WO2022012797A1 - Elektrische achsanordnung und antriebsstrang für ein kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen achsanordnung - Google Patents

Elektrische achsanordnung und antriebsstrang für ein kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen achsanordnung Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electric axle arrangement for a drive train of a motor vehicle, a drivable axle, an electric machine, the axle being or can be connected to the electric machine for driving purposes, a coolant sump with liquid coolant and an elevated tank, the liquid coolant being the coolant sump can be conveyed into the elevated tank. Furthermore, the present invention relates to a drive train for a motor vehicle with at least one such electric axle arrangement.
  • a secondary drive of a motor vehicle is idling for a large part of its lifetime.
  • electrical secondary motor vehicle axles there is a need to cool an electrical machine assigned to this axle if required.
  • electrical machines are cooled by means of a liquid coolant, such as oil, with the delivery of the liquid coolant causing drag losses.
  • the electric axle arrangement according to the invention for a drive train of a motor vehicle comprises a drivable axle, an electric machine, the axle being drivingly connected or connectable to the electric machine, a coolant sump with liquid coolant and an elevated tank, the liquid coolant being pumped from the coolant sump into the elevated tank can be conveyed.
  • the elevated tank can be fluidly connected via a switchable valve to a cooling system for cooling the electric machine.
  • the axle can be connected to the electric machine in a drive-effective manner via a switch-on unit.
  • the valve can also be switched via the switching unit.
  • the connection unit preferably interacts with the valve in such a manner that it has an adjusting effect such that in a first operating state of the connection unit, namely in an operating state in which the electric machine is drivingly connected to the axle, the valve is open and that in a second operating state of the connection unit, namely in an operating state in which the electrical machine Ma is not drivingly connected to the axle, the valve is closed.
  • the valve is designed to be switched magnetically.
  • the drive train according to the invention for a motor vehicle comprises at least one electric axle arrangement according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of an electric axle arrangement.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of an electric axle arrangement.
  • FIG. 2 each show a schematic example of an electric axle arrangement 1 according to the invention for a drive train of a motor vehicle.
  • Each of the two electric axle assemblies 1 comprises a drivable axle 2, an electric machine 3, a coolant sump 4, a braided container 5, a valve and a cooling system 7.
  • the electric machine 3 is drivingly connected or can be connected to the axle 2 via a gear arrangement 11 .
  • Liquid coolant is located in the coolant sump 4 .
  • a liquid coolant means oil.
  • the liquid coolant can be conveyed from the coolant sump 4 into the braided container 5 .
  • the cooling system 7 serves to cool the electric machine 3.
  • the braided container 5 can be fluidically connected to the cooling system 7 for cooling the electrical machine 3 via the switchable valve 6 .
  • the coolant flows from the cooling system 7 of the electrical machine 3 back into the coolant sump 4.
  • Fig. 1 an exemplary first embodiment of an inventions to the invention electric axle assembly 1 is shown schematically.
  • an activation unit 8 is arranged on an intermediate shaft 9 of the transmission arrangement 11 .
  • the electrical machine 3 can be connected to the axle 2 in a drive-effective manner via this switch-on unit 8 .
  • connection unit 8 is connected to the switchable valve 6 for adjustment purposes, namely the connection unit 8 interacts with the valve 6 for adjustment purposes in such a way that in a first operating state of the connection unit 8, namely in an operating state in which the electric machine 3 is drivingly active with the axle 2 is connected, the valve 6 is open and that in a second operating state of the connection unit 8, namely in an operating state in which the electric machine 3 is not drivingly connected to the axis 2, the valve 6 is closed.
  • the gear wheel 10 conveys coolant from the coolant sump 4 into the elevated tank 8.
  • the valve 6, which is switched in a corresponding manner via the switch-on unit 8 in the second operating state of the switch-on unit 8, i.e. is closed the return flow of the Prevent coolant from the elevated tank 5 via the cooling system 7 into the coolant sump 4 and thus reduce the drag losses in the second operating state of the switch-on unit 8, since more coolant collects in the elevated tank 5 and the gear wheel 10 splashes in a reduced amount of coolant.
  • the valve 6 is connected via the Connection unit 8 is opened and the cooling system 7 for cooling the electric machine 3 is again supplied with coolant from the elevated tank 8 .
  • FIG. 2 an exemplary second embodiment of an inventions to the invention electric axle assembly 1 is shown schematically.
  • the switch-on unit 8 is omitted and the electric machine 3 is permanently connected to the axle 2 in a drive-effective manner.
  • the valve 6 is designed to be controlled magnetically.
  • valve 6 can be opened magnetically and the electric machine 3 can be cooled via the cooling system 7 .

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Abstract

Elektrische Achsanordnung (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine antreibbare Achse (2), eine elektrische Maschine (3), wobei die Achse (2) antriebswirksam mit der elektrischen Maschine (3) verbunden oder verbindbar ist, einen Kühlmittelsumpf (4) mit flüssigem Kühlmittel und einen Hochbehälter (5), wobei das flüssige Kühlmittel von dem Kühlmittelsumpf (4) in den Hochbehälter (5) förderbar ist, wobei der Hochbehälter (5) über ein schaltbares Ventil (6) mit einem Kühlsystem (7) zur Kühlung der elektrischen Maschine (3) fluidwirksam verbindbar ist sowie Antriebsstrang mit zumindest einer solchen elektrischen Achsanordnung (1).

Description

Elektrische Achsanordnung und Antriebsstranq für ein
Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Achsanordnung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Achsanordnung für einen An triebsstrang eines Kraftfahrzeugs eine antreibbare Achse, eine elektrische Ma schine, wobei die Achse antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbun den oder verbindbar ist, einen Kühlmittelsumpf mit flüssigem Kühlmittel und einen Hochbehälter, wobei das flüssige Kühlmittel von dem Kühlmittelsumpf in den Hochbehälter förderbar ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen An triebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen elektrischen Achs anordnung.
Stand der Technik
Ein sekundärer Antrieb eines Kraftfahrzeugs wird einen Großteil seiner Lebens dauer im Leerlauf mitgeschleppt. Im Falle von elektrischen Sekundär- Kraftfahrzeugachsen besteht die Notwendigkeit eine dieser Achse zugeordnete elektrische Maschine bei Bedarf zu kühlen. In der Regel werden elektrische Maschinen mittels einem flüssigen Kühlmittel, wie beispielsweise Öl, gekühlt, wobei die Förderung des flüssigen Kühlmittels Schleppverluste verursacht. Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen verbesserte elektrische Achsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges anzugeben. Weiterhin ist es Auf gabe der Erfindung einen verbesserten Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Achsanordnung anzugeben, der sich insbesondere durch reduzierte Schleppverluste und in weiterer Folge optimierte Reichweiten des Kraftfahrzeugs im elektrischen Betrieb auszeichnet.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 5 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausfüh rungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße elektrische Achsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine antreibbare Achse, eine elektrische Maschine, wobei die Achse antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbunden oder ver bindbar ist, einen Kühlmittelsumpf mit flüssigem Kühlmittel und einen Hochbehäl ter, wobei das flüssige Kühlmittel von dem Kühlmittelsumpf in den Hochbehälter förderbar ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist der Hochbehälter über ein schaltba res Ventil mit einem Kühlsystem zur Kühlung der elektrischen Maschine fluidwirk sam verbindbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Achse über eine Zuschalteinheit mit der elektrischen Maschine antriebswirksam verbindbar. Dabei ist das Ventil ebenso über die Zuschalteinheit schaltbar. Die Zuschalteinheit wirkt bevorzugt derart verstellwirksam mit dem Ventil zusam men, dass in einem ersten Betriebszustand der Zuschalteinheit, nämlich in einem Betriebszustand in dem die elektrische Maschine antriebswirksam mit der Achse verbunden ist, das Ventil geöffnet ist und dass in einem zweiten Betriebszustand der Zuschalteinheit, nämlich in einem Betriebszustand in dem die elektrische Ma schine nicht antriebswirksam mit der Achse verbunden ist, das Ventil geschlossen ist.
In einer alternativen Ausführungsvariante ist das Ventil magnetisch schaltbar aus geführt.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine erfindungsgemäße elektrische Achsanordnung.
Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der elektrischen Achsanordnung und in weiterer Folge des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs ist es möglich bei einem einfachen und bauteil- sowie kostenreduzierten Aufbau Schleppverluste weitestgehend zu reduzieren und so einen optimierten Betrieb der elektrischen Achsanordnung zu erzielen. Durch den Einsatz zumindest einer solchen elektri schen Achsanordnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs können durch die reduzierten Schleppverluste auf Achsebene erhöhte Reichweiten insbesonde re im elektrischen Betreib erreicht werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich nungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh rungsbeispiels einer elektrischen Achsanordnung. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels einer elektrischen Achsanordnung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In Fig. 1 und Fig. 2 ist jeweils schematisch ein Beispiel für eine erfindungsgemä ßen elektrische Achsanordnung 1 für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Jede der beiden elektrischen Achsanordnungen 1 umfasst eine an- treibbare Achse 2, eine elektrische Maschine 3, einen Kühlmittelsumpf 4, einen Flochbehälter 5, ein Ventil und ein Kühlsystem 7.
Die elektrischen Maschine 3 ist über eine Getriebeanordnung 11 antriebswirksam mit der Achse 2 verbunden oder verbindbar.
In dem Kühlmittelsumpf 4 befindet sich flüssiges Kühlmittel. In diesem Zusam menhang ist unter einem flüssigen Kühlmittel Öl zu verstehen.
Das flüssige Kühlmittel kann aus dem Kühlmittelsumpf 4 in den Flochbehälter 5 gefördert werden. In den beiden vorliegenden Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 erfolgt dies über ein sich drehendes Zahnrad 10 („final drive“), dass teilweise in den Kühlmittelsumpf 4 taucht, und geeignete Leiteinrichtungen (nicht dargestellt).
Das Kühlsystem 7 dient der Kühlung der elektrischen Maschine 3.
Der Flochbehälter 5 ist in beiden Ausführungsvarianten über das schaltbare Ventil 6 mit dem Kühlsystem 7 zur Kühlung der elektrischen Maschine 3 fluidwirksam verbindbar. Das Kühlmittel fließt aus dem Kühlsystem 7 der elektrischen Maschine 3 wieder zurück in den Kühlmittelsumpf 4. In Fig. 1 ist schematisch eine beispielhafte erste Ausführungsvariante eine erfin dungsgemäßen elektrischen Achsanordnung 1 dargestellt. In dieser ersten Aus führungsvariante ist auf einer Zwischenwelle 9 der Getriebeanordnung 11 eine Zuschalteinheit 8 angeordnet. Über diese Zuschalteinheit 8 kann die elektrische Maschine 3 antriebswirksam mit der Achse 2 verbunden werden.
Weiterhin ist die Zuschalteinheit 8 verstellwirksam mit dem schalbaren Ventil 6 verbunden und zwar wirkt die Zuschalteinheit 8 derart verstellwirksam mit dem Ventil 6 zusammen, dass in einem ersten Betriebszustand der Zuschalteinheit 8, nämlich in einem Betriebszustand in dem die elektrische Maschine 3 antriebswirk sam mit der Achse 2 verbunden ist, das Ventil 6 geöffnet ist und dass in einem zweiten Betriebszustand der Zuschalteinheit 8, nämlich in einem Betriebszustand in dem die elektrische Maschine 3 nicht antriebswirksam mit der Achse 2 verbun den ist, das Ventil 6 geschlossen ist.
Wird im Leerlauf die elektrische Maschine 3 über die Zuschalteinheit 8 von der Achse 2 abgekoppelt, so drehen sich noch die Zwischenwelle 9 und das Zahnrad 10 mit der Achse 2 mit. Durch diese Drehung fördert das Zahnrad 10 Kühlmittel vom Kühlmittelsumpf 4 in den Hochbehälter 8. Durch den Einsatz des Ventils 6, das über die Zuschalteinheit 8 in dem zweiten Betriebszustand der Zuschalteinheit 8 in entsprechender Weise geschaltet wird, nämlich geschlossen wird, kann man den Rückfluss des Kühlmittels aus dem Hochbehälter 5 über das Kühlsystem 7 in den Kühlmittelsumpf 4 verhindern und so die Schleppverluste im zweiten Be triebszustand der Zuschalteinheit 8 reduzieren, da sich mehr Kühlmittel im Hoch behälter 5 sammelt und so das Zahnrad 10 in einer reduzierten Menge Kühlmittel planscht.
Wird die elektrische Maschine 3 wieder an die Achse 2 angekoppelt (erster Be triebszustand der Zuschalteinheit 8), so wird das Ventil 6 über die Zuschalteinheit 8 geöffnet und das Kühlsystem 7 zur Kühlung der elektrischen Maschine 3 wieder mit Kühlmittel aus dem Hochbehälter 8 versorgt.
In Fig. 2 ist schematisch eine beispielhafte zweite Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen elektrischen Achsanordnung 1 dargestellt. In diesem Ausfüh rungsbeispiel entfällt die Zuschalteinheit 8 und die elektrische Maschine 3 ist per manent antriebswirksam mit der Achse 2 verbunden. Das Ventil 6 ist magnetisch ansteuerbar ausgeführt.
Befindet sich die elektrische Maschine 3 hierbei im Leerlauf wird ständig Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf 4 über das Zahnrad 10 und den Hochbehälter 5 in das Kühlsystem 7 der elektrischen Maschine 3 gefördert und unverhältnismäßig hohe Schleppverluste sind die Folge. Durch den Einsatz des Ventils 6, das magnetisch geschaltet wird, nämlich im Leerlauf der elektrischen Maschine 3 geschlossen wird, kann man den Rückfluss des Kühlmittels aus dem Hochbehälter 5 über das Kühlsystem 7 in den Kühlmittelsumpf 4 verhindern und so die Schleppverluste im Leerlauf der elektrischen Maschine 3 reduzieren, da sich mehr Kühlmittel im Hochbehälter 5 sammelt und so das Zahnrad 10 in einer reduzierten Menge Kühlmittel planscht.
Treibt die elektrische Maschine 3 die Achse 2 an so kann das Ventil 6 magnetisch geöffnet werden und so eine Kühlung der elektrischen Maschine 3 über das Kühl system 7 erfolgen.
Bezuqszeichenliste
1 Elektrische Achsanordnung
2 Achse
3 Elektrische Maschine
4 Kühlmittelsumpf 5 Hochbehälter
6 Ventil
7 Kühlsystem
8 Zuschalteinheit
9 Zwischenwelle 10 Zahnrad
11 Getriebeanordnung

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Achsanordnung (1 ) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahr zeugs umfassend eine antreibbare Achse (2), eine elektrische Maschine (3), wobei die Achse (2) antriebswirksam mit der elektrischen Maschine (3) verbunden oder verbindbar ist, einen Kühlmittelsumpf (4) mit flüssigem Kühlmittel und einen Hochbehälter (5), wobei das flüssige Kühlmittel von dem Kühlmittelsumpf (4) in den Hochbehälter (5) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochbehälter (5) über ein schaltbares Ventil (6) mit einem Kühlsystem (7) zur Kühlung der elektrischen Maschine (3) fluidwirksam verbindbar ist.
2. Elektrische Achsanordnung (1 ) nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Achse (2) über eine Zuschalteinheit (8) antriebswirksam mit der elektrischen Maschi ne (3) verbindbar ist.
3. Elektrische Achsanordnung (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ventil (6) über die Zuschalteinheit (8) schaltbar ist.
4. Elektrische Achsanordnung (1) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zuschalt einheit (8) derart mit dem Ventil (6) zusammenwirkt, dass in einem ersten Betriebszustand der Zuschalteinheit (8), nämlich einem Betriebszustand in dem die Achse (2) mit der elektrischen Maschine (3) antriebswirksam ver bunden ist, das Ventil (6) geöffnet ist und dass in einem zweiten Betriebs zustand der Zuschalteinheit (8), nämlich in einem Betriebszustand in dem die Achse (2) mit der elektrischen Maschine (3) nicht antriebswirksam ver- bunden ist, das Ventil (6) geschlossen ist.
5. Elektrische Achsanordnung (1 ) nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ventil (6) magnetisch schaltbar ist.
6. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug umfassend zumindest eine elektrische Achsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
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