DE202010007408U1

DE202010007408U1 - Antriebsstrangmodul sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE202010007408U1
Application number: DE202010007408U
Authority: DE
Original assignee: Kendrion Linnig Commercial Vehicle Systems GmbH
Current assignee: Kendrion Linnig GmbH
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-08-02
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: DE102011001481A1; DE102011001483A1; DE102011001481A9

Abstract

Nachrüstbares elektrisches Antriebsstrangmodul (1) für ein Kraftfahrzeug, mit zwei nebeneinander angeordneten Motoreinheiten (2, 3), jeweils umfassend mindestens einen Elektromotor (4, 5), wobei jede Motoreinheit (2, 3) über jeweils eine als Gelenkwelle ausgebildete Welle (6, 7) mit einem anzutreibenden Rad wirkverbindbar ist und wobei zwischen jeder Motoreinheit (2, 3) und der zugehörigen Welle (6, 7) ein, vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildetes, Übersetzungsgetriebe (8, 9) angeordnet ist, und wobei die Motoreinheiten (2, 3) an einer Tragstruktur (10) festgelegt sind, die an der Kraftfahrzeugkarosserie festlegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein nachrüstbares elektrisches Antriebsstrangmodul für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug, umfassend ein derartiges Antriebsstrangmodul gemäß Anspruch 25.
Bekannt sind unterschiedliche voll- oder teilelektrische Antriebe für Kraftfahrzeuge. Üblicherweise werden diese Antriebe unmittelbar bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs im Werk in den Motorraum eingebaut. Verbreitet sind Hybridantriebe, die neben dem Elektromotor einen Otto- oder Dieselmotor umfassen, wobei die Elektromotoren teilweise als unmittelbar an den Räder angeordnete Radnabenmotoren ausgebildet sind.
Sämtliche vorbekannte Lösungen sind vergleichsweise kostenintensiv und daher nur einem begrenzten Kundenkreis zugänglich.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Antriebskonzept bzw. einen elektrischen Antriebsstrang anzugeben, mit welchem auf einfache und kostengünstige Weise elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeuge bereitgestellt werden können. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein Montageverfahren für einen derartigen Antriebsstrand sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang anzugeben.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Antriebsstrangs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Die Erfindung hat erkannt, dass das von der Automobilindustrie bei Verbrauchern geförderte Anspruchsdenken, mit einem Elektroautomobil ähnliche Reichweiten zu erzielen wie mit einem Verbrennungsmotorautomobil problematisch ist bzw. die Umsetzung von elektrischen Antriebskonzepten erschwert bzw. verzögert. Die Erfindung hat ferner erkannt, dass ein Hauptbedarf bzw. Einsatzgebiet von elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen der Kurzstreckenverkehr, insbesondere der Weg zwischen Wohnort und Arbeitsstätte, ist. Insbesondere um solche Kurzstreckenfahrten mittels eines elektromotorischen, einfach aufgebauten Antriebs zu ermöglichen, wird der erfindungsgemäße Antriebsstrang vorgeschlagen. Bei diesem handelt es sich untypischerweise um ein nachrüstbares Modul, welches insbesondere dazu ausgelegt ist, in zunächst mit Verbrennungsmotor ausgelieferten Kraftfahrzeugen eingesetzt zu werden. Dieser Ansatz ist insoweit revolutionär, als dass auf die bereits in einem modernen Kraftfahrzeug vorgesehene Sicherheitstechnik zurückgegriffen werden kann bzw. dass eine Neukonzeption unnötig wird. Das nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete elektrische Antriebsstrangmodul kann nach Ausbau des Verbrennungsmotors und des Getriebes in eine Fahrzeugkarosserie eingebaut werden und beeinflusst dabei sicherheitsrelevante Einbauten, wie Bremsen, ABS, etc. nicht.
Das erfindungsgemäße Antriebsstrangmodul zeichnet sich durch zwei Motoreinheiten aus, die jeweils mindestens einen, vorzugsweise ausschließlich einen, Elektromotoren beinhalten. Vorzugsweise handelt es sich bei den Elektromotoren um Synchronmotoren. Noch weiter bevorzugt sind die Elektromotoren derart angeordnet, dass deren Motorwellen im eingebauten Zustand senkrecht zur Längserstreckung des Kraftfahrzeugs orientiert sind, wobei die Elektromotoren der beiden Motoreinheiten bei voneinander unterschiedlicher Drehzahlen betreibbar sind. Dem Antriebskonzept liegt der Gedanke zugrunde, jedem angetriebenem Rad eine eigene Motoreinheit zuzuordnen, die im Gegensatz zu Radnabenmotoren jedoch nicht unmittelbar am Rad angeordnet ist, wodurch Probleme mit beschleunigten Massen reduziert werden, sondern mit Abstand zu den Rädern. Die Wirkverbindung der Motoreinheiten zu den anzutreibenden Rädern wird über jeweils eine Gelenkwelle, insbesondere eine sogenannte Halbwelle, realisiert, die bevorzugt zwei Gelenkstellen aufweist. Dabei ist zwischen der jeweiligen Motoreinheit und der zugehörigen Welle erfindungsgemäß ein, insbesondere als Planetengetriebe ausgebildetes, Übersetzungsgetriebe (insbesondere Untersetzungsgetriebe), insbesondere mit einem Übersetzungsverhältnis i aus einem Wertebereich zwischen 2 und 15, vorzugsweise zwischen 5 und 10, ganz besonders bevorzugt von 7. Das Vorsehen der Getriebe ermöglicht den Einsatz von vergleichsweise kostengünstigen Konsumermotoren, die sich durch eine hohe Drehzahl und ein vergleichsweise niedriges Drehmoment auszeichnen. Ferner umfasst das Antriebsstrangmodul eine Tragstruktur, an welcher mittelbar oder unmittelbar die Motoreinheiten und damit die Getriebe mit zugehörigen Wellen festgelegt sind. Nach Ausbau des Verbrennungsmotors sowie des zugehörigen Getriebes kann das nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Antriebsstrangmodul auf vergleichsweise einfache Weise in ein bestehendes Kraftfahrzeug eingesetzt und dort mittels der Tragstruktur an der Karosserie festgelegt und über die Wellen mit den anzutreibenden Räder verbunden werden.
Für den Einbau eignen sich insbesondere Kleinfahrzeuge, mit denen die Strecke Wohnung-Arbeit ausreichend komfortabel zurücklegbar ist. Bereits geringe Batteriekapazitäten reichen in der Regel aus, das nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Antriebstrangmodul mit elektrischer Energie versorgen zu können. Eine Wiederaufladung der Batterien kann beispielsweise an der Arbeitsstätte erfolgen, insbesondere wenn dort Mittel zur elektrischen Energiegewinnung, beispielsweise eine Solarzellenanlage und/oder eine Wasserkraftanlage, etc. vorgesehen sind. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs kann die CO₂-Emission reduziert werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass Bestandteil des Antriebsstrangmoduls eine Steuerung ist, umfassend ein Steuerungsgehäuse, wobei durch die Integration der Steuerung in das Antriebsstrangmodul eine aufwändige und lange elektrische Verkabelung, wie diese bei herkömmlichen Elektrofahrzeugen realisiert ist, verzichtet werden kann, was sich vorteilhaft auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Antriebsstrangs auswirkt.
Ganz besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn das Steuerungsgehäuse der Steuerung elektromagnetisch schirmend ausgebildet ist, um die EMV weiter zu verbessern. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich dabei um ein zumindest teilweise, vorzugsweise größtenteils, noch weiter bevorzugt vollständig aus Metall ausgebildetes Gehäuse.
Im Hinblick auf die Anordnung des Steuerungsgehäuses relativ zu den Motoreinheiten gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Wesentlich ist es, dass das Steuerungsgehäuse möglichst nahe an den Elektromotoreinheiten angeordnet ist, um möglichst frei zwischen dem Steuerungsgehäuse und den Elektromotorgehäusen verlaufende elektrische Leitungen zu vermeiden. Dadurch, dass auf frei (d. h. nicht umhauste) zwischen der Steuerung und den Elektromotoren verlaufende, abgeschirmte elektrische Leitungen verzichtet werden kann, die im Stand der Technik den Motorklemmkasten mit der Steuerung verbinden, wird nicht nur die EMV verbessert, sondern zusätzlich kann Kupfer eingespart werden, was unmittelbar zur reduzierten Materialkosten, jedoch auch zu einem reduzierten Gewicht führt. Zudem reduziert sich der Montageaufwand sowie der leitungslängenabhängige Spannungsabfall deutlich. Ganz besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der das Steuerungsgehäuse auf Klemmkästen der Elektromotoren aufsitzt – ggf. unter der Zwischenanordnung von einem, insbesondere elastischen, Material, welches bevorzugt eine Dämpfungs- und/oder Dichtungsfunktion übernehmen kann. Alternativ ist es denkbar das Steuerungsgehäuse unmittelbar an die Elektromotorgehäuse angrenzen bzw. auf diesen aufsitzen zu lassen. Auch ist es möglich das Steuerungsgehäuse auf einem Träger anzuordnen, vorzugsweise festzulegen, der bevorzugt an dem Elektromotorgehäuse festgelegt ist und/oder auf diesem aufsitzt.
Zur zusätzlichen Optimierung der EMV ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass die Anschlussleitungen zur Kontaktierung der Elektromotorwicklungen, insbesondere zur Kontaktierung von Statorwicklungen, nicht in Klemmkästen der Elektromotoren elektrisch kontaktiert sind, sondern innerhalb des Steuerungsgehäuses, welches somit die Funktion der eigentlichen bzw. ursprünglichen Klemmkästen übernimmt. Die ggf. noch vorhandenen Klemmkästen der Elektromotoren verlieren somit ihre ursprüngliche Funktion und können bei Bedarf auch entfallen, vorzugsweise dann, wenn das Steuerungsgehäuse direkt auf den Elektromotorgehäusen oder einen auf diesen angeordneten Träger aufsitzt. Um dies zu gewährleisten sind die Anschlussleitungen, vorzugsweise ohne dabei eine gehäusefreie Strecke zwischen dem Steuerungsgehäuse und dem Elektromotorgehäuse zu überwinden, in das Steuerungsgehäuse geführt. Alternativ, falls auf separate Anschlussleitungen verzichtet werden soll, können auch unmittelbar die Elektromotorwicklungsdrähte aus dem Elektromotorgehäusen in das gemeinsame Steuerungsgehäuse geführt sein – auch hier bevorzugt ohne die Überbrückung eines freien Abstandes. Im Falle der unmittelbaren Anordnung des Steuerungsgehäuses auf den Elektromotorgehäusen können die Anschlussleitungen oder die Wicklungsdrähte direkt zugeführt sein. Im Falle der bevorzugten Anordnung des gemeinsamen Steuerungsgehäuses auf den Klemmkästen sind die Anschlussleitungen bzw. die Wicklungsdrähte bevorzugt durch den jeweiligen Klemmkasten in das Steuereinheitsgehäuse geführt, wobei die Klemmkästen dabei den Abstand zwischen dem Steuerungsgehäuse und den Elektromotoren überbrücken.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsvariante, bei der der Steuerung ein Fluid-Kühler (Wärmetauscher zur Abführung der Abwärme der Steuerung) zugeordnet ist, der vorzugsweise Kühlwasser durchströmt bzw. durchströmbar ist. Um ein möglichst kompaktes Antriebsmodul zu erhalten ist es zweckmäßig, diesen Fluid-Kühler für die Steuerung innerhalb des Steuerungsgehäuses anzuordnen.
Insbesondere um weitgehend auf Standardbaueinheiten zurückgreifen zu können, ist es bevorzugt, wenn die Steuerung für jede Motoreinheit eine eigene Steuereinheit umfasst. Insgesamt sind also gemäß der Weiterbildung der Erfindung zwei in Summe die Steuerung bildenden Steuereinheiten vorgesehen.
Diese befinden sich bevorzugt innerhalb des Steuerungsgehäuses, u. a. zur Reduzierung der EMV. Ganz besonders bevorzugt umfasst jede Steuereinheit eine Wärmeleitplatte, insbesondere aus Aluminium (hierunter wird auch eine Aluminiumlegierung verstanden), die von den Leistungshalbleiterelementen der jeweiligen Steuerung thermisch leitend kontaktiert ist.
Besonders zweckmäßig ist es nun, insbesondere um den Herstellungsaufwand zu minimieren und um eine äußerst kompakte Bauweise zu erreichen, wenn die Wärmeleitplatten der Steuereinheiten Bestandteil eines Kühlkörpers des Fluid-Kühlers sind. Anders ausgedrückt bilden die Wärmeleitplatten der Steuereinheiten Wände oder zumindest Wandabschnitte des Kühlkörpers, sind also rückseitig unmittelbar mit Kühlfluid anströmbar bzw. kontaktierbar. Auf einen von den Wärmeleitplatten separaten, mit Strömungskanälen versehenen Kühlkörper kann somit mit Vorteil verzichtet werden.
Besonders zweckmäßig ist eine Anordnung der Wärmeleitplatten, bei der diese zwei parallele Seitenwände des Kühlkörpers bilden, wobei sich der Kühlkörper vorzugsweise mittig bezogen auf die Breitenerstreckung des Antriebsstrangmoduls befindet und sich vorzugsweise senkrecht zu einer von den Motorwellen der Motoreinheiten gebildeten Achse erstreckt.
Wie bereits angedeutet ist jede Wärmeplatte wärmeleitend, unmittelbar oder mittelbar kontaktiert von Leistungshalbleiterelementen der zugehörigen Steuereinheit, so dass die entstehende Abwärme optimal in die Wärmeleitplatte eingeleitet und von dieser unmittelbar an das, vorzugsweise in einem Kreislauf geförderte Kühlfluid abgebbar ist. Es ist denkbar, dass die Leistungshalbleiterelemente die jeweilige Wärmeleitplatte unmittelbar kontaktieren, d. h. an dieser anliegen. Ganz besonders zweckmäßig zur Gewährleistung eines gleichbleibenden Wärmeübergangs ist es jedoch, wenn zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen und der Wärmeleitplatte ein wärmeleitender Klebstoff, insbesondere Wärmeleitpaste angeordnet ist.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Leistungshalbleiterelemente auf einer Leiterplatte der jeweiligen Steuereinheit angeordnet sind, wobei sich diese Leiterplatte in einem Gehäuse der Steuereinheit befindet, wobei das Gehäuse fluidkühlerseitig von der Wärmeleitplatte gebildet ist. Bevorzugt ist das Gehäuse in einem der Wärmeleitplatte gegenüberliegenden Bereich aus Kunststoff ausgebildet. Besonders bevorzugt trägt dieses Gehäuse, vorzugsweise auf einer von der Wärmeleitplatte abgewandten Seite Anschlüsse zum Anschließen von Anschlussleitungen zur Kontaktierung der Elektromotorwicklungen oder zum unmittelbaren Anschließen der Elektromotorwicklungsdrähte. Eine derartige Ausführungsform ist besonders bevorzugt, wenn wie zuvor erläutert, auf die ursprüngliche Funktion der Klemmkästen und/oder auf die Klemmkästen als solches verzichtet wird. Die Kontaktierung der Elektromotorwicklungsdrähte bzw. der Anschlussdrähte zur Kontaktierung der Elektromotorwicklungen findet also nicht außerhalb des Steuerungsgehäuses statt, sondern in diesem, vorzugsweise an den innerhalb des Steuerungsgehäuses angeordneten Gehäusen der Steuereinheiten.
Ganz besonders zweckmäßig ist es, wenn die Gehäuse der Steuereinheiten alternativ oder bevorzugt zusätzlich zu den Anschlüssen für die Elektromotorwicklungsdrähte Anschlüsse zum Anschließen von Energieversorgungsleitungen aufweisen, also Anschlüsse zur Kontaktierung des Energieversorgungsnetzes, welches als Energiespeicher bzw. Energiequelle bevorzugt mehrere Batterieanordnungen (vorzugsweise jeweils umfassend mehrere in Reihe geschaltete Batterien) umfasst. Dabei sind an jedem Steuereinheitsgehäuse bevorzugt mindestens zwei, vorzugsweise jeweils zwei Anschlusskontakte (Plus und Minus) aufweisende, Anschlüsse vorgesehen, um an jedes Steuereinheizgehäuse mindestens zwei Batterieanordnungen anschließen zu können, die am oder bevorzugt im Steuereinheitsgehäuse, vorzugsweise vor der eigentlichen Steuerelektronik in Reihe geschaltet sind. Dies eröffnet die Möglichkeit im Kraftfahrzeug außerhalb des Steuereinheitsgehäuses nur (Nieder-)Spannungsleitungen (Energieversorgungsleitungen) zu führen, die jeweils eine Batterieanordnungsspannung von vorzugsweise unter 50 V, insbesondere von etwa 48 V führen, so dass das Gefährdungspotential, insbesondere im Crashfall deutlich reduziert wird. Die eigentliche Motorbetriebsspannung, insbesondere von 96 V, wird durch das In-Reihe-Schalten von Batterieanordnungen innerhalb des Steuerungsgehäuses, vorzugsweise an oder in jedem Steuereinheitsgehäuse erreicht.
Ganz besonders zweckmäßig ist es, wenn zusätzlich zu dem Fluid-Kühler für die Steuerung mindestens ein Fluid-Kühler für die Elektromotoreinheiten vorgesehen ist, wobei der Fluid-Kühler für die Steuerung und der mindestens eine Fluid-Kühler für die Elektromotoreinheiten bevorzugt nicht hydraulisch in Reihe, sondern parallel zueinander angeordnet sind. Zwar ist eine Anordnung in Reihe theoretisch denkbar, jedoch entstehen Wärmespitzen sowohl in den Elektromotoreinheiten als auch in der Steuerung in der Regel gleichzeitig, so dass in diesem Fall der zum Einsatz kommende Wärmetauscher sowie das Fluidleitungssystem entsprechend größer dimensioniert werden müssten, um das Kühl-Fluid entsprechend ausreichend herunterzukühlen. Bevorzugt handelt es sich bei dem mindestens einen Fluid-Kühler für die Elektromotoreinheiten um ein im Motorgehäuse aufgenommenes Leitungssystem zur Aufnahme von Abwärme der Elektromotoreinheiten. Bevorzugt ist für jede Motoreinheit ein eigener Fluid-Kühler vorgesehen, wobei die Fluid-Kühler der Elektromotoreinheiten in Reihe geschaltet werden können oder alternativ, was bevorzugt ist hydraulisch parallel.
Bevorzugt vereinigen sich die Ableitungen des Fluid-Kühlers für die Steuerung und des mindestens einen Fluid-Kühlers für die Elektromotoreinheiten in oder vor einem Kraftfahrzeug-Wärmetauscher, an dem die aufgenommene Abwärme, vorzugsweise über den Fahrtwind abgegeben werden kann. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug-Wärmetauscher um einen serienmäßig im Kraftfahrzeug vorhandenen Wärmetauscher, wobei es bevorzugt ist, ein in der Regel vorhandenes Gebläse (Lüfter) zu entfernen, d. h. den Wärmetauscher lüfterfrei auszubilden, um somit Gewicht zu sparen. Ein elektromotorisch betriebener Lüfter wird nicht benötigt, da im langsamen Fahrbetrieb oder im Stillstand in der Regel nur mit einem geringen Maß an Abwärme zu rechnen ist (im Gegensatz zum Verbrennungsmotor).
Ganz besonders zweckmäßig ist es, wenn die Wärmeleitplatten über jeweils eine Ringdichtung an dem Rahmen (Tragrahmen) anliegen bzw. gegen diesen verspannt sind. Hier wird die Dichtheit des von dem Rahmen und den Wärmeleitplatten gebildeten Kühlkörpers sichergestellt. Bei Bedarf kann auf realisierbare Dichtungsnuten zur Aufnahme der Ringdichtungen verzichtet werden, da das Kühlmittelsystem bevorzugt nur mit geringem Förderdruck arbeitet. Siedetemperaturen des Kühlmittels, insbesondere von Kühlwasser, können bevorzugt nicht erreicht werden.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei der die Steuerung als Drehmomentsteuereinheit zur Steuerung und/oder Regelung der Elektromotordrehmomente ausgebildet ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass sich die vorzugsweise als Synchronmotoren ausgebildeten Elektromotoren hinsichtlich der Drehzahl automatisch an die erforderliche Drehzahl, insbesondere bei Kurvenfahrten, anpassen bzw. einstellen. Bevorzugt erfolgt die Drehmomentsteuerung in Abhängigkeit der Gas- und/oder Bremspedalposition, d. h. der Fahrer gibt das von der Steuerung angeforderte Drehmoment vor. Im Falle der Ausbildung der Steuerung als Drehmomentsteuereinheit kann das nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Antriebsstrangmodul auch als elektrisches Differential bezeichnet werden, mit dem ein Schlupf der Antriebsräder weitgehend vermeidbar ist. Bevorzugt ist die Steuerung derart ausgebildet, dass diese bestrebt ist, dass beide Motoreinheiten das gleiche Drehmoment liefern. Hierbei können die Elektromotoreinheiten bei voneinander abweichender Drehzahl betrieben werden. Durch eine derartige Ausbildung der Steuerung wird auf überraschend einfache Weise eine Anti-Schlupf-Funktion realisiert, die bei Verbrennungsmotorkraftfahrzeugen bisher nur durch eine aufwändige Traktionsregelung, in der Regel durch Bremseingriff, realisierbar ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass in einem Bereich zwischen den Elektromotoreinheiten eine, ganz besonders bevorzugt elektromagnetisch und/oder permanentmagnetisch bearbeitende Bremse, vorzugsweise eine Feststellbremse oder Fahrassistentbremse, vorzugsweise eine elektrische Kupplung, angeordnet ist. Diese ist in Weiterbildung der Erfindung derart ausgebildet, dass mit dieser die Motorwellen der Elektromotoreinheiten mit einer feststehenden Scheibe kuppelbar sind, um die Elektromotoreinheiten im Stillstand zu blockieren und/oder um die Bremswirkung zu unterstützen und/oder was bevorzugt ist, beim Abbremsen elektrische Energie zu erzeugen, die in das Energieversorgungsnetz des Kraftfahrzeugs einspeisbar ist. Die Bremse kann auch als Fahrassistentbremse ausgebildet sein, die vorzugsweise von der Steuerung für die Elektromotoreinheiten ansteuerbar ist, insbesondere derart, dass ein unbeabsichtigtes Zurückrollen und/oder ein ruckhaftes Anfahren vermieden wird. Die Bremse greift, insbesondere in Abhängigkeit von Steuersignalen der Steuerung entsprechend regelend auf das Fahrverhalten ein, indem die zur Verfügung gestellte Bremskraft an die jeweilige Fahrsituation angepasst wird.
Die Bremse kann, insbesondere wenn diese als Feststellbremse ausgebildet ist, derart ausgebildet sein, dass eine vorzugsweise magnetisch erzeugte Feststellkraft, insbesondere nach einer vorgegebenen Zeit, durch einen mechanischen Federkraftsteller unterstützt wird oder dass die Feststellkraft, insbesondere nach einer vorgegebenen Zeit, vollständig von einem Federkraftsteller bereitgestellt wird. In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Auslösung einer Feststellmechanik der Bremse mittels Elektromagnetismus im Zug/Druckbetrieb erfolgt, wobei es auch denkbar ist, insbesondere alternativ die Bremse, insbesondere die Feststellbremse mit mindestens einem elektromotorischen Steller anzutreiben.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein Bremszustand, insbesondere ein statisches Festhaltemoment, mit welchem die Bremse die Motorwellen festhält aufgehoben wird durch einen elektromagnetischen Impuls der Steuerung, wobei dieser bevorzugt ausgegeben wird im Zusammenhang bzw. im Zeitpunkt der Ansteuerung der Motoreinheiten. Hierdurch kann auf das bisher notwendige gleichzeitige manuelle Verwalten von Handbremse, Kupplung und Gaspedal, zumindest teilweise verzichtet werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Tragstruktur Mittel zum Festlegen des Antriebstrangmoduls an, vorzugsweise auf den Federdomen, insbesondere im Motorraum, aufweiset. Dabei können die Mittel beispielsweise als Querarm mit endseitigen Ringflanschen zur Auflage auf die Federdome ausgebildet sein. Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Antriebsstrandmodul zusätzlich in einem unteren Bereich an der Fahrzeugkarosserie festgelegt ist, um ein Verschwenken des Antriebsstrangmoduls bei Beschleunigungs- oder Bremsdrehmomentkraftbeaufschlagung zu verhindern.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsvariante, bei der am Steuerungsgehäuse, vorzugsweise außen am Steuerungsgehäuse, eine Energietrenneinrichtung angeordnet, um das Antriebsmodul, mit dem Energieversorgungsnetz des Kraftfahrzeugs verbinden bzw. das Antriebsmodul vom Energieversorgungsnetz abkoppeln zu können. Bevorzugt umfasst die Energietrenneinrichtung mindestens eine Buchse und/oder mindestens einen Stecker die mit einem entsprechenden Gegenelement (Stecker oder Buchse) des Energieversorgungsnetzes verbindbar ist. Mit Vorteil ist die Energietrenneinrichtung frei zugänglich angeordnet und ist auch für den Laien aufgrund der Steckerkonfiguration selbsterklärend. Besonders bevorzugt besteht eine Greifmöglichkeit zur Betätigung der Energietrenneinrichtung im Kühlergrillbereich des Kraftfahrzeugs. Ganz besonders zweckmäßig ist es, wenn die Energietrenneinrichtung auf einer Oberseite des Steuereinheitsgehäuses angeordnet ist. Bevorzugt sind Mittel zur mechanischen Fixierung des Steckers oder der Buchse des Energieversorgungsnetz am entsprechenden Gegenteil (Buchse oder Stecker) des Antriebsstrangmoduls vorgesehen um ein unbeabsichtigtes Lösen der Energieverbindung sicher zu verhindern.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Energiebrenneinrichtung mehrere Buchsen/Steckerpaare aufweist, vorzugsweise für jede Steuereinheit bzw. für jede Motoreinheit mindestens ein, vorzugsweise ausschließlich ein Buchsen/Steckerpaar. Es ist auch denkbar jeder Batterieanordnung oder jeder Gruppe von Batterieanordnungen eine Energietrenneinrichtung zuzuweisen.
Bevorzugt ist die Energiebrenneinrichtung derart ausgebildet, dass mit dieser Energieversorgungsleitungen und über diese Batterieanordnungen an das Steuerungsgehäuse anschließbar sind, welche jeweils eine maximale Spannung von unter 50 V führen, wobei das In-Reihe-Schalten zum Erreichen der Motorbetriebsspannung, wie zuvor erläutert, vorzugsweise innerhalb des Steuergehäuses erfolgt. Es ist denkbar, für jede Batterieanordnung mit einer maximalen Betriebsspannung von unter 50 V ein eigenes Stecker/Buchsenpaar vorzusehen.
Ein weiterer Vorteil der Energietrenneinrichtung besteht darin, dass im Falle eines Unfalls die Feuerwehr bzw. Helfer sofort den Stromkreis sicher unterbrechen können, wobei die Energietrenneinrichtung bzw. deren Funktion selbsterklärend ist.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsvariante, bei der mindestens zwei Batterien oder mindestens zwei, mehrere, insbesondere in Reihe geschaltete, Batterien umfassende Batterieanordnungen innerhalb des Steuerungsgehäuses in Reihe geschaltet werden. Anders ausgedrückt sind in Weiterbildung der Erfindung die Anschlusskabel für die mindestens zwei Batterien oder Batterieanordnungen, vorzugsweise über die vorgenannte Energietrenneinheit, zum bzw. in das Steuereinheitsgehäuse geführt und werden erst im Inneren durch Reihenschaltung spannungsmäßig addiert, um auf diese Weise auch Hochvoltmotoren, beispielsweise 600 V-Motoren einsetzen zu können ohne dass es hierzu notwendig wäre, Hochvoltleitungen durch das gesamte Fahrzeug zu führen, was insbesondere im Crashfall zu einer Gefährdung von Personen führen kann. Ganz besonders beträgt die Betriebsspannung der vorzugsweise beiden zum Einsatz kommenden Elektromotoren, jeweils, zumindest näherungsweise 96 V, so dass zum Betreiben jedes Elektromotors eine Reihenschaltung von jeweils zwei Batterieanordnungen möglich ist, die jeweils eine Betriebsspannung von 48 V aufweisen. Durch die abgekapselte Bauweise des Moduls können also gefahrlos Hochvoltmotoren eingesetzt werden, wenn die Spannungsaddition (Reihenschaltung) erst innerhalb des gemeinsamen Steuerungsgehäuses realisiert ist, welches in unmittelbarer Nähe zu den Motoreinheiten angeordnet ist. Bevorzugt sind die innerhalb des Steuerungsgehäuses in Reihe geschalteten Batterien bzw. Batterieanordnungen über das Kraftfahrzeug verteilt angeordnet.
Wie eingangs bereits erläutert, erfolgt die Reihenschaltung von mindestens zwei Batterieanordnungen an und/oder in den Steuereinheitsgehäusen der innerhalb des Steuerungsgehäuses angeordneten Steuereinheiten. Ganz besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung des Antriebsmoduls, bei der diesem, insbesondere zur liegenden Montage ein Montagerahmen als Bestandteil der Tragstruktur zugeordnet ist, wobei der Montagerahmen zum Festlegen des Antriebsmoduls mittelbar oder unmittelbar an der Fahrzeugkarosserie dient. Ganz besonders zweckmäßig ist, wenn der Montagerahmen umfänglich geschlossen, vorzugsweise im Querschnitt rechteckig konturiert ist. Bei Bedarf kann der Montagerahmen mit den zuvor erläuterten Mitteln zum Festlegen des Antriebsstrangmoduls an den Federdomen zusammenwirken, insbesondere in dem mindestens ein Querarm mit endseitigen Ringflanschen an dem Montagerahmen festgelegt ist.
Der Montagerahmen kann ein Bestandteil des Steuerungsgehäuses bilden, insbesondere Seitenwände von diesem und/oder das Steuerungsgehäuse kann an diesem festgelegt sein. Auch ist es denkbar, dass der Montagerahmen das Steuerungsgehäuses nur indirekt über die Motoreinheiten trägt.
Bevorzugt wird der Montagerahmen von den Getriebegehäusen der vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebe seitlich durchsetzt, wobei der Montagerahmen bevorzugt an den Getriebegehäusen und/oder an den Motoreinheitsgehäuses festgelegt ist.
Die Erfindung führt zudem auf ein Montageverfahren zur Montage eines Antriebsstrangmoduls, welches nach dem Konzept der Erfindung ausgebildet ist in einem zunächst einen Verbrennungsmotor aufweisenden Kraftfahrzeug. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte:

• Demontage des Verbrennungsmotors sowie des Getriebes,
• Einbau des Antriebsstrangmoduls durch Festlegen an der Fahrzeugkarosserie,
• Verbinden der Wellen mit den Rädern, und
• elektrisches Kontaktieren des Antriebsstrangmoduls mit einem Energieanschluss mindestens einer Batterieanordnung, vorzugsweise von mehreren Batterieanordnungen.

Ferner führt die Erfindung auf ein Fahrzeug, umfassend ein nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Antriebsstrangmodul. Bevorzugt handelt es sich um ein Kraftfahrzeug, bei dem das Antriebsstrangmodul nachgerüstet wurde.
Dabei kann das Antriebsstrangmodul als Frontantriebsmodul oder als Heckantriebsmodul ausgebildet und angeordnet sein.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Fluid-Kühler für die Steuerung und der mindestens eine Fluid-Kühler für die Elektromotoreinheiten an einem gemeinsamen, vorzugsweise lüfterfreien, Fahrzeug-Wärmetauscher angeschlossen sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Figuren.
Diese zeigen in:
1 eine perspektivische Ansicht eines Antriebsstrangmoduls, wobei die endseitigen Gelenke der Gelenkwellen zur Anbindung der Gelenkwellen an die Räder aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt sind,
2 eine weitere perspektivische Ansicht des Antriebsstrangmoduls gemäß 1, wobei eine Tragstruktur zu erkennen ist, die im Wesentlichen zwei von den Getrieben durchsetzte, in Hochrichtung verlaufenden Tragplatten umfasst, an denen die Motoreinheiten festgelegt sind, wobei die Tragplatten im Bereich ihres oberen Endes an einem zwei Tragrohre umfassenden Querarm festgelegt sind, der endseitige Ringflansche zum Festlegen des Antriebsmoduls an Federdomen aufweist. Zu erkennen ist im unteren Bereich der Tragplatten eine Drehmomentstütze zur Fixierung des Antriebsmodul im Bereich seines unteren Endes an der Kraftfahrzeugkarosserie,
3 bis 6 insgesamt vier klapprichtige Darstellungen des Antriebsmodul gemäß den 1 und 2 mit seinen zwei, jeweils einem Elektromotor umfassenden Motoreinheiten, welche über jeweils ein als Planetengetriebe ausgebildetes Übersetzungsgetriebe mit jeweils einer Gelenkwelle verbunden sind,
7 eine weitere perspektivische Darstellung eines Antriebsmoduls mit dem oberhalb der Motoreinheiten angeordneten Steuerungsgehäuse, in welches unmittelbar die Anschlusskabel für die Motorwicklungen oder alternativ direkt die Motorwicklungsdrähte geführt sind,
8 ein Antriebsmodul mit einem alternativ ausgeführten Querarm, umfassend lediglich ein einzige Trägerrohr,
9 eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangmoduls mit auf einer Oberseite des Steuerungsgehäuses angeordneter Energietrenneinrichtung, welche einen ersten Steckverbinder umfasst, der mit einem zweiten Stecker verbindbar ist. Zu erkennen ist eine mechanische Fixiermöglichkeit zum mechanischen aneinander Fixieren der beiden Steckverbinder. Der zweite Steckverbinder sitzt endseitig auf Anschlusskabeln für das Energieversorgungsnetz. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante werden mit ein und demselben Steckverbinder mehrere Batterieanordnungen separat voneinander, d. h. elektrisch isoliert voneinander angeschlossen und erst innerhalb des Steuerungsgehäuses in Reihe geschaltet,
10 eine Darstellung des Antriebsmoduls mit abgenommenem Steuereinheitsgehäuse, wobei die Klemmkästen der Motoreinheiten zu erkennen sind, auf denen im montierten Zustand das Steuerungsgehäuse aufsitzt. Zu erkennen sind die jeweils sechs Löcher zur Durchführung der Anschlusskabel für die Statorwicklungen,
11 eine Ansicht des Antriebsmoduls mit abgenommenem Steuerungsgehäuse, wo die an einem Tragrahmen fixierten Wärmeleitplatten der Steuereinheiten zu erkennen sind. Zu erkennen ist auch der Kühlanschluss am Tragrahmen zur aktiven, rückwärtigen Kühlung der Steuereinheiten,
12 eine Darstellung eines Antriebsstrangmoduls mit einem umfangsgeschlossenen Montagerahmen, der wie dargestellt zur liegenden Montage des Antriebsstrangmoduls in einem Kraftfahrzeug dient und der für eine aufrechte Montage mit Mitteln zum Festlegen des Antriebsstrangmoduls an den Federdomen verbunden werden kann, wie diese teilweise in den vorhergehenden Figuren gezeigt sind,
13 eine schematische Explosionsdarstellung des Fluidkühlers für die beiden Steuereinheiten der Steuerung, und
14 eine schematische Darstellung der Frontseite eines Steuereinheitsgehäuses mit Anschlüssen zum Anschließen mehrerer Batterieanordnungen sowie zum Anschließen von Wicklungsdrähten.
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sollen als untereinander kombinierbar offenbart gelten.
In 1 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel eines nachrüstbaren elektrischen Antriebsstrangmoduls 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Dieses umfasst zwei nebeneinander angeordnete Motoreinheiten 2, 3, mit in diesem Ausführungsbeispiel jeweils einem einzigen Elektromotor 4, 5. Bei den Elektromotoren 4, 5 handelt es sich um bei einer Betriebsspannung von 96 V betreibbare Elektromotoren. Jeder Motoreinheit 2, 3 ist eine als Gelenkwelle ausgebildete Welle 6, 7 zugeordnet, wobei die integralen Anschlussmittel (z. B. Flansch) zum Festlegen am Fahrzeugrad sowie ein endseitiges Gelenk aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt sind. Zwischen jeder Welle 6, 7 und dem zugehörigen Elektromotor 4, 5 bzw. der zugehörigen Motoreinheit 2, 3 ist ein Übersetzungsgetriebe 8, 9 angeordnet, wobei die Übersetzungsgetriebe 8, 9 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Planetengetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis i = 7 ausgebildet sind. Die Motoreinheiten 2, 3 sind über die Gehäuse der Übersetzungsgetriebe 8, 9 an einer Tragstruktur 10 festgelegt, die an der Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) festlegbar ist. Die Tragstruktur 10 umfasst Mittel 11 zum Festlegen des Antriebsstrangmoduls an Federdomen im Kraftfahrzeug. Diese Mittel 11 umfassen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Querarme 12 an deren Enden Ringflansche 13, 14 vorgesehen sind, um das Antriebsstrangmodul 1 auf den Federdomen verschrauben zu können.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Tragstruktur 10 zwei parallel zueinander angeordnete seitliche Tragplatten 15, 16, die von den Übersetzungsgetrieben 8, 9 seitlich durchsetzt sind und die mit den Gehäusen der Übersetzungsgetriebe 8, 9 verschraubt sind. Die Tragplatten 15, 16 sind fest verbunden mit den Mitteln 11. Auf einer von den Mitteln 11 abgewandten Seite befinden sich als Langlöcher ausgebildete Befestigungsöffnungen 17 zum Festlegen des Antriebsstrangmoduls 1 an der Fahrzeugkarosserie. Die Befestigungsöffnungen 17 dienen (im festgelegten Zustand) als Drehmomentsperre.
Ferner ist zu erkennen, dass auch den Elektromotorgehäusen 18, 19 der Motoreinheiten 2, 3 ein aus Metall ausgebildetes Steuerungsgehäuse 20 aufsitzt, in dem die in 1 nicht gezeigte Steuerung für die Elektromotoren 4, 5 bzw. die Motoreinheiten 2, 3 angeordnet ist. Die nicht dargestellte Steuerung umfasst später noch zu erläuternde Steuereinheiten, und zwar für jede Motoreinheit 2, 3 eine eigene Steuereinheit. Die nicht dargestellten Wicklungsdrähte der Elektromotoren 4, 5 sind nicht frei zwischen den Elektromotoren 4, 5 und der Steuerung verlegt, sondern unmittelbar aus den Elektromotorgehäusen 18, 19 durch nicht dargestellte Klemmkästen hindurch in das Steuerungsgehäuse 20, in welchem sie an die Steuereinheiten angeklemmt sind. An die Steuereinheiten sind wiederum nicht dargestellte, im Fahrzeug verteilt angeordnete Batterieanordnungen angeschlossen, wobei jede Batterieanordnung bevorzugt eine Betriebsspannung von weniger als 50 V aufweist und die in Reiheschaltung zum Erreichen der Motorbetriebsspannung innerhalb des Steuerungsgehäuses 20 erfolgt.
2 zeigt eine andere perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 1. Die 3 bis 6 zeigen klapprichtige Darstellungen des Ausführungsbeispiels gemäß der 1 und 2, wobei schematisch in 4 eine als Feststellbremse ausgebildete Bremse 21 gezeigt ist, die gleichzeitig auf beide nicht dargestellten Motorwellen der Elektromotoren wirkt. Die Bremse 21 ist mittels der nicht dargestellten Steuerung ansteuerbar. Bevorzugt handelt es sich um eine elektromagnetische Bremsvorrichtung, insbesondere eine Feststellbremse. Zusätzlich oder alternativ zum Vorsehen einer Bremse können die Elektromotoreinheiten 2, 3, vorzugsweise die Gehäuse der Elektromotoren, über Verbindungsmittel aneinander festgelegt sein, wobei die Verbindungsmittel bevorzugt zwischen den Elektromotoreinheiten 2, 3 angeordnet sind.
7 zeigt wiederum eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels gemäß der 1 bis 6.
Das Ausführungsbeispiel eines nachrüstbaren Antriebsstrangmoduls 1 gemäß 8 unterscheidet sich von den voranstehenden Ausführungsbeispielen lediglich durch eine abgewandelte Ausführung der Mittel 11 zum Festlegen des Antriebsstrangmoduls an den Federdomen eines Kraftfahrzeugs. Vorhanden sind die Tragplatten 15, 16, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich einen einzigen, entsprechend tragfähiger ausgestalteten Querarm 12 tragen, welcher endseitig mit den Ringflanschen 13, 14 zum Verschrauben mit dem Federdom ausgestattet ist.
Aus der Darstellung eines alternativen Antriebsstrangmoduls 1 gemäß 9 ist eine außen am Steuerungsgehäuse 20 angeordnete Energietrenneinrichtung 22 zu erkennen, die zum Anschließen von Energieversorgungsleitungen 23 des Energieversorgungsnetzes dient. Die Energietrenneinrichtung 22 umfasst eine fest am Steuerungsgehäuse 20 angeordnete Buchse 24 in die ein Stecker 26 mit den daran kontaktierten Energieversorgungsleitungen 23 anschließbar ist. Die Energietrenneinrichtung 22 weist Verriegelungsmittel 27 zum Verhindern eines unbeabsichtigten Lösens auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine einzige Energietrenneinrichtung 22 vorgesehen, wobei es bevorzugt ist, dass die Energieanschlussleitungen 23 mehrere Adern führen, die jeweils elektrische Energie mit einer Betriebsspannung von unter 50 V führen. Die Inreiheschaltung erfolgt innerhalb des Steuerungsgehäuses 20. Es ist auch denkbar für jede Batterieanordnung oder für Gruppen für Batterieanordnungen jeweils eine Energietrenneinrichtung vorzusehen.
10 zeigt eine Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 8 wobei zur Veranschaulichung das Steuerungsgehäuse 20 mit Steuerungen sowie Fluid-Kühler entfernt wurde. Zu erkennen sind die beiden Motoreinheiten 2, 3, die jeweils einen Klemmkasten 28, 29 aufweisen, in welchem üblicherweise die Anklemmung der Wicklungsdrähte erfolgt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wicklungsdrähte aus den Elektromotorgehäusen 18, 19 unmittelbar durch die Klemmkästen 28, 29 hindurch in das Steuerungsgehäuse 20 geführt. Hierfür sind in Deckelplatten 30, 31 der Klemmkästen 28, 29, die nur eine Durchleitfunktion, keine Klemmfunktion mehr haben entsprechende Öffnungen 32 vorgesehen, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel innerhalb von elastischem Material ausgebildet sind. Das Steuerungsgehäuse 20 sitzt im montierten Zustand auf diesem elastischen Material und damit auf den Deckelplatten 30, 31 der Klemmkästen 28, 29 auf.
11 zeigt eine Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 10 mit abgenommenem Steuerungsgehäuse jedoch mit schematisch dargestellter Steuerung 33, umfassend zwei Steuereinheiten 34, 35. Ferner ist ein Fluid-Kühler 36 für die Steuerung 33 gezeigt, der von Wärmeleitplatten 37, 38 der Steuereinheiten 34, 35 mitgebildete ist. Die Wärmeleitplatten 37, 38 begrenzen unmittelbar einen direkt Fluid durchflossenen Kühlkörper 39 und sind zu diesem Zweck an einem umfangsgeschlossenen Rahmen 40 in Parallelausrichtung festgelegt. Seitlich in den Rahmen 40 mündet ein Fluideingang 41 zum Anschluss einer Fluidzuführleitung. Ebenso ist ein nicht dargestellter Fluidausgang zum Ableiten des erwärmten Kühlfluids vorgesehen (nicht dargestellt).
Die Wärmeleitplatten 37, 38 sind Bestandteil der Steuereinheitsgehäuse bzw. tragen die Steuerung und sind auf der Rückseite unmittelbar Kühlfluid angeströmt und auf der von dem Rahmen 40 abgewandten Flachseite von nicht dargestellten Leistungshalbleiterelementen der jeweiligen Steuereinheit wärmeleitend kontaktiert. Zudem ist als Bestandteil des Gehäuses um die Leistungshalbleiterbauelemente, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind, ein Kunststoffgehäuse, insbesondere ein wannenartiges Kunststoffgehäuseteil umschlossen, an welchem außen Anschlüsse zum Anschließen von Energieversorgungsleitungen sowie von Wicklungsdrähten vorgesehen sind.
In diesem Zusammenhang wird auf 13 verwiesen, in welcher der Fluid-Kühler 36 schematisch in einer Explosionsdarstellung gezeigt ist. Zu erkennen ist der zentrische Rahmen 40, an dem seitlich die Wärmeleitplatten 37, 38 der Steuereinheiten 34, 35 anschließbar bzw. anschraubbar sind, ggf. unter der Zwischenanordnung einer Ringdichtung.
In der Zeichnungshälfte links ist zu erkennen, dass die Steuereinheiten 34, 35 (aus Übersichtlichkeitsgründen hier nur dargestellt bei der in der Zeichnungsebene linken Steuereinheit 34) ein Steuereinheitsgehäuse 42 umfassen, was rückwärtig von einer Wärmeleitplatte 37 aus Aluminium gebildet ist, die direkt innerhalb des Rahmens 40 Fluid angeströmt ist. Auf der Wärmeleitplatte 37 sitzt eine Kunststoffwanne 43 bzw. Kunststoffschale auf, die das rechtliche Gehäuse bildet und an welcher Anschlüsse für Wicklungsdrähte sowie Energieversorgungsleitungen, insbesondere zum Anschluss mehrerer Batterieanordnungen zur in Reihe Schaltung der Batterieanordnungen, innerhalb der jeweiligen Steuereinheit vorgesehen sind.
Am Rahmen 40 ist zu erkennen, dass neben dem Fluideingang 41 ein Fluidausgang 44 vorgesehen ist.
Lediglich exemplarisch ist in der Zeichnungshälfte rechts die Wärmeleitplatte 38 der Steuereinheit 35 ohne Kunststoffwanne gezeigt. Dargestellt sind Leistungshalbleiterelemente 45, die über Wärmeleitpaste die Wärmeleitplatte 38 thermisch kontaktieren.
In 14 ist lediglich schematisch eine von dem Rahmen 40 abgewandte Frontseite 46 eines Steuereinheitsgehäuses 42 dargestellt. Zu erkennen sind die beiden Anschlüsse 47, jeweils umfassend einen Pluspol und einen Minuspol zum Anschluss von in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Batterieanordnungen, die in der Steuereinheit in Reihe geschaltet sind. Ferner sind Anschlüsse 48 zum Anschließen der Wicklungsdrähte an die eigentliche Steuerung vorgesehen.
In 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangmoduls 1 gezeigt. Zu erkennen ist ein umfangsgeschlossener Montagrahmen 49 zur liegenden Montage zum Anschluss von zuvor im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen erläuterten Mitteln oder zum Aufhängen an Federdomen. Der Montagrahmen 49 umschließt ein unmittelbar auf den Motoreinheiten 2, 3 sitzendes Steuerungsgehäuse 20, welches mit zwei Energietrenneinrichtungen 22 versehen ist. Der Montagrahmen 49 verbessert die EMV und dient gleichzeitig als Behrürungsschutz für die gesamte Motorelektrik insbesondere für die Leistungselektronik. Zu erkennen ist ein Anschluss 50 zum Anschluss der Steuerung der Motoreinheiten.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrangmodul
2: Motoreinheit
3: Motoreinheit
4: Elektromotor
5: Elektromotor
6: Welle
7: Welle
8: Übersetzungsgetriebe
9: Übersetzungsgetriebe
10: Tragstruktur
11: Mittel
12: Querarm(e)
13: Ringflansch
14: Ringflansch
15: Tragplatte
16: Tragplatte
17: Befestigungsöffnung (Drehmomentsperre)
18: Elektromotorgehäuse
19: Elektromotorgehäuse
20: Steuerungsgehäuse
21: Bremse
22: Energietrenneinrichtung
23: Energieversorgungsleitung
24: Buchse
26: Stecker
27: Verriegelungsmittel
28: Klemmkasten
29: Klemmkasten
30: Deckelplatte
31: Deckelplatte
32: Öffnungen
33: Steuerung
34: Steuereinheit
35: Steuereinheit
36: Fluid-Kühler
37: Wärmeleitplatte
38: Wärmeleitplatte
39: Kühlkörper
40: Rahmen
41: Fluideingang
42: Steuereinheitsgehäuse
43: Kunststoffwanne
44: Fluidausgang
45: Leistungshalbleiterelemente
46: Frontseite
47: Anschlüsse
48: Anschlüsse
49: Montagerahmen
50: Anschluss

Claims

Nachrüstbares elektrisches Antriebsstrangmodul (1) für ein Kraftfahrzeug, mit zwei nebeneinander angeordneten Motoreinheiten (2, 3), jeweils umfassend mindestens einen Elektromotor (4, 5), wobei jede Motoreinheit (2, 3) über jeweils eine als Gelenkwelle ausgebildete Welle (6, 7) mit einem anzutreibenden Rad wirkverbindbar ist und wobei zwischen jeder Motoreinheit (2, 3) und der zugehörigen Welle (6, 7) ein, vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildetes, Übersetzungsgetriebe (8, 9) angeordnet ist, und wobei die Motoreinheiten (2, 3) an einer Tragstruktur (10) festgelegt sind, die an der Kraftfahrzeugkarosserie festlegbar ist.
Antriebsstrangmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Elektromotoren (4, 5) ein gemeinsames Steuerungsgehäuse (20) zugeordnet ist, welches ein Bestandteil des Antriebsstrangmoduls (1) bildet.
Antriebsstrangmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsgehäuse (20) elektromagnetisch schirmend, insbesondere aus Metall, ausgebildet ist.
Antriebsstrangmodul nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (4, 5) jeweils einen Klemmkasten (28, 29) aufweisen, und dass das Steuerungsgehäuse (20) auf den Klemmkästen (28, 29), ggf. auf einem auf den Klemmkästen angeordneten, vorzugsweise elastischen, Material oder alternativ auf Elektromotorgehäusen oder auf auf diesen angeordnetem elastischem Material oder auf einer auf diesen angeordneten Träger aufsitzt.
Antriebsstrangmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlussleitungen zur Kontaktierung der Elektromotorwicklungen, insbesondere zur Kontaktierung von Statorwicklungen, oder alternativ die Elektromotorwicklungsdrähte aus den Elektromotorgehäusen in das gemeinsame Steuerungsgehäuse (20) geführt und dort elektrisch mit einem Energieversorgungsanschluss verbindbar sind.
Antriebsstrangmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen bzw. die Elektromotorwicklungsdrähte durch den jeweiligen Klemmkasten (28, 29) hindurch oder direkt aus dem jeweiligen Elektromotorgehäuse unmittelbar in das Steuerungsgehäuse (20) geführt sind.
Antriebsstrangmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, vorzugsweise innerhalb des Steuerungsgehäuse (20), ein Fluid-Kühler (36) für die Steuerung (33) vorgesehen ist.
Antriebsstrangmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (33) zwei Steuereinheiten (34, 35) umfasst, die jeweils eine Wärmeleitplatte (37, 38), insbesondere aus Aluminium, umfassen, die Bestandteil eines mit Kühlfluid durchströmbaren Kühlkörpers (39) sind.
Antriebsstrangmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (39) einen, vorzugsweise umfangsgeschlossenen Rahmen (40) umfasst, an dem die, vorzugsweise parallel zueinander angeordneten, Wärmeleitplatten (37, 38) festgelegt sind und den Kühlkörper (39) seitlich begrenzen, so dass das Kühl-Fluid unmittelbar die Wärmeleitplatten (37, 38) anströmen kann.
Antriebsstrangmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wärmeleitplatte (37, 38) wärmeleitend mit Leistungshalbleiterelementen (45) der zugehörigen Steuereinheit (34, 35) verbunden ist, insbesondere indem zwischen den Leistungshalbleiterelementen (45) und der jeweiligen Wärmeleitplatte (37, 38) ein wärmeleitender Klebstoff, insbesondere Wärmeleitplaste, vorgesehen ist.
Antriebsstrangmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheiten (34, 35) jeweils ein Gehäuse umfassen, welches rückwärtig von der jeweiligen Wärmeleitplatte (37, 38) gebildet ist und an dem Anschlüsse (47, 48) für die Anschlussleitungen zur Kontaktierung der Elektromotorwicklungen oder unmittelbar für die Elektromotorwicklungsdrähte vorgesehen sind.
Antriebsstrangmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Gehäuse Anschlüsse (47, 48) zum Anschließen von Energieversorgungsleitungen (23) vorgesehen sind, die innerhalb des Steuerungsgehäuses (20), vorzugsweise an den oder innerhalb der Gehäuse der Steuereinheiten (34, 35), in Reihe geschalteten sind.
Antriebsstrangmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluid-Kühler (36) für die Steuerung (33) und mindestens ein Fluid-Kühler (36) für die Elektromotoreinheiten (2, 3) hydraulisch parallel geschaltet sind.
Antriebsstrangmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluid-Kühler (36) für die Steuerung (33) und der Fluid-Kühler für die Elektromotoreinheiten (2, 3) an einen Fahrzeugwärmetauscher anschließbar sind, der bevorzugt kein Gebläse aufweist.
Antriebsstrangmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (33) als Drehmomentsteuerung zur Steuerung (33) und/oder Regelung der Elektromotordrehmomente ausgebildet ist.
Antriebsstrangmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (33) derart ausgebildet ist, dass diese an beiden Motoreinheiten (2, 3) das gleiche Drehmoment einstellend ausgebildet ist.
Antriebsstrangmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (11), insbesondere ein Querarm (12) mit endseitigen Ringflanschen (13, 14), zum Festlegen des Antriebsstrangmoduls (1) an den Federdomen vorgesehen sind.
Antriebsstrangmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektromotoreinheiten (2, 3?) eine, insbesondere elektromagnetische und/oder permanentmagnetische, Bremse (21), vorzugsweise eine Feststellbremse und/oder eine Fahrassistentbremse angeordnet ist, die auf Motorwellen oder Motorwellenverlängerungen der Elektromotoreinheiten sitzt.
Antriebsstrangmodul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (21) als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie ausgebildet ist und dass die Energie in ein Energieversorgungsnetz des Kraftfahrzeugs einspeisbar ist.
Antriebsstrangmodul nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (21) über die Steuerung (33) ansteuerbar ist.
Antriebsstrangmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere außen, am Steuerungsgehäuse (20) eine Energietrenneinrichtung (22) zum Anschließen und Abkoppeln des Antriebsstrangmoduls (1) an die bzw. von dem Energieversorgungsnetz des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.
Antriebsstrangmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Steuerungsgehäuses (20), vorzugsweise innerhalb von Steuereinheitsgehäusen (42), mindestens zwei außerhalb des Steuerungsgehäuses (20) angeordnete Batterien, oder mindestens zwei, jeweils mehrere Batterien umfassende Batterieanordnungen elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Antriebsstrangmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsgehäuse (20) an einem, vorzugsweise umfangsgeschlossenen, Montagerahmen (49) der Tragstruktur (10) festegelegt und/oder abschnittsweise von diesem gebildet ist.
Antriebsstrangmodul nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Montagerahmen (49) von dem Getriebegehäusen durchsetzt ist und/oder, insbesondere seitlich, an den Motoreinheitsgehäusen und/oder an den Getriebegehäusen festgelegt ist.
Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrangmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsstrangmodul (1) als FrontAntriebsstrangmodul oder als HeckAntriebsstrangmodul ausgebildet und angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluid-Kühler (36) für die Steuerung (33) und der Fluid-Kühler (36) für die Elektromotoreinheiten (2, 3) an einen, vorzugsweise lüfterfreien, Fahrzeugwärmetauscher angeschlossen sind.