Die Erfindung betrifft eine Kühlungseinrichtung sowie eine damit ausgestatte Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass in elektrischen Rotationsmaschinen im aktiven Betrieb Verlustleistung und dadurch ein Wärmeeintrag in die Wicklungen auch des Stators entsteht. Eine Kühlung kann somit zur Erhöhung der Effizienz der elektrischen Rotationsmaschine beitragen. Wenn die Kühlung über freie Konvektion, Wärmeleitung zu benachbarten Komponenten oder Wärmestrahlung in die Umgebung nicht mehr ausreicht ist eine aktive Kühlung erforderlich. Eine solche Kühlung kann durch ein bewegtes Fluid wie zum Beispiel eine Kühlflüssigkeit erfolgen.

Es ist bekannt, bei einer Innenläufer-Maschine die Kühlflüssigkeit durch einen um den Stator liegenden Kühlmantel zu führen. Erstrebenswert ist es allerdings, Wärme am Ort der größten Wärmeentstehung abzuführen, insbesondere an den Wicklungen bzw. am Blechpaket.

Zur Kühlung von elektrischen Antriebssystemen, welche eine elektrische Rotationsmaschine, eine Leistungselektronik und gegebenenfalls ein Getriebe aufweisen, gibt es unterschiedliche Ansätze.

DE 10 2018 216 600 A1 offenbart eine Anordnung zur Kühlung von Komponenten in einem Kühlkreislauf in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, wobei der Kühlkreislauf mindestens eine zu kühlende Komponente wie zum Beispiel eine Leistungselektronik, und einen Luftkühler aufweist, welche mittels einer ein Kühlmittel fassenden Leitung verbunden sind und den Kühlkreislauf bilden, wobei ferner entweder eine Pumpe sowie eine Temperaturmesseinrichtung in Flussrichtung des Kühlmittels von der Komponente zum Luftkühler hin angeordnet sind, wobei zwischen Pumpe und Luftkühler ein Temperatur gesteuerter oder Temperatur geregelter Bypass angeordnet ist, durch welchen der Weg zum Luftkühler verschließbar ist, und wobei zwischen Bypass und jeder der Komponenten eine weitere Leitung angeordnet ist, durch welche das von der Komponente über die Pumpe zum Luftkühler fließende Kühlmittel wieder zurück zu mindestens einer der Komponenten geführt wird, wenn der Weg des Kühlmittels zum Luftkühler durch den Bypass verschlossen ist. DE 10 2013 217 656 A1 offenbart ein Temperaturmanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Elektroantriebsmotor zum Bewegen des Fahrzeugs und einem Batteriestapel, der ausgestaltet ist, um Leistung zum Antreiben des Motors bereitzustellen. Das Temperaturmanagementsystem enthält ein Motorkühlsystem, das betrieben werden kann, um den Motor zu kühlen, und ein zweites Kühlsystem für thermische Lasten, das ausgestaltet ist, um Wärme von einer zweiten thermischen Last weg zu transportieren. Das zweite Kühlsystem für thermische Lasten kann mit dem Motor selektiv thermisch verbunden werden, um Wärme von diesem weg zu transportieren. Es wird ein Steuerungssystem bereitgestellt, das ausgestaltet ist, um eine Motorkühlsystem-Fehlersituation zu detektieren und das das zweite Kühlsystem für thermische Lasten betreiben kann, um das zweite Kühlsystem für thermische Lasten mit dem Motor thermisch zu verbinden, um den Elektroantriebsmotor in Ansprechen auf die Detektion der Motorkühlsystem -Fehlersituation zu kühlen. Es bilden dabei Fluidleitungen mehrere Leitungskreise, die einen Motorleitungskreis, einen Fahrgastzellenheizungs-Leitungskreis und eine Batteriestapel-Leitungskreis umfassen, die verwendet werden, um ein Kühlmittel durch mindestens einige der vorstehend erwähnten thermischen Lasten hindurch oder um diese herum zu transportieren und um das Kühlmittel nach Bedarf zu erwärmen oder zu kühlen. Dabei können der Motorleitungskreis, der Fahrgastzellenheizungs-Leitungskreis und der Batteriestapel-Leitungskreis alle fluidtechnisch miteinander verbunden werden, um zu ermöglichen, dass Kühlmittel von jedem der Kreise zu einem beliebigen anderen der Kreise transportiert wird.

DE 10 2019 119 124 A1 offenbart ein Kühl-Kälte-Kreislaufsystem mit einem Kombinationswärmetauscher; einem Kühlkreislauf, der derart angepasst ist, dass ein Kühlmittel in den Kombinationswärmetauscher einströmt, den Kombinationswärmetauscher durchströmt und aus dem Kombinationswärmetauscher ausströmt. Im Kühlkreislauf wird ein Kühlmittel, beispielsweise mit Additiven versetztes Wasser, durch einen Niedertemperaturkühler, eine Pumpe sowie eine Wärmequelle, beispielsweise einen Verlustwärme abgebenden Elektromotor, sowie den Kombinationswärmetauscher zirkuliert. Je nach Anordnung der Kühlung von Antriebskomponenten ergeben sich Zielkonflikte in Bezug auf die verwendeten Kühlmedien. So wird eine vorhandene Leistungselektronik aufgrund der besseren Wärmekapazität vorzugsweise mit wasserbasierten Kühlmedien, wie z.B. mit einem Wasser-Glykol-Gemisch, gekühlt. Die Abwärme im Getriebe wird üblicherweise durch das zur Schmierung vorhandene Getriebeöl abgeführt. In bisherigen Kühlanordnungen werden elektrische Maschinen in einen dieser Kühlkreise integriert.

Bei der direkten Nutkühlung findet die Basisisolierung nicht mehr über Isolationspapier in der Nut, sondern über einen isoliert gelagerten Stator statt. Dadurch kann das Volumen des ansonsten verwendeten Isolationspapiers für die Kühlkanäle verwendet werden.

Bei der Umsetzung der direkten Nutkühlung unter Verwendung von leitfähigen, wasserbasierten Kühlmedien bedarf es jedoch eines zusätzlichen Aufwandes zur elektrischen Isolation des Kühlsystems und der Antriebskomponenten. Getriebeöl zur Kühlung der elektrischen Maschine wird bei diesem Kühlkonzept aufgrund der Empfindlichkeit gegenüber Schmutzpartikel und Spänen für gewöhnlich nicht angewendet.

Zusätzlich erfordert die direkte Nutkühlung den Einsatz eines radialen Dichtelements zum Rotorraum. Dieses muss für hohe Drücke mit entsprechend größerer Materialstärke ausgelegt werden, was den elektromagnetischen Luftspalt und somit die Maschinenleistung gegenüber einer vergleichbaren elektrischen Rotationsmaschine mit konventioneller äußerer Mantelkühlung mindert.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kühlungseinrichtung sowie eine damit ausgestattete Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die in einfacher und kostengünstiger Ausgestaltung die zuverlässige Kühlung eines effizient zu betreibenden Stators einer elektrischen Rotationsmaschine ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die Kühlungseinrichtung nach Anspruch 1 sowie durch die Antriebsanordnung nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Kühlungseinrichtung sind in den Unteransprüchen 2-7 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen der Antriebsanordnung sind in den Unteransprüchen 9 und 10 angegeben. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.

Die Erfindung betrifft eine Kühlungseinrichtung zur zumindest bereichsweisen Kühlung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend einen Stator mit mehreren Nuten und einen Wärmetauscher, der mit einer ersten Eingangseinrichtung strömungstechnisch an die Nuten angeschlossen ist, sodass ein ölbasiertes Kühlmedium durch als Bestandteil eines ölbasierten Kreislaufs ausgebildete Nuten des Stators sowie durch die erste Eingangseinrichtung in den Wärmetauscher strömen kann. Der Wärmetauscher ist mit einer zweiten Eingangseinrichtung strömungstechnisch in einen wasserbasierten Kreislauf zur Führung eines wasserbasierten Kühlmediums eingebunden, so dass im Wärmetauscher Wärme vom ölbasierten Kühlmedium auf das wasserbasierte Kühlmedium übertragbar ist. Der Wärmetauscher kann auch als Wärmeübertrager bezeichnet werden. Der Wärmetauscher ist als ein Wärmetauscher ausgestaltet, der eine indirekte Wärmeübertragung zwischen den aufgenommenen Kühlmedien ermöglicht, über eine Trenneinrichtung des Wärmetauschers, wie z. B. wenigstens eine Platte im Fall der Ausführung des Wärmetauschers als Plattenwärmeübertrager oder auch über eine Rohrwand im Fall der Ausführung des Wärmetauschers als Rohrbündelwärmeübertrager. Entsprechend kann es nicht zu einer Mischung des ölbasierten Kühlmediums und des wasserbasierten Kühlmediums kommen.

Das ölbasierte Kühlmedium kann Öl sein, bzw. eine Emulsion.

Die Kühlungseinrichtung kann derart ausgeführt sein, dass im Stator bzw. im ölbasierten Kreislauf ölbasiertes Kühlmedium vorhanden ist, und in wasserbasierten Kreislauf wasserbasiertes Kühlmedium vorhanden ist. In den Nuten des Stators sind Wicklungen angeordnet. Eine erste Ausgangseinrichtung des Wärmetauschers kann strömungstechnisch mit den Nuten des Stators verbunden sein, so dass im Wärmetauscher abgekühltes ölbasiertes Kühlmedium aus dem Wärmetauscher über dessen erste Ausgangseinrichtung den Nuten wieder zuführbar ist. Eine zweite Ausgangseinrichtung des Wärmetauschers kann strömungstechnisch in ein weiteres Kühlungskonzept eingebunden sein, so dass beispielsweise das erwärmte wasserbasierte Kühlmedium in einem Hauptkühlkreis eines mit dem Stator ausgerüsteten elektromotorischen antreibbaren Kraftfahrzeugs strömt.

Weiterer Bestandteil des wasserbasierten Kreislaufes kann ein Kühler einer Leistungselektronik sein. Die gekühlte Leistungselektronik ist vorzugsweise eine Leistungselektronik, die einer mit dem Stator ausgerüsteten elektrischen Rotationsmaschine zugeordnet ist. Der Kühler der Leistungselektronik kann dabei ein integraler Bestandteil der Leistungselektronik sein, so dass die Leistungselektronik selbst ein Bestandteil der erfindungsgemäßen Kühlungseinrichtung ist.

Entsprechend ist derart Wärme von der Leistungselektronik über den Kühler an das wasserbasierte Kühlmedium übertragbar, und dieses wasserbasierte Kühlmedium ist dem Wärmetauscher zuführbar, wobei der wasserbasierte Kreislauf derart eingerichtet ist bzw. betreibbar ist, dass die Temperatur des wasserbasierten Kühlmediums geringer ist als die Temperatur des ölbasierten Kühlmediums, sodass Wärme des Stators über das ölbasierte Kühlmedium im Wärmetauscher auf das wasserbasierte Kühlmedium übertragbar ist.

Im ölbasierten Kreislauf kann eine Pumpe und/ oder ein Filter angeordnet sein. Zudem kann am ölbasierten Kreislauf ein Bypass ausgebildet sein, welcher den Stator umgeht. Der Volumenstrom des ölbasierten Kühlmediums durch den Bypass und/ oder durch den Stator bzw. durch dessen Nuten kann durch ein Stellventil eingestellt werden.

Hinsichtlich der räumlichen Anordnung des Wärmetauschers kann vorgesehen sein, dass die Leistungselektronik und der Stator im Wesentlichen zwischen zwei gemeinsamen Ebenen angeordnet sind, wobei der Wärmetauscher entweder nicht zwischen den beiden Ebenen angeordnet ist, oder zwischen den beiden Ebenen angeordnet ist.

Bei einer Anordnung nicht zwischen den beiden Ebenen, und somit außerhalb eines von den Ebenen gebildeten Zwischenraums kann der Wärmetauscher oberhalb oder unterhalb von Leistungselektronik und Stator angeordnet sein. Bei einer Anordnung zwischen den beiden Ebenen, und somit innerhalb eines von den Ebenen gebildeten Zwischenraums ist der Wärmetauscher neben dem Stator bzw. neben der Leistungselektronik angeordnet.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Antriebsanordnung für ein zumindest teilweise elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Kühlungseinrichtung sowie ein Getriebe, wobei das Getriebe mittels Getriebeöls im Getriebe kühlbar ist und strömungstechnisch an einen im wasserbasierten Kreislauf integrierten weiteren Wärmetauscher angeschlossen ist, zur Zuführung des Getriebeöls an den weiteren Wärmetauscher zwecks Übertragung von Wärme vom Getriebeöl auf das wasserbasierte Kühlmedium im wasserbasierten Kreislauf. Das Getriebe ist eine separate Einheit und kann entstehende Abwärme über einen Luft-Ölkühler an die Umgebung abgeben oder mit Hilfe eines weiteren Wärmetauschers ebenfalls an den Hauptkühlkreis übertragen. Dieser Wärmetauscher kann entweder als zusätzlicher Wärmetauscher oder als gekühlte Fläche im Getriebegehäuse ausgeführt sein.

Der wasserbasierte Kreislauf kann dabei strömungstechnisch an einen Hauptkühlkreis angeschlossen sein oder einen Bestandteil des Hauptkühlkreises ausbilden. Der Hauptkühlkreis kann der Hauptkühlkreis eines Kraftfahrzeugs sein und einen eigenen bzw. den Wärmetauscher als Bestandteil aufweisen, zur Wärmeabgabe vom Stator sowie von der Leistungselektronik und gegebenenfalls vom Getriebe an Umgebung und/ oder an andere Einrichtungen eines mit der Antriebsanordnung ausgestatteten Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel an eine Fahrgastzelle.

In alternativer Ausführungsform kann Wärme des Getriebes auch über das Getriebegehäuse abgegeben werden.

Dabei ist der Ölkreislauf der mit dem Stator ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine nicht an den Ölkreislauf des Getriebes angeschlossen. Auch der weitere Wärmetauscher ist als ein Wärmetauscher ausgestaltet, der eine indirekte Wärmeübertragung zwischen aufgenommenen Kühlmedien ermöglicht, über eine Trenneinrichtung des weiteren Wärmetauschers, wie z. B. wenigstens eine Platte im Fall der Ausführung des weiteren Wärmetauschers als Plattenwärmeübertrager oder auch über eine Rohrwand im Fall der Ausführung des weiteren Wärmetauschers als Rohrbündelwärmeübertrager. Entsprechend kann es nicht zu einer Mischung des Getriebeöls und des wasserbasierten Kühlmediums kommen.

Dabei kann der Wärmetauscher im Wesentlichen eine Hohlzylinderform aufweisen und auf einer dem Getriebe gegenüberliegenden Seite einer den Stator umfassenden elektrischen Rotationsmaschine angeordnet sein, oder das Getriebe umgebend angeordnet sein, oder eine den Stator umfassende elektrische Rotationsmaschine umgebend angeordnet sein.

Im Fall der Anordnung des Wärmetauschers auf einer dem Getriebe gegenüberliegenden Seite einer den Stator umfassenden elektrischen Rotationsmaschine kann entsprechend der Wärmetauscher mit seiner Längsachse der Hohlzylinderform achsparallel zu einer Ausgangswelle der elektrischen Rotationsmaschine bzw. einer Eingangswelle des Getriebes angeordnet sein.

Im Fall der Anordnung des Wärmetauschers derart, dass er das Getriebe umgibt, ist entsprechend vorgesehen, dass das Getriebe zumindest bereichsweise in dem von der Hohlzylinderform des Wärmetauschers ausgebildeten Raum aufgenommen ist. Im Fall der Anordnung des Wärmetauschers derart, dass er die elektrische Rotationsmaschine umgibt, ist entsprechend vorgesehen, dass die elektrische Rotationsmaschine zumindest bereichsweise in dem von der Hohlzylinderform des Wärmetauschers ausgebildeten Raum aufgenommen ist.

Die erfindungsgemäße Kühlungseinrichtung und die damit ausgestattete Antriebsanordnung weisen die Vorteile auf, dass damit eine effektive Kühlung der Leistungselektronik mit Wasser-Glykol durchführbar ist, ohne dabei eine Sauberkeitsproblematik in der elektrischen Rotationsmaschine aufgrund von Verunreinigungen aus dem Getriebe oder Komponenten aus dem Hauptkühlkreis in Kauf nehmen zu müssen. Im Stator der elektrischen Rotationsmaschine lässt sich durch die Verwendung dielektrischer Kühlmedien zusätzlicher Isolationsaufwand verringern, bei gleichzeitiger Gewährleistung der Einhaltung der notwendigen elektrischen Sicherheit.

Zudem ergibt sich dadurch eine große Gestaltungsfreiheit bei der Anordnung der Komponenten im ölbasierten Kreislauf der elektrischen Rotationsmaschine.

Bei Vorhandensein einer Pumpe kann diese an einem strömungstechnischen Auslass des Stators angeordnet sein, und ein Filter kann an einem strömungstechnischen Einlass des Stators angeordnet sein, um den maximalen Fluid-Druck innerhalb des Stators gering zu halten. Entsprechend lässt sich der Druck auf einen Bereich zwischen 0,1 bar und 1 bar begrenzen. Dies wiederum ermöglicht es, radiale Dichtelemente in den Nuten mit einer geringen Wandstärke auszuführen und entsprechend den Luftspalt zwischen Stator und Rotor klein zu halten. Aufgrund des allgemein geringen Drucks ist zudem die Gefahr der Beschädigung von Dichtungsund Isolationsbauteilen verringert.

Dies ermöglicht ein größeres Strömungsvolumen in den Nuten und entsprechend die Bereitstellung eines notwendigen Wärmekapazitätsstroms sowie des daraus resultierenden Wärmeübergangs. Des Weiteren ermöglicht diese Ausgestaltung eine Minimierung der Verlustleistung durch geringe Strömungswiderstände und den Einsatz einer darauf ausgelegten Pumpe mit minimaler Leistungsaufnahme.

Die elektrische Rotationsmaschine kann mit einer maximalen Temperatur des ölbasierten Kühlmediums von 80°C bis 120°C betrieben werden.

Die aufgeführte Wärme kann an anderer Stelle genutzt werden, wie zum Beispiel in einem Thermomanagementsystem eines mit der Kühlungseinrichtung bzw. dem damit ausgestatteten Antriebsanordnung ausgerüsteten Kraftfahrzeugs.

Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

Figur 1 : die erfindungsgemäße Kühlungseinrichtung in schematischer Ansicht, Figur 2: den wasserbasierten Kreislauf der Kühlungseinrichtung,

Figur 3: eine erste Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers außerhalb von zwei Ebenen,

Figur 4: eine zweite Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers außerhalb von zwei Ebenen,

Figur 5: eine dritte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers außerhalb von zwei Ebenen, Figur 6: eine vierte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers außerhalb von zwei Ebenen,

Figur 7: eine erste Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen,

Figur 8: eine zweite Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen,

Figur 9: eine dritte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen,

Figur 10: eine vierte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen,

Figur 11 : eine fünfte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen,

Figur 12: eine sechste Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen,

Figur 13: eine siebente Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen,

Figur 14: eine erste Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers in Bezug zu einem Getriebe,

Figur 15: eine zweite Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers in Bezug zu einem Getriebe, und

Figur 16: eine dritte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers in Bezug zu einem Getriebe.

Zunächst wird der allgemeine Aufbau der erfindungsgemäßen Kühlungseinrichtung 1 anhand von Figur 1 erläutert.

Die Kühlungseinrichtung 1 umfasst eine elektrische Rotationsmaschine 10, die einen hier nicht extra dargestellten Stator umfasst, in dem Nuten ausgebildet sind, in denen Wicklungen verlaufen.

Des Weiteren umfasst die Kühlungseinrichtung 1 einen Wärmetauscher 20. der Wärmetauscher 20 ist mit einer ersten Eingangseinrichtung 21 strömungstechnisch mit Nuten des Stators der elektrischen Rotationsmaschine 10 verbunden. Eine erste Ausgangseinrichtung 23 des Wärmetauschers 20 ist ebenfalls strömungstechnisch mit den Nuten des Stators der elektrischen Rotationsmaschine 10 verbunden. Dadurch wird ein ölbasierter Kreislauf 40 ausgebildet ist, der dazu eingerichtet ist, ölbasiertes Kühlmedium 41 durch die Nuten in der elektrischen Rotationsmaschine 10 sowie durch den Wärmetauscher 20 zu führen.

Der Wärmetauscher 20 ist mit einer zweiten Eingangseinrichtung 22 und mit einer zweiten Ausgangseinrichtung 24 in einen wasserbasierten Kreislauf 30 eingebunden, der dazu eingerichtet ist, wasserbasiertes Kühlmedium 31 durch den Wärmetauscher 20 strömen zu lassen.

Entsprechend kann in den Nuten des Stators der elektrischen Rotationsmaschine 10 vorhandene Wärme auf das ölbasierte Kühlmedium 41 übertragen werden. Durch Zuführung des ölbasierten Kühlmediums 41 in den Wärmetauscher 20 kann hier Wärme von dem ölbasierten Kühlmedium 41 auf das wasserbasierte Kühlmedium 31 im wasserbasierten Kreislauf 30 übertragen werden. Damit kann effizient Wärme von der elektrischen Rotationsmaschine 10 abgeführt werden. Zur Anwendung kommt vorzugsweise ein dielektrisches Wärmeträger- oder Getriebeöl als ölbasiertes Kühlmedium 41 .

In den wasserbasierten Kreislauf 30 ist des Weiteren eine Leistungselektronik 60 integriert, gegebenenfalls mit einem eigenen, hier nicht extra dargestellten Kühler. Von der Leistungselektronik 60 bzw. deren Kühler ist Wärme von der Leistungselektronik 60 auf das wasserbasierte Kühlmedium 31 im wasserbasierten Kreislauf 30 übertragbar.

Der wasserbasierte Kreislauf 30 kann dabei ein Bestandteil eines Hauptkühlkreises 50 sein, wie zum Beispiel eines Hauptkühlkreises 50 eines mit der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 ausgestatteten elektromotorisch antreibbaren Kraftfahrzeugs.

Entsprechend lässt sich aufgrund des wasserbasierten Kühlmediums 31 , welches insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch sein kann, sehr effizient Wärme von der Leistungselektronik 60 abführen sowie auch Wärme von der elektrischen Rotationsmaschine 10 abführen. Aufgrund dessen, dass die Leistungselektronik 60 und die elektrische Rotationsmaschine 10 von unterschiedlichen Strömungsmedien durchflossen werden, ist der elektrische Isolationsaufwand an der elektrischen Rotationsmaschine 10 relativ gering, bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hohen Effizienz hinsichtlich der Wärmeabfuhr von der Leistungselektronik 60 und einer geringen Verschmutzungsneigung.

Der ölbasierte Kreislauf 40 ist in Figur 2 separat dargestellt. Hinzukommend zu den bereits in Bezug auf Figur 1 erläuterten Bestandteilen des ölbasierten Kreislaufs 40, weist dieser in der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform des Weiteren zwischen dem Wärmetauscher 20 und elektrische Rotationsmaschine 10 einen Filter 80 auf, zur Filterung des ölbasierten Kühlmediums 41 .

Des Weiteren ist hier eine Pumpe 70 ersichtlich, die stromabwärts der elektrischen Rotationsmaschine 10 und somit vor dem Wärmetauscher 20 angeordnet ist. Um Druckschwankungen auszugleichen ist an den ölbasierten Kreislauf 40 des Weiteren ein Ausgleichsbehälter 90 oder Druckspeicher angeschlossen, zum Ausgleich der temperaturbedingten Volumenausdehnung des ölbasierten Kühlmediums 41.

Des Weiteren weist der ölbasierte Kreislauf 40 in der hier dargestellten Ausführungsform ein Stellventil 101 auf, durch welches der Volumenstrom an ölbasierten Kühlmedium 41 durch einen Bypass 100 einstellbar ist, der die elektrische Rotationsmaschine 10 umgeht.

Zur räumlichen Anordnung der Komponenten der Kühleinrichtung 1 gibt es verschiedene Ansätze, die nach Platzierung des Wärmetauschers 20 unterschieden werden. Der Wärmetauscher 20 ist in den hier dargestellten Varianten als Plattenwärmetauscher ausgeführt. Dabei können seine Abmessungen je nach Verbauungsposition angepasst sein und die Plattengeometrie, sowie die innere Verschaltung von seriellen und parallelen Kanälen mit Blick auf Druckverlust und Wärmeleistung geändert werden.

Figuren 3-6 zeigen dabei Möglichkeiten der Anordnung des Wärmetauschers 20 außerhalb von 2 Ebenen 110,111 , die parallel zueinander angeordnet sind und zwischen denen die elektrische Rotationsmaschine 10 sowie die Leistungselektronik 60 angeordnet sind.

Figur 3 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 flach ausgeführt ist und auf der Oberseite eines Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert ist. Der Filter 80 schließt dabei im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche des Gehäuses ab. Der Wärmetauscher 20 ist oberhalb der zweiten Ebene 111 und demzufolge oberhalb der elektrischen Rotationsmaschine 10 angebracht. Figur 4 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers 20, bei der der Filter 80 flach ausgeführt ist und auf der Unterseite eines Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert ist. Der Filter 80 schließt dabei im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche des Gehäuses ab. Der Wärmetauscher 20 ist unterhalb der ersten Ebene 110 und demzufolge unterhalb der elektrischen Rotationsmaschine 10 angebracht. Der Wärmetauscher 20 nutzt die komplette Fläche unterhalb der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60.

Figur 5 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt ist und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen von elektrischer Rotationsmaschine 10 und Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist ebenfalls von unten angebracht und nutzt die komplette Fläche unterhalb der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60.

Figur 6 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt ist und auf der Oberseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen von elektrischer Rotationsmaschine 10 und Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist ebenfalls von oben angebracht.

Figuren 7 bis 13 zeigen dabei Möglichkeiten der Anordnung des Wärmetauschers 20 zwischen den zwei Ebenen 110,111 , die parallel zueinander angeordnet sind und zwischen denen die elektrische Rotationsmaschine 10 sowie die Leistungselektronik 60 angeordnet sind.

Figur 7 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 quaderförmig und flach ausgeführt ist und in einer Vertiefung des Gehäuses der Leistungselektronik 60 verbaut ist. Daneben ist der Wärmetauscher 20 verbaut und nutzt die komplette seitliche Fläche des Gehäuses der Leistungselektronik aus.

Figur 8 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt ist und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert ist und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist neben der Leistungselektronik 60 verbaut und nutzt die komplette seitliche Fläche des Gehäuses der Leistungselektronik 60 aus. Figur 9 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 verbaut und nutzt die komplette Fläche der Komponenten aus. Dadurch kann Bauraum eingespart werden, da einige begrenzende Gehäusewände durch den Wärmetauscher ersetzt werden.

Figur 10 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 quaderförmig und flach ausgeführt ist und in einem Freiraum zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 integriert ist. Der Wärmetauscher 20 ist zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 verbaut und nutzt die komplette Fläche der Komponenten aus. Dadurch kann Bauraum eingespart werden, da einige begrenzende Gehäusewände durch den Wärmetauscher ersetzt werden. Figur 11 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 verbaut und nutzt dabei eine Vertiefung am Gehäuse der Leistungselektronik 60 mit, wodurch die benötigte Breite verringert wird.

Figur 12 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 verbaut und nutzt dabei einen Freiraum innerhalb der Leistungselektronik 60 mit, wodurch die benötigte Breite verringert wird.

Figur 13 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 verbaut und ist seitlich des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 angeordnet. Dadurch kann Bauraum eingespart werden, da einige begrenzende Gehäusewände durch den Wärmetauscher 20 ersetzt werden. Figuren 14 bis 16 zeigen Ausgestaltungen und Möglichkeiten der Anordnung des Wärmetauschers 20, bei denen der Wärmetauscher 20 im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders definiert. Der Wärmetauscher 20 kann dabei aus ringförmigen Platten aufgebaut sein. Gleichzeitig zeigen die Figuren 14-16 Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung.

Figur 14 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Wärmetauscher 20 auf einer einem Getriebe 120 axial gegenüberliegenden Seite der elektrischen Rotationsmaschine 10 angeordnet ist.

Der benötigte Bauraum wird entweder um die axiale Länge und/oder durch die radiale Größe der Hohlzylinderform des Wärmetauschers 20 erweitert.

Entsprechend ist hier der Wärmetauscher 20 auf der Drehachse der elektrischen Rotationsmaschine 10 bzw. des Getriebes 120 angeordnet.

Figur 15 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der hohlzylinderförmige Wärmetauscher 20 um das Getriebe 120 herum angeordnet ist und dabei ein Gehäuse des Getriebes ersetzt. Der benötigte Bauraum wird entweder um die axiale Länge und/oder durch die radiale Größe der Hohlzylinderform des Wärmetauschers 20 erweitert. Zusätzlich kann in dieser Ausführungsform eine Getriebeölkühlung umgesetzt werden, in dem das Getriebeöl von innen an gekühlte Stellen des Wärmetauschers 20 gespritzt wird.

Figur 16 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der hohlzylinderförmige Wärmetauscher 20 um die elektrische Rotationsmaschine 10 herum angeordnet ist und dabei Teile des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 ersetzt. Eingänge und Ausgänge des Wärmetauschers 20 sind dadurch mit sehr kurzen Leitungen umsetzbar. Die Länge des Wärmetauschers 20 ist auf die Länge des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 angepasst. Der benötigte Bauraum wird entweder um die axiale Länge und/oder durch die radiale Größe der Hohlzylinderform des Wärmetauschers 20 erweitert.

Die in Figuren 15 und 16 dargestellten Ausführungsformen haben den Vorteil, dass damit jeweils ein axial sehr kompakt bauendes Design möglich ist, da die Welle der elektrischen Rotationsmaschine 10 und/oder des Getriebes 120 durch den Wärmetauscher 20 geführt werden.

Mit der hier vorgeschlagenen Kühlungseinrichtung sowie der damit ausgestatteten Antriebsanordnung werden Einrichtungen zur Verfügung gestellt, die in einfacher und kostengünstiger Ausgestaltung die zuverlässige Kühlung eines effizient zu betreibenden Stators einer elektrischen Rotationsmaschine ermöglichen.

Bezuqszeichenliste

1 Kühlungseinrichtung

10 elektrische Rotationsmaschine

20 Wärmetauscher

21 erste Eingangseinrichtung

22 zweite Eingangseinrichtung

23 erste Ausgangseinrichtung

24 zweite Ausgangseinrichtung

30 wasserbasierter Kreislauf

31 wasserbasiertes Kühlmedium

40 ölbasierter Kreislauf

41 ölbasiertes Kühlmedium

50 Hauptkühlkreis

60 Leistungselektronik

70 Pumpe

80 Filter

90 Ausgleichsbehälter

100 Bypass

101 Stellventil

110 Erste Ebene

111 Zweite Ebene

120 Getriebe