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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine durch eine in einem ersten Invertergehäuse aufgenommene erste Leistungselektronik bestrombare, in einem ersten Motorgehäuse aufgenommene erste elektrische Maschine mit einer ersten Rotationsachse eines ersten Rotors, und eine durch eine in einem zweiten Invertergehäuse aufgenommene zweite Leistungselektronik bestrombare, in einem zweiten Motorgehäuse aufgenommene zweite elektrische Maschine mit einer zweiten Rotationsachse eines zweiten Rotors, wobei die erste Rotationsachse der ersten elektrische Maschine und die zweite Rotationsachse der zweiten elektrische Maschine koaxial zueinander angeordnet sind und das erste Invertergehäuse radial beabstandet zur ersten Rotationsachse an dem ersten Motorgehäuse angeordnet ist sowie das zweite Invertergehäuse radial beabstandet zur zweiten Rotationsachse an dem zweiten Motorgehäuse angeordnet ist.
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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.
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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, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. 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 Kegelraddifferenzial 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 betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
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Zunehmend werden in derartigen E-Achsen auch Axialflussmaschinen eingesetzt. Eine Axialflussmaschine bezeichnet eine dynamoelektrische Maschine, bei der der magnetische Fluss zwischen Rotor und Stator parallel zur Drehachse des Rotors verläuft. Häufig sind sowohl Stator als auch Rotor weitgehend scheibenförmig ausgebildet. Axialflussmaschinen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn der axial zur Verfügung stehende Bauraum in einem gegebenen Anwendungsfall begrenzt ist. Dies ist beispielsweise vielfach beiden eingangs beschriebenen elektrischen Antriebsystemen für Elektrofahrzeuge der Fall. Neben der verkürzten axialen Baulänge liegt ein weiterer Vorteil der Axialflussmaschine in ihrer vergleichsweisen hohen Drehmomentdichte. Ursächlich hierfür ist die im Vergleich zu Radialflussmaschinen größere Luftspaltfläche, die bei einem gegebenen Bauraum zur Verfügung steht. Ferner ist auch ein geringeres Eisenvolumen im Vergleich zu konventionellen Maschinen notwendig, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt.
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Bei der Entwicklung der für E-Achsen 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.
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Derartige elektrische Axialfluss-, wie auch Radialflussmaschinen - werden üblicherweise mit einem Leistungselektronik-Modul bestromt, das auch als Inverter bezeichnet wird. Aufgrund der oben bereits geschilderten immer höheren Leistungsanforderungen und Leistungsdichten an die elektrischen Maschinen für automobile Antriebsstränge und damit auch für die Inverter, muss deren thermischer Haushalt genaustens überwacht und gesteuert werden. Die Stromschienen transportieren dabei die Wärme von extern (also von außerhalb des Inverters) als auch innerhalb des Inverters zwischen den elektrischen Leistungskomponenten. Um kritische Komponenten vor einer Überhitzung zu schützen, ist es grundsätzlich bekannt, diese, wie die elektrische Maschine, mit einem Kühlfluid zu kühlen.
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Hierbei besteht ein anhaltendes Bedürfnis, den Inverter und die elektrische Maschine möglichst kompakt auszuführen und fertigungs- bzw. montagetechnisch besonders vorteilhaft auszubilden.
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Es ist ferner aus dem Stand der Technik bekannt, zwei elektrische Maschinen für eine Achse eines Fahrzeugs bereitzustellen, so dass jedes Rad der entsprechenden Fahrzeugachse durch eine ihm zugeordnete, separate elektrische Maschine antreibbar ist. Derartige Antriebskonzepte können auch zu einer Baueinheit zusammengefasst werden, wobei diese Baueinheiten dann auch gelegentlich als Dual Drive bezeichnet werden. Auch hier besteht ein anhaltendes Bedürfnis, derartige Antriebskonzepte kostengünstig und montagefreundlich auszugestalten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Achsantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit zwei elektrischen Maschinen bereitzustellen, dessen Invertergehäuse kostengünstig herstellbar und besonders montagefreundlich ausgestaltet sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine durch eine in einem ersten Invertergehäuse aufgenommene erste Leistungselektronik bestrombare, in einem ersten Motorgehäuse aufgenommene erste elektrische Maschine mit einer ersten Rotationsachse eines ersten Rotors, und eine durch eine in einem zweiten Invertergehäuse aufgenommene zweite Leistungselektronik bestrombare, in einem zweiten Motorgehäuse aufgenommene zweite elektrische Maschine mit einer zweiten Rotationsachse eines zweiten Rotors, wobei die erste Rotationsachse der ersten elektrische Maschine und die zweite Rotationsachse der zweiten elektrische Maschine koaxial zueinander angeordnet sind und das erste Invertergehäuse radial beabstandet zur ersten Rotationsachse an dem ersten Motorgehäuse angeordnet ist sowie das zweite Invertergehäuse radial beabstandet zur zweiten Rotationsachse an dem zweiten Motorgehäuse angeordnet ist, wobei das erste Invertergehäuse und das zweite Invertergehäuse punktsymmetrisch zu einem in einer orthogonal zur ersten Rotationsachse verlaufenden Symmetrieebene befindlichen Symmetriepunkt SP ausgerichtet und im Wesentlichen gleichteilig ausgeformt sind, wobei das erste Invertergehäuse ein urgeformtes erstes Gehäuseteil und das zweite Invertergehäuse ein urgeformtes zweites Gehäuseteil aufweisen, wobei das erste urgeformte Gehäuseteil des ersten Invertergehäuses eine erste Kühlmitteldurchflussstelle, eine zweite Kühlmitteldurchflussstelle, eine dritte Kühlmitteldurchflussstelle sowie eine vierte Kühlmitteldurchflussstelle aufweist und das zweite urgeformte Gehäuseteil des zweiten Invertergehäuses eine erste Kühlmitteldurchflussstelle, eine zweite Kühlmitteldurchflussstelle, eine dritte Kühlmitteldurchflussstelle sowie eine vierte Kühlmitteldurchflussstelle aufweist, wobei die erste Kühlmitteldurchflussstelle des ersten Invertergehäuses als ein von einem erstem Kühlfluid durchströmbare erste Kühlmitteldurchflussöffnung durch das erste Invertergehäuse und die dritte Kühlmitteldurchflussstelle des ersten Invertergehäuses als ein von dem ersten Kühlfluid durchströmbare zweite Kühlmitteldurchflussöffnung konfiguriert sind, während die zweite Kühlmitteldurchflussstelle des ersten Invertergehäuses und die vierte Kühlmitteldurchflussstelle des ersten Invertergehäuses jeweils durch einen monolithisch mit dem urgeformten ersten Gehäuseteil ausgebildeten Verschluss verschlossen sind, und die zweite Kühlmitteldurchflussstelle des zweiten Invertergehäuses als eine von einem zweiten Kühlfluid durchströmbare zweite Kühlmitteldurchflussöffnung durch das zweite Invertergehäuse und die vierte Kühlmitteldurchflussstelle des zweiten Invertergehäuses als eine von dem zweiten Kühlfluid durchströmbare zweite Kühlmitteldurchflussöffnung konfiguriert sind, während die erste Kühlmitteldurchflussstelle des zweiten Invertergehäuses und die dritte Kühlmitteldurchflussstelle des zweiten Invertergehäuses jeweils durch einen monolithisch mit dem urgeformten zweiten Gehäuseteil ausgebildeten Verschluss verschlossen sind.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass bei dem erfindungsgemäßen Achsantriebsstrang nicht zwei verschiedene Gehäusevarianten der Invertergehäuse durch zwei unterschiedlich urgeformte Gehäuseteile bereitgestellt werden müssen, sondern zur Kontaktierung der Kühlanschlüsse Kühlmitteldurchflussstellen in gleichteiligen Gehäuseteilen vorgesehen sind. Diese sind nach dem Urformen mit einem monolithisch mit dem Gehäuseteil ausgebildeten Verschluss versehen, so dass alle Kühlmitteldurchflussstellen nach dem Urformen zunächst verschlossen sind. Nach dem Urformen werden dann lediglich die entsprechenden Verschlüsse entfernt und die entsprechenden Kühlmitteldurchflussöffnungen gebildet.
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Diese Flexibilität in der Anordnung der Kühlmitteldurchflussöffnungen ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die beiden Invertergehäuse eines erfindungsgemäßen Achsantriebsstrangs „Stirn an Stirn“ angeordnet werden. Die Kühlmitteldurchflussöffnungen können dann häufig bauraumbedingt nur aus einer Richtung mit einem Kühlkreislauf gekoppelt werden. Ferner ist der Anschluss aller Kühlleitungen an die Invertergehäuse aus einer Richtung wesentlich montagefreundlicher, als wenn diese aus unterschiedlichen Richtungen mit den Invertergehäusen verbunden werden müssen.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Ein erfindungsgemäß elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang umfasst eine erste und eine zweite elektrische Maschine und bevorzugt jeweils eine mit einer der elektrischen Maschinen gekoppelte Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnungen und die elektrischen Maschinen bilden bevorzugt eine bauliche Einheit. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnungen und die elektrische Maschinen gemeinsam aufgenommen sind.
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Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrischen Maschinen jeweils ein Motorgehäuse und/oder die Getriebe jeweils ein Getriebegehäuse besitzen, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des jeweiligen Getriebes gegenüber der ihm zugeordneten elektrischen Maschine bewirkbar ist.
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Die Getriebeanordnungen sind insbesondere mit den elektrischen Maschinen koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet sind. Bei einem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird. Bevorzugt sind die Getriebeanordnungen jeweils als ein Planetengetriebe ausgebildet, ganz besonders bevorzugt als schaltbare, insbesondere zweigängige Planetengetriebe.
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Die Motorgehäuse umhausen bevorzugt jeweils eine der elektrischen Maschinen. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für eine elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt ein Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.
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Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann ein Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Aluminiumdruckguss, Magnesiumdruckguss, Grauguss oder Stahlguss geformt sein.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass ein Getriebegehäuse und ein Motorgehäuse abschnittsweise oder vollständig einstückig, insbesondere monolithisch, ausgebildet sind. Ferner ist es möglich, um beispielsweise eine besonders hohe System integration zu realisieren, dass ein Teil des Getriebegehäuses als Teil eines Motorgehäuses und/oder ein Teil des Motorgehäuses als Teil des Getriebegehäuses ausgeformt sind/ist.
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Eine elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil.
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Eine elektrische Maschine des erfindungsgemäßen Achsantriebsstrangs kann als Radialflussmaschine oder Axialflussmaschine ausgebildet sein. Bevorzugt sind beide elektrische Maschinen als Axialflussmaschine ausgebildet. Der magnetische Fluss in einer elektrischen Axialflussmaschine (AFM) ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial zu einer Rotationsrichtung des Rotors der Axialflussmaschine gerichtet. Es gibt unterschiedliche Typen von Axialflussmaschinen. Ein bekannter Typ ist eine sogenannte I-Anordnung, bei der der Rotor axial neben einem Stator oder zwischen zwei Statoren angeordnet ist. Ein anderer bekannter Typ ist eine sogenannte H-Anordnung, bei der zwei Rotoren auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines Stators angeordnet sind. Eine elektrische Axialflussmaschine ist bevorzugt als I-Typ konfiguriert.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl von Rotor-Stator-Konfigurationen als I-Typ und/oder H-Typ axial nebeneinander angeordnet sind. Auch wäre es in diesem Zusammenhang möglich, sowohl eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des I-Typs sowie eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des H-Typs in axialer Richtung nebeneinander anzuordnen. Insbesondere ist es auch zu bevorzugen, dass die Rotor-Stator-Konfiguration des H-Typs und/oder des I-Typs jeweils im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, so dass diese modulartig zu einer Gesamtkonfiguration zusammengefügt werden können. Derartige Rotor-Stator-Konfigurationen können insbesondere koaxial zueinander angeordnet sein sowie mit einer gemeinsamen Rotorwelle oder mit mehrere Rotorwellen verbunden sein.
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Insbesondere ist eine 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.
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Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
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Eine elektrische Maschine kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen. Eine Steuereinrichtung, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, dient insbesondere der elektronischen Steuerung und/oder Reglung eines oder mehrerer technischer Systeme einer der elektrischen Maschinen.
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Eine Steuereinrichtung weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Steuereinrichtung ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen.
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Innerhalb der Steuereinrichtung können Steuerungsoperationen und/oder Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinrichtung eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung wenigstens einen elektronischen Prozessor zur Ausführung von in einer Software definierten Programmabläufen.
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Die Steuereinrichtung kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Steuereinrichtung übermittelten Signalen enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinrichtung einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.
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Eine Steuereinrichtung 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.
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Ganz besonders bevorzugt besitzt die Steuereinrichtung wenigstens einen Prozessor und wenigstens einen Speicher, der insbesondere einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinrichtung zur Ausführung des Computerprogrammcodes zu veranlassen.
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Die Steuereinheit kann besonders bevorzugt wenigstens eine Leistungselektronik zur Bestromung des Stators oder Rotors umfassen.
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Eine Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an eine der elektrischen Maschinen steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält eine Leistungselektronik bzw. ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist eine Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln.
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Eine Leistungselektronik ist ein einem Invertergehäuse aufgenommen. Ein Invertergehäuse kann bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt sein. Besonders bevorzugt besitzt ein Invertergehäuse eine topfartige Raumform, wobei das Invertergehäuse dann von einem entsprechenden Deckel verschlossen werden kann. Ein Invertergehäuse kann auch Bestandteil des Motorgehäuses sein oder umgekehrt. Dies bedeutet, dass ein Invertergehäuse ganz oder teilweise einstückig, insbesondere monolithisch, mit einem Motorgehäuse ausgebildet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil topfartig mit jeweils einem sich in radialer Richtung aus einem Gehäuseboden erstreckenden Gehäusemantel ausgeformt sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass diese besonders günstig mittel Urformverfahren herstellbar ist.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Gehäusemäntel jeweils einen sich in Axialrichtung der ersten Rotationsachse erstreckenden ersten Wandabschnitt und einen sich in Axialrichtung der ersten Rotationsachse erstreckenden zweiten Wandabschnitt aufweisen, wobei die Kühlmitteldurchflussstellen an dem ersten Wandabschnitt und dem zweiten Wandabschnitt ausgebildet sind, wobei die Kühlmitteldurchflussöffnungen auf einer gleichen, achsparallel zur ersten Rotationsachse verlaufenden Seite des Achsantriebsstrangs liegen.
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Es kann hierdurch eine besonders montagefreundliche Ausführung des Achsantriebsstrangs realisiert werden.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das erste Kühlfluid und das zweite Kühlfluid identisch sind. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass das Kühlfluid aus einem gemeinsamen Kühlmittelreservoir, dass beispielsweise bereits im Fahrzeug vorhanden ist, den Invertergehäusen zugeführt werden kann.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Kühlmitteldurchflussöffnungen, des ersten Gehäuseteils an einen ersten Kühlkreislauf und die Kühlmitteldurchflussöffnungen, des zweiten Gehäuseteils an einen zweiten Kühlkreislauf angebunden sind. Hierdurch lässt sich jede Leistungselektronik separat kühlen, was eine besonders gute lastabhängige Kühlung der beiden Leistungselektroniken unterstützt.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass eine der Kühlmitteldurchflussöffnungen, des ersten Gehäuseteils und eine der Kühlmitteldurchflussöffnungen, des zweiten Gehäuseteils fluidisch miteinander verbunden sind, so dass Kühlfluid, aus dem ersten Invertergehäuse in das zweite Invertergehäuse und/oder umgekehrt strömen kann. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass beide Leistungselektroniken über einen gemeinsamen Kühlkreislauf gekühlt werden können, was in der Regel kostengünstiger ist, als zwei separate Kühlkreisläufe vorzusehen.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die erste Leistungselektronik und die zweite Leistungselektronik im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind, was durch die damit verbundene hohe Gleichteiligkeit zu einer besonders kostengünstigen Ausführung der Leistungselektroniken beiträgt.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das erste Motorgehäuse und das zweite Motorgehäuse im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind und/oder die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind, was ebenfalls durch die entsprechende Gleichteiligkeit zu weiteren Kostenvorteilen führen kann.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil mittels eines Metallgussverfahrens geformt wurden, was sich im Zusammenhang mit der Erfindung als besonders günstig erwiesen hat.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Kühlmitteldurchflussöffnungen des ersten Gehäuseteils durch ein Entfernen der Verschlüsse und die Kühlmitteldurchflussöffnungen des zweiten Gehäuseteils durch ein Entfernen der Verschlüsse jeweils mittels eines spanenden Verfahrens, insbesondere mittels Fräsen, gebildet wurden. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt, ist insbesondere, dass die urgeformten Gehäuseteile in der Regel spanend nachbearbeitet werden müssen um beispielsweise eine vorgegebene Maßhaltigkeit bzw. Toleranzgenauigkeit an gewissen Stellen der Gehäusebauteile einhalten zu können. Von daher kann dann beispielsweise ein Gehäusebauteil im aufgespannten Zustand in einer CNC-Fräsmaschine so spanend bearbeitet werden, dass auch an den entsprechenden Stellen die Verschlüsse aus den Gehäusebauteilen entfernt werden. Hierzu sind dann zwei verschiedene Bearbeitungsprogramme notwendig, um die Verschlüsse an verschiedenen Stellen der beiden Gehäusebauteile zu entfernen. Dies ist softwaretechnisch jedoch leicht umzusetzen, wobei dann beide durch die spanende Bearbeitung gebildeten Gehäusevarianten aus einer gemeinsam urgeformten Ausgangsvariante der Gehäusebauteile hervorgehen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Achsantriebsstrang n einer schematischen Blockschaltansicht,
- 2 einen elektrischen Achsantriebsstrang in einer Axialschnittdarstellung,
- 3 eine erste Ausführungsform eines Achsantriebsstrangs in einer Aufsicht,
- 4 eine zweite Ausführungsform eines Achsantriebsstrangs in einer Aufsicht,
- 5 eine Detailansicht auf die Kühlmitteldurchflussöffnungen des ersten Wandabschnitts des ersten Gehäuseteils in einer perspektivischen Darstellung,
- 6 eine Detailansicht auf die verschlossenen Kühlmitteldurchflussstellen des zweiten Wandabschnitts des ersten Gehäuseteils in einer perspektivischen Darstellung.
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Die 1 zeigt einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 für ein Kraftfahrzeug 2, wie er exemplarisch in der 1 skizziert ist. Die beiden elektrischen Maschinen 6,12 sind hierbei zu einer baulichen Einheit zusammengefasst, wobei jede der elektrischen Maschinen 6,12 eines der Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs 2 antreibt.
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Der Achsantriebsstrang 1 umfasst eine durch eine in einem ersten Invertergehäuse 3 aufgenommene erste Leistungselektronik 4 bestrombare, in einem ersten Motorgehäuse 5 aufgenommene erste elektrische Maschine 6 mit einer ersten Rotationsachse 7 eines ersten Rotors 8, was sich auch gut anhand der Darstellung der 2 nachvollziehen lässt.
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Ferner besitzt der Achsantriebsstrang 1 eine durch eine in einem zweiten Invertergehäuse 9 aufgenommene zweite Leistungselektronik 10 bestrombare, in einem zweiten Motorgehäuse 11 aufgenommene zweite elektrische Maschine 12 mit einer zweiten Rotationsachse 13 eines zweiten Rotors 14.
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Die erste Rotationsachse 7 der ersten elektrische Maschine 6 und die zweite Rotationsachse 13 der zweiten elektrische Maschine 12 sind hierbei koaxial zueinander angeordnet.
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Das erste Invertergehäuse 3 ist radial beabstandet zur ersten Rotationsachse 7 an dem ersten Motorgehäuse 5 angeordnet sowie das zweite Invertergehäuse 9 radial beabstandet zur zweiten Rotationsachse 13 an dem zweiten Motorgehäuse 11 angeordnet.
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Anhand der 3 ist gut nachzuvollziehen, dass das erste Invertergehäuse 3 und das zweite Invertergehäuse 9 punktsymmetrisch zu einem in einer orthogonal zur ersten Rotationsachse 7 verlaufenden Symmetrieebene 39 befindlichen Symmetriepunkt 40 ausgerichtet und im Wesentlichen gleichteilig ausgeformt sind. Mit anderen Worten sind die gleichteil ausgeformten Invertergehäuse 3,9 um 180° um den Symmetriepunkt 40 herum verdreht. Die Invertergehäuse 3,9 haben jeweils eine rechteckförmige Grundform, deren Längserstreckung jeweils parallel zu einer der Rotationsachsen 7,13 verläuft. Die Invertergehäuse 3,9 sind somit „Stirn-an-Stirn“ zueinander angeordnet.
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Die Invertergehäuse 3,9 werden auf die entsprechenden Motorgehäuse 5,11 montiert und fixiert, so dass die gezeigte „Stirn-an-Stirn“-Ausrichtung entsteht. Dies hat den Vorteil, dass beide Invertergehäuse 3,9 für einen Monteur aus der gleichen Richtung zugänglich sind, was eine entsprechende ergonomische Verbesserung und Montagevereinfachung darstellt.
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Hierbei besitzt das erste Invertergehäuse 3 ein urgeformtes erstes Gehäuseteil 15 und das zweite Invertergehäuse 9 ein urgeformtes zweites Gehäuseteil 16. Das erste urgeformte Gehäuseteil 15 des ersten Invertergehäuses 3 weist eine erste Kühlmitteldurchflussstelle 17, eine zweite Kühlmitteldurchflussstelle 18, eine dritte Kühlmitteldurchflussstelle 19 sowie eine vierte Kühlmitteldurchflussstelle 20 auf. Analog hierzu verfügt auch das zweite urgeformte Gehäuseteil 16 des zweiten Invertergehäuses 9 über eine erste Kühlmitteldurchflussstelle 21, eine zweite Kühlmitteldurchflussstelle 22, eine dritte Kühlmitteldurchflussstelle 23 sowie eine vierte Kühlmitteldurchflussstelle 24. Man erkennt mit Hilfe der 3 gut, dass das erste Gehäuseteil 15 und das zweite Gehäuseteil 16 im wesentlichen gleichteilig ausgeführt sind, was insbesondere daher rührt, dass beide Gehäuseteile 15,16 aus der gleichen Urform, beispielsweise der gleichen Gussform, stammen.
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Der Unterschied zwischen den Gehäuseteilen 15,16 liegt in der Positionierung der Kühlmitteldurchflussöffnungen 26,27,30,31, was nachstehend näher erläutert wird. Die erste Kühlmitteldurchflussstelle 17 des ersten Invertergehäuses 3 ist als ein von einem erstem Kühlfluid 25 durchströmbare erste Kühlmitteldurchflussöffnung 26 durch das erste Invertergehäuse 3 und die dritte Kühlmitteldurchflussstelle 19 des ersten Invertergehäuses 3 als ein von dem ersten Kühlfluid 25 durchströmbare zweite Kühlmitteldurchflussöffnung 27 konfiguriert, während die zweite Kühlmitteldurchflussstelle 18 des ersten Invertergehäuses 3 und die vierte Kühlmitteldurchflussstelle 20 des ersten Invertergehäuses 3 jeweils durch einen monolithisch mit dem urgeformten ersten Gehäuseteil 15 ausgebildeten Verschluss 28 verschlossen sind.
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Analog hierzu ist die zweite Kühlmitteldurchflussstelle 22 des zweiten Invertergehäuses 9 als eine von einem zweiten Kühlfluid 29 durchströmbare zweite Kühlmitteldurchflussöffnung 30 durch das zweite Invertergehäuse 9 und die vierte Kühlmitteldurchflussstelle 24 des zweiten Invertergehäuses 9 als eine von dem zweiten Kühlfluid 29 durchströmbare zweite Kühlmitteldurchflussöffnung 31 ausgebildet, während die erste Kühlmitteldurchflussstelle 21 des zweiten Invertergehäuses 9 und die dritte Kühlmitteldurchflussstelle 23 des zweiten Invertergehäuses 9 jeweils durch einen monolithisch mit dem urgeformten zweiten Gehäuseteil 16 ausgebildeten Verschluss 32 verschlossen sind.
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Es kann also mit einer urgeformten Gehäuseteilvariante mit geringem Änderungsaufwand zwei im Wesentlichen gleichteilige Gehäuseteile 15,16 realisiert werden, die sich lediglich in der Positionierung der Kühlmitteldurchflussöffnungen 26,27,30,31 unterscheiden, die nach der Urformung einer gemeinsamen Gehäuseteilvariante ausgebildet werden. Die Kühlmitteldurchflussöffnungen 26,27 des ersten Gehäuseteils 15 können hierbei durch ein Entfernen der Verschlüsse 28 und die Kühlmitteldurchflussöffnungen 30,31 des zweiten Gehäuseteils 16 durch ein Entfernen der Verschlüsse 32 jeweils mittels eines spanenden Verfahrens, insbesondere mittels Fräsen, entfernt werden.
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Dies ist in den 3-4 auch durch die Referenzierung der Kühlmitteldurchflussstellen 17,18,19,20,21,22,23,24 mit den Buchstaben a-b nachvollziehbar. Man erkennt gut, dass das linke Invertergehäuse 3 gegenüber dem rechten Invertergehäuse 9 um 180° verdreht angeordnet ist.
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Das erste Gehäuseteil 15 und das zweite Gehäuseteil 16 sind topfartig mit jeweils einem sich in radialer Richtung aus einem Gehäuseboden 33 erstreckenden Gehäusemantel 34 ausgeformt. Die Gehäusemäntel 34 weisen jeweils einen sich in Axialrichtung der ersten Rotationsachse 7 erstreckenden ersten Wandabschnitt 35 und einen sich in Axialrichtung der ersten Rotationsachse 7 erstreckenden zweiten Wandabschnitt 36 auf. Die Kühlmitteldurchflussstellen 17,18,19,20,21,22,23,24 sind an dem ersten Wandabschnitt 35 und dem zweiten Wandabschnitt 36 ausgebildet, wobei die Kühlmitteldurchflussöffnungen 26,27,30,31 auf einer gleichen, achsparallel zur ersten Rotationsachse 7 verlaufenden Seite des Achsantriebsstrangs 1 liegen, so dass diese montagefreundlich von dieser einen Seite an einen Kühlkreislauf 37,38 koppelbar sind. Es versteht sich, dass die Invertergehäuse 3,9 auch jeweils ein nicht dargestelltes Deckelelement aufweisen kann, mit dem das topfartige Gehäuseteil 15,16 verschlossen werden kann. In diesem Zusammenhang ist es natürlich bevorzugt, dass die Deckelelemente der Gehäuseteile 15,16 im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind.
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Die 3 zeigt eine Ausführungsform. Bei der die Kühlmitteldurchflussöffnungen 26,27 des ersten Gehäuseteils 15 an einen ersten Kühlkreislauf 37 und die Kühlmitteldurchflussöffnungen 30,31 des zweiten Gehäuseteils 16 an einen zweiten Kühlkreislauf 38 angebunden sind. Grundsätzlich wäre es auch bei dieser Variante denkbar, dass das erste Kühlfluid 25 und das zweite Kühlfluid 29 identisch sind und sich aus einem gemeinsamen, nicht dargestellten, Reservoir speisen.
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In der 4 ist eine alternative Ausgestaltung wiedergegeben, bei der eine der Kühlmitteldurchflussöffnungen 26,27 des ersten Gehäuseteils 15 und eine der Kühlmitteldurchflussöffnungen 30,31 des zweiten Gehäuseteils 16 fluidisch miteinander verbunden sind, so dass Kühlfluid 25,29 aus dem ersten Invertergehäuse 3 in das zweite Invertergehäuse 9 und/oder umgekehrt strömen kann. Damit sind die beiden Gehäuseteile 15,16 an einen gemeinsamen Kühlkreislauf 37 angebunden.
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In den 5-6 ist das erste Gehäuseteil 15 des ersten Invertergehäuses 3 in zwei Detailansichten dargestellt. Man erkennt, dass an dem ersten Wandabschnitt 35 des ersten Gehäuseteils 15 die Kühlmitteldurchflussstellen 17,19 geöffnet sind, also der monolithisch mit dem Gehäuseteil 15 ausgebildete Verschluss entfernt wurde, so dass die Kühlmitteldurchflussstellen 17,19 hiernach die Kühlmitteldurchflussöffnungen 26,27 ausbilden. 6 zeigt den gegenüberliegenden Wandabschnitt 36 des ersten Gehäuseteils 15, bei dem die Kühlmitteldurchflussstellen 18,20 noch von den monolithisch mit dem ersten Gehäuseteil 15 ausgebildeten Verschlüssen 28 verschlossen sind.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen der 1-6, sind die erste Leistungselektronik 4 und die zweite Leistungselektronik 10 im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet. Auch das erste Motorgehäuse 5 und das zweite Motorgehäuse 11 sind im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind sowie die erste elektrische Maschine 6 und die zweite elektrische Maschine 12, wodurch eine hohe Gleichteiligkeit des Achsantriebsstrangs realisiert ist.
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Die in dieser Anmeldung benutzten Begriffe „radial“, „axial“, „tangential“ und „Umfangsrichtung“ beziehen sich immer auf die Rotationsachse des Rotors 8,14. Die Begriffe „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „oberhalb“ und „unterhalb“ dienen hier nur dazu, um zu verdeutlichen, welche Bereiche der Abbildungen gerade im Text beschrieben werden. Die spätere Ausführung der Erfindung kann auch anders angeordnet werden. Die Erfindung ist ferner nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achsantriebsstrang
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Invertergehäuse
- 4
- Leistungselektronik
- 5
- Motorgehäuse
- 6
- elektrische Maschine
- 7
- Rotationsachse
- 8
- Rotor
- 9
- Invertergehäuse
- 10
- Leistungselektronik
- 11
- Motorgehäuse
- 12
- elektrische Maschine
- 13
- Rotationsachse
- 14
- Rotor
- 15
- Gehäuseteil
- 16
- Gehäuseteil
- 17
- Kühlmitteldurchflussstelle
- 18
- Kühlmitteldurchflussstelle
- 19
- Kühlmitteldurchflussstelle
- 20
- Kühlmitteldurchflussstelle
- 21
- Kühlmitteldurchflussstelle
- 22
- Kühlmitteldurchflussstelle
- 23
- Kühlmitteldurchflussstelle
- 24
- Kühlmitteldurchflussstelle
- 25
- Kühlfluid
- 26
- Kühlmitteldurchflussöffnung
- 27
- Kühlmitteldurchflussöffnung
- 28
- Verschluss
- 29
- Kühlfluid
- 30
- Kühlmitteldurchflussöffnung
- 31
- Kühlmitteldurchflussöffnung
- 32
- Verschluss
- 33
- Gehäuseboden
- 34
- Gehäusemantel
- 35
- Wandabschnitt
- 36
- Wandabschnitt
- 37
- Kühlkreislauf
- 38
- Kühlkreislauf
- 39
- Symmetrieebene
- 40
- Symmetriepunkt
