-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Antriebssystem mit einem Elektromotor und einem insbesondere ein Getriebeöl umfassenden Getriebe, wobei eine verbesserte Temperierung des Getriebes möglich ist.
-
Elektromotoren rücken immer weiter in den Fokus der Mobilität. Beispielsweise, um Fahrzeuge anzutreiben, weisen entsprechende Antriebssysteme zusätzlich zu dem Elektromotor und einem Inverter meist ein Getriebe auf, um die Antriebskraft auf eine Antriebswelle beziehungsweise ein anzutreibendes Rad zu übertragen. Das Getriebe umfasst dabei meist ein Getriebeöl, welches einen deutlichen Einfluss auf die Performance des Getriebes aufweist.
-
Es hat sich gezeigt, dass es aus Effizienzgründen vorteilhaft ist, wenn das Getriebeöl eine Temperatur in einem definierten Temperaturbereich aufweist. Im Detail steigt bei erhöhter Öltemperatur meist der Wirkungsgrad des Getriebes. Gemäß dem Stand der Technik wird in einem elektrischen Antriebssystem das Getriebe und insbesondere auch das Getriebeöl jedoch weder aktiv gewärmt noch aktiv gekühlt. Der Wärmetransport ist somit typischerweise rein passiv und verläuft durch die Oberfläche des Getriebes und auch durch die mechanische Anbindung an den elektrischen Motor, also insbesondere Welle und/oder Gehäuse.
-
Die Lösungen aus dem Stand der Technik können somit noch weiter verbessert werden, insbesondere hinsichtlich eines vorteilhaften Betriebs eines Getriebes eines elektrischen Antriebssystems.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wenigstens einen Nachteil des Stands der Technik zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lösung bereitzustellen, mit dessen Hilfe ein vorteilhafter Betrieb eines Getriebes eines elektrischen Antriebssystems ermöglicht werden kann.
-
Die Lösung der vorliegenden Erfindung erfolgt durch ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches Antriebssystem, wenigstens aufweisend einen Elektromotor und ein Getriebe, wobei der Elektromotor einen Stator mit einer Statorspule und einen Aktor aufweist, wobei der Elektromotor durch eine Flüssigkeitskühlung kühlbar ist und wobei das Getriebe ein Getriebeöl aufweist. Das Antriebssystem weist ein schaltbares Temperiersystem auf, durch welches das Getriebe thermisch mit der Flüssigkeitskühlung und der Statorspule für ein Heizen oder Kühlen des Getriebes verbindbar ist.
-
Ein derartiges Antriebssystem weist gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik deutliche Vorteile auf.
-
Beschrieben wird somit ein elektrisches Antriebssystem. Ein derartiges Antriebssystem kann insbesondere dem Antreiben eines Fahrzeugs, wie etwa eines Kraftfahrzeugs, dienen. Dabei kann unter einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug grundsätzlich ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder auch ein Hybrid-Fahrzeug verstanden werden.
-
Das Antriebssystem weist einen Elektromotor auf, der in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein kann und einen Stator mit einer Statorspule und einen auch als Rotor bezeichneten Aktor umfasst. Hinsichtlich der Leistungsdaten kann der Elektromotor an das gewählte Anwendungsgebiet angepasst sein, also beispielsweise die Art des Fahrzeugs, welches durch den Elektromotor angetrieben werden soll.
-
Ferner weist das Antriebssystem ein Getriebe auf. Zwar ist es möglich, Elektromotoren auch ohne ein Getriebe zu betreiben, jedoch hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, auch bei dem Betreiben von Elektromotoren Getriebe vorzusehen. Das Getriebe kann beispielsweise in an sich bekannter Weise Getriebestufen und ein Differential aufweisen. Grundsätzlich ist es ferner vorgesehen, dass das Getriebe ein Getriebeöl aufweist, um entsprechende Komponenten zu schmieren und/oder zu kühlen.
-
Das Getriebe, wie etwa das Differential des Getriebes, kann die Antriebskraft an wenigstens eine erste Abtriebswelle, beispielsweise an zwei Abtriebswellen, weiterleiten, um so schließlich die Abtriebswelle von dem Elektromotor anzutreiben. Dies kann insbesondere erfolgen, indem die Abtriebswelle oder die Abtriebswellen in Rotation versetzt werden. Somit ist bei dem hier beschriebenen Antriebssystem bevorzugt eine erste Abtriebswelle und gegebenenfalls eine zweite Antriebswelle durch das Getriebe und damit durch den Elektromotor antreibbar. Ferner kann durch die Abtriebswelle in an sich bekannter Weise ein Rad des Fahrzeugs angetrieben werden.
-
Zum Speisen des Elektromotors weist das Antriebssystem ferner meist einen Inverter auf, wobei der Inverter in Einzelspeisung oder auch in Gruppenspeisung arbeiten kann. Der Inverter kann gemäß dem Stand der Technik ausgestaltet sein.
-
Der Elektromotor ist ferner durch eine Flüssigkeitskühlung kühlbar. Entsprechend sind Flüssigkeitsleitungen vorgesehen, welche eine Kühlflüssigkeit führen können um den Motor, wie insbesondere den Stator beziehungsweise die Statorspule, kühlen zu können. Als Kühlflüssigkeit kann beispielsweise ein Öl oder auch Wasser verwendet werden. Grundsätzlich kann eine derartige Flüssigkeitskühlung ausgestaltet sein, wie aus dem Stand der Technik bekannt.
-
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Antriebssystem ein schaltbares Temperiersystem aufweist, durch welches das Getriebe thermisch mit der Flüssigkeitskühlung und der Statorspule für ein Heizen oder Kühlen des Getriebes verbindbar ist. Unter einem schaltbaren Temperiersystem kann im Sinne der Erfindung ein System verstanden werden, welches eine Temperierfunktion, also eine Kühlfunktion oder eine Heizfunktion, ausüben kann, wobei diese Funktion jedoch nicht permanent vorliegt, sondern schaltbar, also einstellbar und ausstellbar ist. In anderen Worten kann das Temperiersystem nur heizen, nur kühlen oder in einer Neutralstellung vorliegen, also weder heizen noch kühlen.
-
Wesentlich bei dem Temperiersystem ist es, dass das Getriebe thermisch mit der Flüssigkeitskühlung und der Statorspule für ein Heizen oder Kühlen des Getriebes verbunden ist. Entsprechend kann ausgenutzt werden, dass bei der Statorspule beim Betrieb Wärme entsteht, wohingegen die Flüssigkeitskühlung Wärme entziehen kann. Somit können durch eine entsprechende thermische Verbindung in dem Elektromotor vorhandene Bauteile verwendet werden, um das Getriebe und dabei insbesondere das Getriebeöl zu heizen oder zu kühlen. Entsprechend kann es von Vorteil sein, um eine effektive Temperierung zu ermöglichen und gegenläufige Temperatureinflüsse zu verhindern, dass das Temperiersystem zwischen einer Neutralstellung, einem Kühlen und einem Heizen schaltet.
-
Es wird somit möglich, dem Rechnung zu tragen, dass das Getriebe insbesondere bei einer erhöhten Temperatur eine besonders hohe Effizienz beziehungsweise einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist. Durch das Ausbilden einer thermischen Verbindung von Getriebe zu Statorspule kann somit die bei der Statorspule entstehende Wärme verwendet werden, um das Getriebe beziehungsweise das Getriebeöl auf eine gewünschte Arbeitstemperatur zu bringen. Somit kann das Getriebe besonders schnell eine hohe Effizienz erreichen, was einen besonders vorteilhaften Betrieb erlaubt.
-
Darüber hinaus kann durch eine ausbildbare thermische Verbindung zwischen Getriebe und Flüssigkeitskühlung Wärme vom Getriebe, wie etwa vom Getriebeöl, abgeführt werden, so dass auch ein Überhitzen des Getriebes beziehungsweise des Getriebeöls verhindert werden kann.
-
Das Temperiersystem kann es somit erlauben, dass das Getriebe stets in einem für das Getriebe und dabei insbesondere für das Getriebeöl optimalen Temperaturbereich arbeitet. Somit kann eine hohe Effizienz mit einer hohen Langlebigkeit und einem komfortablen Arbeiten erlaubt werden. Denn zusätzlich zu einer ausreichend hohen Temperatur kann die Temperatur in einem vorgebbaren Temperaturbereich gehalten werden, so dass ein Überhitzen des Getriebeöls verhindert werden kann, Damit kann das Antriebssystem auch ohne Luftströmung ausreichend gekühlt werden. Ein geschlossener Motorraum wird somit möglich, was den Luftwiderstand (cw-Wert) des Fahrzeuges reduziert und damit die Reichweite erhöht.
-
Darüber hinaus kann die Temperierung möglich sein basierend auf in dem Elektromotor ohnehin vorhandener Temperier-Peripherie. Letztere braucht dann lediglich in geeigneter Weise an das Getriebe thermisch abgebunden werden, um eine effektive Temperierung zu ermöglichen. Dadurch kann eine Temperierung auf einfache Weise und ohne zusätzliche aktive Temperiersysteme und dadurch ohne das Benötigen zusätzlicher Energie oder Peripherie, wie etwa Wärmetauscher, Pumpen oder Ventile oder auch Sensor-, Regelungs- und/oder Steuerungstechnik, ermöglicht werden. Die Umsetzung der vorliegenden Erfindung kann somit auch in bestehende Systeme und mit geringem Aufwand und geringen Kosten möglich sein. Darüber hinaus kann mit der Steigerung der Getriebeeffizienz, ohne zusätzliche Energie die Reichweite von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen weiter erhöht werden, was bei der Entwicklung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen stets ein wichtiger Aspekt ist.
-
Eine aktive Aufheizung, wie etwa durch PTC Elemente, ist beispielsweise gegenüber der vorliegenden Erfindung kostenintensiver und zum anderen wird zusätzliche Energie benötigt.
-
Bevorzugt kann das Temperiersystem das Getriebeöl thermisch mit der Flüssigkeitskühlung und der Statorspule verbinden. In dieser Ausgestaltung kann eine Temperierung, also ein Heizen oder ein Kühlen, des Getriebes besonders effektiv sein, da eine Temperierung genau dort stattfindet, wo ein unmittelbarer Einfluss auf die Effizienz des Getriebes möglich ist. Somit können Wärmeverluste, die grundsätzlich potentiell durch einen recht langsamen Wärmetransport durch vorhandene Maschinenverluste entstehen könnten, besonders geringgehalten werden und ferner kann ein Heizen oder ein Kühlen in einer sehr schnellen Zeit ermöglicht werden. In anderen Worten kann eine besonders schnelle Temperierung mit einer besonders effizienten Temperierung kombiniert werden.
-
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass das Temperiersystem zwei Temperieranordnungen aufweist, wobei eine erste Temperieranordnung das Getriebe, insbesondere das Getriebeöl, thermisch mit der Flüssigkeitskühlung verbindet und wobei eine zweite Temperieranordnung das Getriebe, insbesondere das Getriebeöl, thermisch mit der Statorspule verbindet. Diese Ausgestaltung kann baulich besonders einfach sein, da die Temperieranordnungen jeweils eine thermische Brücke von dem Getriebe zu nur einem Bauteil ermöglichen braucht. Dadurch kann die Ausgestaltung der Temperiereinheit besonders einfach möglich sein und eine Implementierung in bestehende Systeme vereinfacht. Darüber hinaus kann der Service vereinfacht werden, falls eine Temperiereinheit einen Defekt aufweist.
-
Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass das Temperiersystem zumindest zum Teil selbstschaltend ist, wobei ein Schaltvorgang auslösbar ist durch die Temperatur des Getriebes, insbesondere des Getriebeöls. In anderen Worten kann zum Ausbilden oder Trennen einer thermischen Verbindung mit der Spule und/oder der Flüssigkeitskühlung ein thermischer Schalter beziehungsweise ein Wärmeschalter verwendet werden. Somit kann es in dieser Ausgestaltung möglich sein, dass ein Temperieren, also ein Heizen oder ein Kühlen, unmittelbar durch die Temperatur des Getriebes, insbesondere der Getriebeöltemperatur, möglich ist. Auf zusätzliche aktive Regeleinheiten beziehungsweise Steuereinheiten kann so verzichtet werden, was den apparativen Aufwand signifikant verringert und dadurch eine Implementierung weiter vereinfacht und kostengünstig gestaltet.
-
Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann es bevorzugt sein, dass das Temperiersystem zwei Temperieranordnungen aufweist wie vorstehend beschrieben, wobei eine der Temperieranordnungen zum Kühlen des Getriebes dient und die andere Temperieranordnung zum Heizen des Getriebes dient. Denn insbesondere selbstschaltende Anordnungen sind meist auf das Auslösen bei einem bestimmten Temperaturbereich ausgerichtet, so dass in dieser spezifischen Ausgestaltung eine besonders hohe Verlässlichkeit gegeben sein kann.
-
Hinsichtlich einer selbstschaltenden Anordnung kann es bevorzugt sein, wenn das Temperiersystem einen Formgedächtnisschalter aufweist. Unter einem Formgedächtnisschalter kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ein derartiger Schalter verstanden werden, der ein Heizen oder ein Kühlen auslöst oder verhindert durch den Einfluss eines Formgedächtnismaterials. Ein Formgedächtnismaterial ist dabei in an sich bekannter Weise ein derartiges Material, das eine vorbestimmte Form einnimmt, wenn eine bestimmte physikalische Indikatorgröße, wie etwa die Temperatur, auf das Material einwirkt. Dieser Vorgang wird auch als Memoryeffekt bezeichnet. Er setzt eine spezielle Materialkonditionierung voraus, die für die Formeinprägung entscheidend ist. Beispielhafte Materialien, die als Formgedächtnismaterialien dienen können, umfassen etwa metallische Legierungen, Kunststoffe und Faserverbundwerkstoffe, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
-
Thermische Formgedächtnislegierungen haben die besondere Eigenschaft, sich nach einer bleibenden plastischen Verformung unterhalb einer bestimmten kritischen Temperatur durch Erwärmung über diese Temperatur wieder an ihre ursprüngliche Form zu „erinnern“ und diese erneut einzunehmen. Für das Auftreten des Formgedächtniseffektes kann in einer Ausgestaltung eine reversible austenitisch-martensitische Phasenumwandlung Voraussetzung sein.
-
In dieser Ausgestaltung kann somit etwa vor einer Umformung eine thermische Verbindung unterbrochen sein und durch die Umformung eine thermische Verbindung ausgelöst werden, etwa wenn durch die Verformung ein Kontakt zweier thermisch leitender Elemente hergestellt werden kann, oder grundsätzlich auch umgekehrt. Im Bereich der metallischen Formgedächtniswerkstoffe sind Nickel-Titan-Legierungen bekannt, die bei entsprechender Materialkonditionierung einen guten Kraft-Weg-Kompromiss aufweisen, der sie für erfindungsgemäße Anwendungen qualifiziert.
-
Vorteil eines Formgedächtnisschalters kann beispielsweise ein servicearmer Betrieb sein.
-
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass das Temperiersystem einen Bimaterialschalter aufweist. Unter einem Bimaterialschalter kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ein derartiger Schalter verstanden werden, der ein Heizen oder ein Kühlen auslöst oder verhindert durch den Einfluss eines Bimaterials. Beispiele eines Bimaterials umfassen etwa ein Bimetall, das in an sich bekannter Weise zwei Lagen eines Metalls aufweist. Durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Materialien, etwa der unterschiedlichen Metalle, kann in Abhängigkeit der Temperatur des Bimaterialschalters eine definierte Verformung stattfinden, die gezielt einstellbar ist durch Auswahl der Materialien anhand derer Ausdehnungskoeffizienten. Somit kann es auf einfache Weise möglich sein, dass durch eine Verformung des Bimaterials eine thermische Verbindung ausgebildet wird oder getrennt wird, etwa wenn durch die Verformung ein Kontakt zweier thermisch leitender Elemente hergestellt oder getrennt werden kann.
-
Ein Vorteil eines Bimaterialschalters kann beispielsweise in einem einfachen und kostengünstigen Aufbau und in einer einfachen Einstellung einer für ein Schalten benötigten Temperatur gesehen werden.
-
Als weitere Alternative einer selbstschaltenden Temperieranordnung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Temperiersystem einen Schalter umfassend eine Heatpipe aufweist. Eine beispielsweise auch als Wärmerohr bezeichnete Heatpipe umfasst meist ein Rohr, etwa aus einem Metall, in dem sich ein Fluid in flüssiger und gasförmiger Phase befindet. Wenn eine Hitzequelle an die Heißseite des Rohrs angelegt wird, steigt dort die Temperatur an, wodurch flüssiges Fluid verdampft und an der Kaltseite des Rohrs, an der sich die Wärmesenke befindet, kondensiert. Der Wärmetransport in einer Heatpipe erfolgt also über den Transport latenter Wärme, was sehr effektiv ist und eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht.
-
Beispielsweise kann in einem Zustand, in dem keine oder nur bedingte Wärmeleitung stattfindet, ein Arbeitsfluid, wie etwa Wasser, in einem beispielsweise wasserbindenden Sorbens gebunden sein. Im diesem Zustand wird das Fluid aufgenommen und steht für die Verdampfungs- und Kondensationsprozesse nicht mehr zur Verfügung. Ist die Heatpipe durch Wärmeeinfluss an der Heißseite in einem „Ein-Zustand“ wird das Arbeitsfluid aus dem an der Heißseite befindliche Sorbens freigegeben und ermöglicht eine sehr gute Wärmeleitung in der Heatpipe. Der latente Wärmetransport über Verdampfungs- und Kondensationsprozesse kann wieder stattfinden und der Wärmeschalter gerät in den leitenden Zustand (Ein-Zustand). Die Schalttemperatur kann durch die Zusammensetzung des Sorbens einstellbar sein.
-
Insbesondere bei selbstschaltenden Systemen aber nicht beschränkt hierauf kann es vorgesehen sein, dass der selbstschaltende Schalter des Temperiersystems ein temperaturabhängig schaltendes Aktorelement aufweist. Dieses kann aufgrund der Temperaturabhängigkeit in Abhängigkeit der Temperatur des Getriebes beziehungsweise des Getriebeöls eine thermische Verbindung öffnen oder schließen. Diese Ausgestaltung kann apparativ einfach und damit gut implementierbar und kostengünstig sein.
-
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass das Temperiersystem derart ausgestaltet ist, dass eine thermische Verbindung von Getriebe und Flüssigkeitskühlung vorliegt, wenn das Getriebe eine erste Temperatur aufweist und dass eine thermische Verbindung von Getriebe und Statorspule vorliegt, wenn das Getriebe eine zweite Temperatur aufweist, wobei die erste Temperatur höher ist als die zweite Temperatur. In dieser Ausgestaltung kann somit ein bevorzugter Temperaturbereich des Getriebes und dabei insbesondere des Getriebeöls in einem bevorzugten Betriebsbereich vorgesehen sein. Dieser Temperaturbereich kann eine hohe Effizienz erlauben und dabei gleichzeitig ein Überhitzen verhindern. Wenn die Temperatur des Getriebes, insbesondere des Getriebeöls, sich außerhalb dieses Temperaturfensters befindet, kann durch Schalten des Temperiersystems ein Kühlen oder ein Heizen einsetzen, so dass entsprechend das Getriebe wieder in den vorbeschriebenen Bereich gebracht werden kann. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann das Temperiersystem derart ausgestaltet sein, dass eine thermische Verbindung von Getriebe und Kühlung vorliegt, wenn das Getriebe, insbesondere das Getriebeöl, eine Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 80 °C aufweist und dass eine thermische Verbindung von Getriebe und Windung beziehungsweise Statorspule vorliegt, wenn das Getriebe, insbesondere das Getriebeöl, eine Temperatur in einem Bereich von kleiner oder gleich 30 °C, etwa kleiner oder gleich 20 °C, aufweist.
-
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Figuren weiter erläutert, wobei einzelne oder mehrere Merkmale der Figuren für sich oder in Kombination ein Merkmal der Erfindung sein können. Ferner sind die Figuren nur exemplarisch aber in keiner Weise beschränkend zu sehen.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung eines elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung;
- 2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung;
- 3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung; und
- 4 zeigt ein Diagramm darstellend die Funktionsweise eines elektrischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
In der 1 ist eine Ausgestaltung eines elektrischen Antriebssystems 10 gezeigt, die etwa dazu dienen, kann, ein Fahrzeug anzutreiben. Das Antriebssystem 10 weist einen Elektromotor 12 auf, der somit ein Traktionsmotor sein kann. Der Elektromotor 12 umfasst einen Stator 14 mit einer Statorspule 16 und einen auch als Rotor bezeichneten Aktor 18. Der Stator 14 ist in an sich bekannter Weise ausgestaltet, um den Aktor 18 in Rotation zu versetzen und dadurch eine Welle 20 anzutreiben. Insbesondere, um den Stator 14 und dabei genauer die Statorspule 16 zu kühlen, weist der Elektromotor 12 eine Flüssigkeitskühlung 22 auf.
-
Die Welle 20 verläuft in ein Getriebe 24, welches insbesondere ein Getriebeöl aufweisen kann. Das Getriebe 24 und dabei insbesondere sein Getriebeöl weist oftmals einen Temperaturbereich auf, in dem sein Arbeiten besonders effizient ist. Oberhalb dieses Temperaturbereichs kann eine Überhitzung stattfinden und unterhalb dieses Temperaturbereichs kann die Effizienz verringert sein.
-
Um das Getriebe 24 und dabei insbesondere das Getriebeöl in diesem optimierten Temperaturbereich zu halten, umfasst das Antriebssystem 10 ein schaltbares Temperiersystem 26. Das Temperiersystem 26 verbindet das Getriebe 24 thermisch mit der Flüssigkeitskühlung 22 und der Statorspule 16, um so das Getriebe 24 und insbesondere das Getriebeöl zu heizen oder zu kühlen. Bevorzugt verbindet das Temperiersystem 26 das Getriebeöl thermisch mit der Flüssigkeitskühlung 22 und der Statorspule 16.
-
Hierzu kann es vorgesehen sein, dass das Temperiersystem 26 zwei Temperieranordnungen 28, 30 aufweist, wobei eine erste Temperieranordnung 28 das Getriebe 24 thermisch mit der Flüssigkeitskühlung 22 verbindet und wobei eine zweite Temperieranordnung 30 das Getriebe 24 thermisch mit der Statorspule 16 verbindet.
-
In der 1 ist dabei eine Ausgestaltung gezeigt, in der das Temperiersystem 26 vollständig selbstschaltend ist, wobei ein Schaltvorgang auslösbar ist durch die Temperatur des Getriebes 24, genauer des Getriebeöls. Dabei kann es hinsichtlich einer Schaltung des Temperiersystems 26 bevorzugt sein, dass das Temperiersystem 26 zwischen einer Neutralstellung, einem Kühlen und einem Heizen schaltet.
-
Dies wird in der 1 realisiert, indem die Temperieranordnung 28 wie auch die Temperieranordnung 30 jeweils einen mit dem Getriebe 24, beispielsweise dem Getriebeöl, verbundenes, etwa in das Getriebeöl tauchendes, thermisch leitfähiges Element 32 aufweist. Ferner kann ein mit der Statorspule 16 thermisch verbundenes thermisch leitfähiges Element 34 und ein thermisch mit der Flüssigkeitskühlung 22 verbundenes, etwa in die Flüssigkeitskühlung 22 tauchendes, thermisch leitfähiges Element 36 vorgesehen sein. Die thermisch leitfähigen Elemente 32, 34, 36 können etwa aus einem Metall oder aus einem thermisch leitfähigen Kunststoff ausgestaltet sein. Grundsätzlich ist unter dem Begriff thermisch leitfähig zu verstehen, dass eine thermische Leitfähigkeit, auch als Wärmeleitfähigkeit bezeichnet, vorliegt, die in einem Bereich liegt von beispielsweise ≥ 20W/(m*K), etwa ≥ 50W/(m*K), wobei dieser Wert grundsätzlich je nach gewünschtem Temperiereffekt einstellbar sein kann.
-
Die thermisch leitfähigen Elemente 32 jeweils mit den thermisch leitfähigen Elementen 34, 36 verbindend ist für jede Temperieranordnung 26, 28 ein selbstschaltender Schalter 38 vorgesehen. Dieser ist in der 1 derart gezeigt, dass keine Verbindung zwischen den thermisch leitfähigen Elementen 32 und den thermisch leitfähigen Elementen 34, 36 vorliegt. In Abhängigkeit der Temperatur des Getriebes 24, wie insbesondere des Getriebeöls, kann jedoch ein Schaltvorgang, etwa durch eine Verformung des Schalters 38, stattfinden, um so einen Kontakt zwischen den thermisch leitfähigen Elementen 32 und den thermisch leitfähigen Elementen 34, 36 herzustellen und dadurch eine thermisch leitfähige Verbindung zwischen dem Getriebe 24 und der Statorspule 16 beziehungsweise der Flüssigkeitskühlung 22 herzustellen. Je nach Temperatur des Getriebes 24 beziehungsweise des Getriebeöls kann letzteres so geheizt oder gekühlt werden.
-
Beispielsweise können die Schalter 38 als Formgedächtnisschalter oder als Bimaterialschalter ausgestaltet sein.
-
In der Ausgestaltung nach 2 wird ein ähnlich arbeitendes elektrisches Antriebssystem 10 gezeigt. Dabei bezeichnen die Bezugszeichen zu 1 gleiche oder vergleichbare Bauteile und es wird insbesondere auf die Unterschiede zu 1 eingegangen.
-
In der Ausgestaltung nach 2 sind bei den Temperieranordnungen 28, 30 wiederum Schalter 38 vorgesehen, welche zwischen den thermisch leitfähigen Elementen 32 und den thermisch leitfähigen Elementen 34, 36 angeordnet sind. Um die wiederum insbesondere selbstschaltenden Schalter 38 zu betätigen, ist jeweils ein Aktorelement 40 vorgesehen, das auf den Schalter 38 einwirkt. Das Aktorelement 40 kann wiederum beispielsweise aus einem Bimaterial oder einem Formgedächtnismaterial ausgebildet sein und so je nach Temperatur des Getriebes 24 beziehungsweise des Getriebeöls eine thermische Verbindung zwischen Getriebe 24 und Flüssigkeitskühlung 22 oder Statorspule 16 herstellen. Beispielsweise kann das Aktorelement 40 eine Feder sein, welche sich temperaturabhängig verformt.
-
In der Ausgestaltung nach 3 wird ein ähnlich arbeitendes elektrisches Antriebssystem 10 gezeigt. Dabei bezeichnen die Bezugszeichen zu 1 gleiche oder vergleichbare Bauteile und es wird insbesondere auf die Unterschiede zu 1 eingegangen.
-
In der Ausgestaltung nach 3 sind bei den Temperieranordnungen 28, 30 wiederum Schalter 38 vorgesehen, welche zwischen den thermisch leitfähigen Elementen 32 und den thermisch leitfähigen Elementen 34, 36 angeordnet sind. Um die wiederum insbesondere selbstschaltenden Schalter 38 zu betätigen, kann der Schalter 38 beispielsweise eine Heatpipe umfassen, welche in Abhängigkeit der Temperatur des Getriebes 24, wie etwa des Getriebeöls, thermisch leitfähig ist oder nicht und so je nach Temperatur des Getriebes 24 letzteres, wie etwa das Getriebeöl, heizen oder kühlen kann. Die Grenze zwischen thermischer Leitfähigkeit und einem Zustand ohne thermische Leitfähigkeit kann dabei grundsätzlich wählbar sein, wobei rein beispielhaft ein Faktor der Wärmeleitfähigkeit von ≥ 1000, beispielsweise von ≥ 10.000, geeignet sein kann.
-
In der 4 ist die Wirkungsweise eines elektrischen Antriebssystems 10 gemäß der Erfindung anhand eines Diagramms gezeigt. Auf der X-Achse soll dabei die Temperatur skizziert sein und auf der Y-Achse der Schaltzustand des Schalters 38. Ein Schaltzustand von A soll dabei eine Ein-Position bedeuten, bei der eine thermische Leitung ermöglicht wird, und ein Schaltzustand von B soll dabei eine Aus-Position bedeuten, bei der eine thermische Leitung verhindert wird. Ferner beschreibt die Line a) die Funktion des Schalters 38 der zweiten Temperieranordnung 30 und beschreibt die Line b) die Funktion des Schalters 38 der ersten Temperieranordnung 28.
-
Entsprechend zeigt die 4, dass das Temperiersystem 26 derart ausgestaltet ist, dass eine thermische Verbindung von Getriebe 24 und Kühlung 22 vorliegt, wenn das Getriebe 24 eine Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 80 °C aufweist und dass eine thermische Verbindung von Getriebe 24 und Spule 16 vorliegt, wenn das Getriebe 24 eine Temperatur in einem Bereich von kleiner oder gleich 30 °C aufweist. Dabei sei erwähnt, dass die konkreten Temperaturwerte nur beispielhaft sind und die Erfindung nicht einschränken sollen.
-
Dadurch kann das Getriebe 24 stets in einem optimalen Temperaturfenster betrieben werden, was eine hohe Effizienz erlaubt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- elektrisches Antriebssystem
- 12
- Elektromotor
- 14
- Stator
- 16
- Statorspule
- 18
- Aktor
- 20
- Welle
- 22
- Flüssigkeitskühlung
- 24
- Getriebe
- 26
- Temperiersystem
- 28
- Temperieranordnung
- 30
- Temperieranordnung
- 32
- thermisch leitfähiges Element
- 34
- thermisch leitfähiges Element
- 36
- thermisch leitfähiges Element
- 38
- Schalter
- 40
- Aktorelement
