsmaschine
- 3
- Kraftfahrzeug
- 4
- Kreisleitungssystem
- 5
- erste Kühlflüssigkeit
- 6
- erste Umwälzpumpe
- 7
- AC-Gehäuse
- 8
- Motoreingangsanschluss
- 9
- Motorausgangsanschluss
- 10
- erster Wickelkopfbereich
- 11
- zweiter Wickelkopfbereich
- 12
- erster Wärmetauscher
- 13
- Kühlnut
- 14
- erste Hauptleitung
- 15
- zweite Hauptleitung
- 16
- erste Entlüftungsleitung
- 17
- zweite Entlüftungsleitung
- 18
- Bypass-Leitung
- 19
- erster Anschluss der Bypass-Leitung
- 20
- zweiter Anschluss der Bypass-Leitung
- 21
- dritter Anschluss der Bypass-Leitung
- 22
- Erdschwerefeld
- 23
- höchste Stelle des AC-Gehäuses
- 24
- höchste Stelle des ersten Wickelkopfbereichs
- 25
- höchste Stelle des zweiten Wickelkopfbereichs
- 26
- Öl-Filter
- 27
- Verbindungsleitung
- 28
- Thermo-Management-Modul
- 29
- Antriebsstrang
- 30
- Getriebe
- 31
- Ölkreislauf
- 32
- erste Umwälzrichtung
- 33
- zweite Umwälzrichtung
- 34
- zweiter Wärmetauscher
- 35
- Wasserkreislauf
- 36
- dritte Umwälzrichtung
- 37
- dritter Wärmetauscher
- 38
- Puls-Wechsel-Richter
- 39
- Umgebung
- 40
- Vortriebsrad
- 41
- Chassis
- 42
- Transportzelle
- 43
- Getriebekomponente
- 44
- Ölsumpf
- 45
- Grobfilter
- 46
- zweite Umwälzpumpe
- 47
- Ausgleichsbehälter
- 48
- Gas
- 49
- Volumenausgleichsbehälter
- 50
- Statorblechpaket
- 51
- Temperatursensor
- 52
- Differential
- 53
- Prozessor
