DE10000253A1 - Antriebssystem - Google Patents
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Abstract
Ein Antriebssystem umfasst eine Elektromaschine (12) mit einer Rotoranordnung (22), welche mit einer Antriebswelle (18) zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, und mit einer Statoranordnung (20), sowie eine Kopplungseinrichtung (14), vorzugsweise hydrodynamische Kopplungseinrichtung, deren Eingangsbereich (16) mit der Antriebswelle (18) zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, wobei an der Antriebswelle (18) ein Kopplungselement (54) angebracht oder anbringbar ist, das einen Rotor-Wechselwirkungsbereich (42) der Rotoranordnung (22) trägt und das mit dem Eingangsbereich (16) der Kopplungseinrichtung (14) zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem, umfassend eine
Elektromaschine mit einer Rotoranordnung, welche mit einer Antriebswelle
zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, und mit einer
Statoranordnung, sowie eine Kopplungseinrichtung, vorzugsweise
hydrodynamische Kopplungseinrichtung, deren Eingangsbereich mit der
Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist.
Bei derartigen Antriebssystemen wirkt die Elektromaschine im Allgemeinen
als Starter/Generator-Anordnung, d. h. sie kann zum einen im Wirkungs
zustand als Starteranordnung ein Drehmoment erzeugen, das zur Antriebs
welle übertragen wird und beispielsweise zum Anlassen einer Brenn
kraftmaschine dient. Auch kann sie in diesem Zustand zum Liefern eines
unterstützenden Drehmomentes oder eines Antriebsdrehmoments wirken.
Im Generatorbetrieb bei laufender Antriebsmaschine kann diese Starter/
Generator-Anordnung dann elektrische Energie erzeugen bzw. aktiv zur
Schwingungsdämpfung beitragen. Ein Ziel derartiger Anordnungen ist es,
eine möglichst geringe Baugröße bei größtmöglichem Leistungsvermögen zu
erreichen. Dies führt im Allgemeinen dazu, dass die verschiedenen Baugrup
pen mit der kleinstmöglichen axialen Baulänge ausgebildet werden, was
jedoch insbesondere bei der Elektromaschine häufig zu Problemen hinsicht
lich deren Leistungsvermögen führt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Antriebssystem vor
zusehen, das bei einfacher Montagemöglichkeit eine sehr geringe axiale
Baugröße aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Antriebssystem,
umfassend eine Elektromaschine mit einer Rotoranordnung, welche mit einer
Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, und
mit einer Statoranordnung, sowie eine Kopplungseinrichtung, vorzugsweise
hydrodynamische Kopplungseinrichtung, deren Eingangsbereich mit der
Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist,
wobei an der Antriebswelle ein Kopplungselement angebracht oder
anbringbar ist, das einen Rotor-Wechselwirkungsbereich der Rotoranordnung
trägt und das mit dem Eingangsbereich der Kopplungseinrichtung zur
gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem dient also das Kopplungs
element, welches letztendlich der Rotoranordnung als Träger für einen
Rotorwechselwirkungsbereich zuzuordnen ist, gleichzeitig auch als ein
Bauglied, das zur Herstellung der gemeinsamen Drehkopplung zwischen der
Kopplungseinrichtung, also beispielsweise einem hydrodynamischen
Drehmomentwandler, und der Antriebswelle genutzt wird. Es müssen für
den Rotorwechselwirkungsbereich einerseits und die Kopplungseinrichtung
andererseits dann nicht separate Kopplungsbaugruppen bereitgehalten
werden, so dass diese Kopplungseinrichtung axial näher an die Elek
tromaschine heranrücken kann.
Zur Herstellung der Drehverbindung zwischen dem Kopplungselement und
der Kopplungseinrichtung kann vorgesehen sein, dass an dem Kopplungs
element eine erste Eingriffsformation vorgesehen ist und dass an dem
Eingangsbereich der Kopplungseinrichtung eine zweite Eingriffsformation
vorgesehen ist, wobei die erste Eingriffsformation und die zweite Eingriffs
formation durch axiale Aufeinanderzubewegung in gegenseitigen Umfangs
mitnahmeeingriff bringbar sind.
Dabei ist es dann vorteilhaft, wenn eine Eingriffsformation von erster
Eingriffsformation und zweiter Eingriffsformation eine Mehrzahl von
Eingriffsvorsprüngen aufweist, welche zum Herstellen des Umfangs
mitnahmeeingriffs axial zwischen zwei Gegen-Mitnahmevorsprünge oder in
eine Gegen-Mitnahmevertiefung der jeweils anderen Eingriffsformation
eingreifen.
Es hat sich hier als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Eingriffsformation
und die zweite Eingriffsformation nach Art einer Hirth-Verzahnung
ausgebildet sind. Durch eine derartige Hirth-Verzahnung wird dann
gleichzeitig ein selbstzentrierender Effekt erhalten. Zum definierten
Beibehalten des Eingriffs der beiden Eingriffsformationen ist vorzugsweise
eine Eingriff-Halteanordnung vorgesehen, durch welche die erste Eingriffs
formation und die zweite Eingriffsformation in ihrem ineinander eingreifen
den Zustand gehalten werden können.
Diese Eingriff-Halteanordnung kann beispielsweise umfassen:
- - ein Halteelement, das an oder bezüglich einer Baugruppe von Kopplungselement und Eingangsbereich drehbar angeordnet ist und in axialer Richtung abgestützt ist und eine dritte Eingriffsformation aufweist,
- - an oder im Bereich der jeweils anderen Baugruppe von Kopplungs element und Eingangsbereich eine vierte Eingriffsformation, welche durch Drehen des Halteelements bezüglich der einen Baugruppe in bzw. außer Halteeingriff mit der dritten Eingriffsformation bringbar ist.
Ein sehr einfacher, jedoch sicher wirkender Aufbau kann dabei dadurch
erhalten werden, dass das Halteelement einen im Wesentlichen hülsen
artigen Eingriffsabschnitt aufweist, an welchem die dritte Eingriffsformation
angeordnet ist, sowie einen sich im Wesentlichen radial erstreckenden
Abstützabschnitt, der an oder bezüglich der einen Baugruppe axial
abstützbar ist. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die dritte
und die vierte Eingriffsformation zum Herstellen eines Gewindeeingriffszustands
ausgebildet sind. Das Bereitstellen eines Gewindeeingriffszustands
ist insbesondere daher vorteilhaft, da letztendlich nicht darauf geachtet
werden muss, dass zum Erhalt einer definierten axialen Verkopplung das
Halteelement in einer vorgegebenen Drehstellung liegt.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die dritte und die vierte Eingriffs
formation zum Herstellen eines Bajonettverschlusseingriffszustands
ausgebildet sind.
Um die axiale Halterung herstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass an
dem Halteelement eine Werkzeugangriffsformation vorgesehen ist. Ferner
ist es vorteilhaft, wenn das Halteelement bezüglich wenigstens einer der
Baugruppen Kopplungselement und Eingangsbereich gegen Drehung
arretierbar ist. Es kann auf diese Art und Weise auch bei im Betrieb
auftretenden Vibrationen ein ungewünschtes Lösen verhindert werden.
Um den axialen Zusammenhalt zwischen dem Kopplungselement und der
Kopplungseinrichtung noch zu verstärken, d. h. diese Baugruppen gegenein
ander vorspannen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Halteelement
wenigstens in einem Bereich desselben elastisch verformbar ist.
Ein besonders einfach zu realisierender und kostengünstig herzustellender
Aufbau kann dadurch erhalten werden, dass das Kopplungselement
kreisscheibenartig ausgebildet ist und dass die erste Eingriffsformation
durch von dem kreisscheibenartigen Kopplungselement axial vorstehende,
vorzugsweise durch Umformung gebildete Eingriffsvorsprünge gebildet ist.
Um im Betrieb möglicherweise im Bereich der Kopplungseinrichtung
auftretende Taumelbewegungen kompensieren bzw. auffangen zu können,
kann vorgesehen sein, dass das Kopplungselement aus flexiblem Material,
vorzugsweise Blechmaterial, gebildet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Montagevorrichtung zur
Montage einer Elektromaschine für ein Antriebssystem, wobei die Elek
tromaschine eine mit einer Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung zu
verbindende Rotoranordnung und eine mit einer im Wesentlichen fest
stehenden Baugruppe zu verbindende Statoranordnung aufweist.
Beim Zusammenfügen derartiger Elektromaschinen, insbesondere bei als
Synchronmaschinen mit Permanentmagneten ausgebildeten Elektromaschi
nen, besteht das Problem, dass zwischen der Rotoranordnung, d. h. dem
Wechselwirkungsbereich derselben, und der Statoranordnung bzw. deren
Wechselwirkungsbereich, im Allgemeinen zum Erhöhen des Wirkungsgrads
der Elektromaschine nur ein geringer Luftspalt vorgesehen ist. Die Perma
nentmagnete, die beispielsweise an der Rotoranordnung vorgesehen sind,
üben jedoch eine Anziehkraft auf die Statoranordnung aus, so dass die
Gefahr besteht, dass die Statoranordnung an die Rotoranordnung angezogen
wird und an dieser anhaftet und dann nur noch unter Beschädigung einer
der Baugruppen gelöst werden kann.
Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß eine Montagevorrichtung
vorgeschlagen, durch welche ein Montagevorgang vorgenommen werden
kann, bei dem das ungewollte Aneinanderanhaften oder gegenseitige
Berühren von Rotoranordnung und Statoranordnung in zuverlässiger Art und
Weise verhindert werden kann. Zu diesem Zwecke umfasst die Montagevor
richtung:
- - eine bezüglich der Statoranordnung feststehend angeordnete oder anzuordnende erste Führungsanordnung,
- - eine an der Rotoranordnung vorgesehene zweite Führungsanordnung, welche bei axialer Heranführung der Rotoranordnung an die Stator anordnung in Führungswechselwirkung mit der ersten Führungs anordnung tritt, so dass bei Verlagerung der Rotoranordnung in ihre Einbaulage die Rotoranordnung bezüglich der Statoranordnung geführt ist, wobei nach Erreichen der Einbaulage die Wechselwirkung zwischen der ersten Führungsanordnung und der zweiten Führungs anordnung lösbar ist und die zweite Führungsanordnung von der Rotoranordnung entfernbar ist.
Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zweite Führungsanord
nung eine Mehrzahl von an der Rotoranordnung lösbar vorgesehenen, sich
im Wesentlichen in einer Führungsrichtung erstreckenden Führungsstiften
umfasst und dass die erste Führungsanordnung jedem Führungsstift
zugeordnet eine Führungsöffnung aufweist, in welche zur Führung der
Rotoranordnung bezüglich der Statoranordnung ein jeweiliger Führungsstift
eingreifen kann, vorzugsweise sich in der Führungsrichtung verschieben
kann.
Um den Montagevorgang so leicht als möglich durchführen zu können, wird
vorgeschlagen, dass die Führungsstifte an einem Führungsstiftträger
getragen sind. Es kann auf diese Art und Weise auch sichergestellt werden,
dass nicht einzelne Führungsstifte unabsichtlicher Weise im System
belassen werden und nach dem Integrieren desselben in einem gesamten
Antriebsstrang zu Beschädigungen führen können.
Zum Erhöhen der Sicherheit, dass nach dem Zusammenfügen von Rotor
anordnung und Statoranordnung nicht weitere Baugruppen herangeführt
werden, bevor irgendwelche zum Erleichtern der Montage eingesetzten
Hilfsmittel, die nicht in dem System verbleiben sollen, entfernt sind, wird
vorgeschlagen, dass an dem Führungsstiftträger eine Montageverhinde
rungsanordnung vorgesehen ist, welche nach erfolgtem Zusammenfügen
von Rotoranordnung und Statoranordnung die nachfolgende Kopplung der
Rotoranordnung mit einer weiteren Baugruppe, vorzugsweise einer
Kopplungseinrichtung, bei nicht entfernter zweiter Führungsanordnung
verhindert.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn an der Rotoranordnung, vorzugsweise einem
Kopplungselement derselben, für jeden Führungsstift eine Durchgriffsöff
nung vorgesehen ist, durch welche hindurch ein jeweiliger Führungsstift
zum lösbaren Zusammensetzen der Rotoranordnung mit der zweiten
Führungsanordnung hindurchführbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese eine
Elektromaschine für ein Antriebssystem, umfassend eine mit einer
Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung zu koppelnde Rotoranordnung und
eine mit einer im Wesentlichen feststehenden Baugruppe zu koppelnde
Statoranordnung, wobei die Statoranordnung einen an der feststehenden
Baugruppe anzubringenden Statorträger und einen an dem Statorträger
getragenen Statorwechselwirkungsbereich aufweist, wobei der Statorträger
wenigstens ein aus umgeformtem Blechmaterial gebildetes Statorträgerteil
aufweist.
Eine derartige Elektromaschine weist einen sehr einfach herzustellenden
Statorträger auf, so dass sich die Gesamtkosten für eine solche Maschine
senken lassen.
Dabei ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass der Statorträger ein erstes
Trägerteil und ein zweites Trägerteil umfasst, von welchen wenigstens eines
aus Blechmaterial gebildet ist, wobei das erste Trägerteil und das zweite
Trägerteil in einem ersten radialen Bereich, vorzugsweise radial innen,
miteinander und mit der im Wesentlichen feststehenden Baugruppe
verbunden sind, und in einem zweiten radialen Bereich, vorzugsweise radial
außen, miteinander und dem Statorwechselwirkungsbereich verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Teil-Längsschnittansicht, teilweise nur schematisch, eines
erfindungsgemäßen Antriebssystems, bei welchem eine
Elektromaschine und eine Kopplungseinrichtung bereits zur
gemeinsamen Drehung gekoppelt sind;
Fig. 2 das System der Fig. 1 in einem Zustand, in welchem die
Elektromaschine bereits zusammengesetzt worden ist, eine
Kopplungseinrichtung jedoch noch nicht herangeführt ist.
Ein erfindungsgemäßes Antriebssystem ist in Fig. 1 allgemein mit 10
bezeichnet. Dieses Antriebssystem 10 umfasst zwei wesentliche Bereiche,
nämlich zum einen die allgemein mit 12 bezeichnete Elektromaschine und
zum anderen die allgemein mit 14 bezeichnete Kopplungseinrichtung. Diese
Kopplungseinrichtung, welche in den Figuren nur schematisch dargestellt
ist, nämlich in Form ihres nach außen hin sichtbaren Gehäuses 16, kann
beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine
Fluidkupplung sein, bei welchem bzw. welcher das Gehäuse 16 in
nachfolgend beschriebener Art und Weise mit einer angedeutet gezeigten
Antriebswelle 18, beispielsweise Kurbelwelle, drehfest verbunden ist, und
eine im Inneren angeordnetes und nicht erkennbares Turbinenrad mit einer
Abtriebswelle, beispielsweise Getriebeeingangswelle, verbunden ist. Es sei
darauf hingewiesen, dass der Aufbau derartiger hydrodynamischer
Kopplungseinrichtungen im Stand der Technik bekannt ist und hier nicht
beschrieben wird.
Die Elektromaschine 12 umfasst grundsätzlich eine Statoranordnung 20 und
eine Rotoranordnung 22. Die Statoranordnung 20 ist an einem fest
stehenden Bauteil bzw. einer feststehenden Baugruppe 24, beispielsweise
einem Motorgehäuse, fest angebracht. Zu diesem Zwecke umfasst die
Statoranordnung 20 einen Statorträger 26. Der Statorträger 26 umfasst
zwei Trägerteile 28, 30. Diese sind in ihrem radialen inneren Bereich
miteinander beispielsweise durch Vernietung fest verbunden, und sind in
ihrem radial äußeren Bereich mit einem Wechselwirkungsbereich 32 der
Statoranordnung 20, beispielsweise ebenfalls durch Vernietung, verbunden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Statorträger 26 bzw. die Trägerteile 28,
30 oder eines dieser Trägerteile 28, 30 durch Umformen eines Blechteils
gebildet sein können, wodurch sich ein sehr kostengünstig herzustellender
Aufbau ergibt. Der Statorträger 26 ist dann durch eine Mehrzahl von
Schraubbolzen 34 an der Baugruppe 24 festgelegt. Im Inneren des
Statorträgers 26 ist eine Kammer 36 gebildet, in welche Kühlfluid eingeleitet
werden kann.
Der Statorwechselwirkungsbereich 32 umfasst ein Blechpaket 38, das in
Verbindung mit einer Mehrzahl von Spulen 40 zur Erzeugung eines
Magnetfelds ausgebildet ist.
Ein Wechselwirkungsbereich 42 der Rotoranordnung 22 ist im dargestellten
Falle den Wechselwirkungsbereich 32 der Statoranordnung 20 radial außen
umgebend angeordnet. Der Rotorwechselwirkungsbereich 42 umfasst
ebenfalls eine Mehrzahl von Blechen 44, welche ein Joch für an deren
radialer Innenseite getragene Permanentmagnete 46 bilden. Zwischen den
Permanentmagneten 46 und dem Statorwechselwirkungsbereich 32 ist ein
geringer Luftspalt 48 gebildet, der zum Erhöhen des Wirkungsgrades der
Elektromaschine 12 so gering als möglich sein sollte.
Der Wechselwirkungsbereich 42 der Rotoranordnung 22 ist beispielsweise
durch eine Mehrzahl von Nietbolzen 50 o. dgl. unter Zwischenlagerung einer
Distanzscheibe 52 an einem scheibenartig ausgebildeten Kopplungselement
54 der Rotoranordnung 22 getragen. Das scheibenartig ausgebildete
Kopplungselement 54 kann beispielsweise als aus Blechmaterial gestanzte
und dann umgeformte Kreisscheibe ausgebildet sein, die radial innen über
eine Distanzhülse 56 und eine Mehrzahl von Schraubbolzen 58 an der
Antriebswelle 18 festgelegt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl
zwischen dem Kopplungselement 54 und der Distanzhülse 56 als auch
zwischen der Distanzhülse 56 und der Antriebswelle 18 jeweilige Zentrier
schulteranordnungen wirken können, die eine richtige Lagepositionierung
dieser Bauteile bezüglich einander ermöglichen.
Das Kopplungselement 54 dient nicht nur zur drehfesten Kopplung des
Rotorwechselwirkungsbereichs 42 mit der Antriebswelle 18, sondern dient
gleichzeitig auch zur drehfesten Kopplung des einen Eingangsbereich der
Kopplungseinrichtung 14 bildenden Gehäuses 16 mit der Antriebswelle 18.
Zu diesem Zwecke ist das Kopplungselement 54 mit einer ersten Eingriffs
formation 60 ausgebildet. Diese erste Eingriffsformation 60 kann beispiels
weise eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeord
neten und nach Art einer Hirth-Verzahnung ausgebildeten Kopplungsvor
sprüngen 62 umfassen, die beispielsweise von radial innen nach radial
außen sich in Umfangsrichtung erweiternd ausgebildet sein können und in
Achsrichtung in Richtung auf das Gehäuse 16 zu sich verjüngend ausgebil
det sein können. Dieser ersten Eingriffsformation 60 zugeordnet ist an dem
Gehäuse 16 eine zweite Eingriffsformation 64 vorgesehen. Diese zweite
Eingriffsformation 64 umfasst ein Mitnahmeelement 66, das beispielsweise
kreisringartig ausgebildet sein kann oder auch mehrere separate Element
abschnitte umfassen kann, die in Umfangsrichtung verteilt am Gehäuse 16
beispielsweise durch Verschweißung festgelegt sein können. Das Mit
nahmeelement 66 weist als zweite Eingriffsformation 64 ebenfalls eine
Mehrzahl von Mitnahmevorsprüngen 68 auf, die zu den Mitnahmevor
sprüngen 62 komplementär geformt sind. Das heißt, die erste und die
zweite Eingriffsformation 62, 64 sind derart gebildet, dass sie bei axialer
Annäherung ineinander eintreten können und dabei durch die nach Art einer
Hirth-Verzahnung ausgebildeten Vorsprünge 62, 68 in selbstzentrierender
Art und Weise ineinander eingreifen, wobei aufgrund der in Achsrichtung
sich verjüngenden Ausgestaltung der Vorsprünge 62 bzw. 68 gleichzeitig
auch die Vermeidung eines Umfangsbewegungsspiels erhalten wird.
Die beiden Eingriffsformationen 60, 64 können beim Formen der Elemente
54, 66 erzeugt werden, so dass durch Umformen von Blechteilen eine sehr
stabile Konfiguration erhalten wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die
Vorsprünge 62, 68 ebenso mit nach radial außen hin zueinander parallel
verlaufenden Flanken ausgebildet sein könnten.
Das Mitnahmeelement 66 ist in seinem radial äußeren Bereich bei Betrach
tung in dem in Fig. 1 erkennbaren Längsschnitt bogenförmig abgekrümmt.
Durch dieses Mitnahmeelement 66 ist ein Halteelement 70 an der Kopp
lungseinrichtung 14 getragen. Das Halteelement 70 weist einen flanschartig
nach radial innen vorstehenden Haltevorsprung 72 auf, welcher letztendlich
axial zwischen dem Mitnahmeelement 66 und dem Gehäuse 16 eingesperrt
ist, so dass das Halteelement 70 nicht von der Kopplungseinrichtung 14
gelöst werden kann. Beim Zusammensetzen muss zunächst das Halteele
ment 70 an das Gehäuse 16 herangeführt werden und dann erst kann das
Kopplungselement 66 bzw. die Elementabschnitte desselben am Gehäuse
16 festgelegt werden. Das Halteelement 70 weist ferner einen hülsenartigen
Halteabschnitt 74 auf. Dieser weist an seiner Innenumfangsfläche eine dritte
Eingriffsformation 76 beispielsweise in Form eines Innengewindes auf. An
der Distanzscheibe 52, welche vorzugsweise kreisringartig ausgebildet ist
und, wie man in Fig. 1 erkennt, im Bereich des Kopplungselementes 54 liegt
bzw. mit diesem fest verbunden ist, oder/und am Außenumfangsbereich des
Kopplungselements 54 ist eine vierte Eingriffsformation vorgesehen, welche
zur dritten Eingriffsformation 76 des Halteelements 70 komplementär
geformt ist, beispielsweise ein Außengewinde bildet.
Beim Zusammenfügen der Baugruppe Elektromaschine 12 mit der Baugruppe
Kopplungseinrichtung 14 wird also beispielsweise die Kopplungseinrichtung
14, nachdem die Elektromaschine 12 an einem Antriebsaggregat montiert
worden ist, in Richtung der Drehachse A herangeführt, so dass die beiden
Eingriffsformationen 60, 62 axial miteinander in Eingriff treten können.
Danach oder bei dieser Heranführbewegung werden die beiden Eingriffsformationen
76, 78 durch Drehen des Halteelements 72 bezüglich der
Kopplungseinrichtung 14 miteinander in Eingriff gebracht. Ist beispielsweise
bei gewindeartiger Ausbildung der Eingriffsformationen 76, 78 ein
Anfangseingriff einmal hergestellt, so kann durch Drehen des Halteelements
70 dieses zwangsweise axial bezüglich der Rotoranordnung 22 verschoben
werden, so dass auch die Kopplungseinrichtung 14 axial an die Elek
tromaschine 12 herangezogen wird. Zu diesem Zwecke können im
Halteabschnitt 74 mehrere Werkzeugeingriffsöffnungen 80 vorgesehen sein,
in welche von radial außen ein Werkzeug, beispielsweise ein stiftartiges
Werkzeug, eingeführt wird, um dann das Halteelement 70 in Umfangs
richtung zu drehen.
Um nach hergestelltem Eingriff zwischen der ersten und der zweiten
Eingriffsformation 60, 64 dafür zu sorgen, dass dieser feste und definierte
Eingriffszustand beibehalten bleibt, ist es möglich, das Halteelement 80
gegen weitere Drehung in Umfangsrichtung zu arretieren. Zu diesem
Zwecke können im Halteelement 80 und in dem Distanzelement 52 oder/und
dem Mitnahmeelement 66 nach radial außen offene Durchgriffsöffnungen
vorgesehen sein und eine derartige oder mehrere derartige Öffnungen des
Halteelements 70 können mit an dem Mitnahmeelement 66 bzw. dem
Distanzelement 52 vorgesehenen Öffnungen dann in Ausrichtung gebracht
werden und es kann dann ein Sicherungsstift eingepresst werden. Weiter
ist es möglich, bei dem Halteelement 70 beispielsweise im Übergangs
bereich zwischen dem Halteabschnitt 74 und dem Abstütztabschnitt 72
durch bogenförmige Umformung, ähnlich wie im radial äußeren Bereich des
Mitnahmeelements 66, eine gewisse Elastizität vorzusehen, so dass das
Mitnahmeelement 66 unter elastischer Vorspannung des Halteelements 70
axial gegen das Kopplungselements 54 gepresst ist. Gleichwohl ist es auch
möglich, das Mitnahmeelement 66 beispielsweise aufgrund seiner bogen
artigen Konfiguration mit einer bestimmten Elastizität zu versehen, so dass
eine Vorspannkraft, durch welche das Mitnahmeelement 66 und das
Kopplungselement 54 dann in Eingriff gehalten werden, innerhalb des
Mitnahmeelements 66 erzeugt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass das dargestellte Halteelement 70 in
verschiedener Art und Weise variiert werden kann. So können die Eingriffs
formationen 76, 78 auch nach Art einer Bajonettverbindung ausgebildet
sein, so dass eine begrenzte Drehung in Umfangsrichtung mit Rastwirkung
dann den axialen Zusammenhalt der Elektromaschine 12 mit der Kopplungs
einrichtung 14 erzeugt. Auch ist es denkbar, das Halteelement 70 bezüglich
der Rotoranordnung 12, d. h. beispielsweise an radial nach außen vor
springenden Bereichen des Kopplungselements 54 abzustützen und am
Mitnahmeelement 66 in dessen Außenumfangsbereich dann die vierte
Eingriffsformation vorzusehen.
Des Weiteren ist es auch möglich, das Mitnahmeelement 54 nicht als in
Umfangsrichtung durchlaufend ausgebildete Kreisscheibe auszubilden,
sondern dieses in seinem radial äußeren Bereich mit jeweils mindestens
einen Vorsprung 66 tragenden Armabschnitten auszubilden. Es sei weiter
darauf hingewiesen, dass bei der ersten und der zweiten Eingriffsformation
60, 64 die Ausgestaltung derart sein kann, dass anstelle von über den
verbleibenden Bereich des Scheibenteils vorspringenden Vorsprüngen
Einsenkungen gebildet sind, wobei dann gleichwohl in Umfangsrichtung
zwischen zwei Einsenkungen wieder ein über den Einsenkungsboden
vorspringender Vorsprungsbereich zur Umfangsmitnahme gebildet ist.
Wenn das Mitnahmeelement 54 nach Art einer Flexplatte, wie sie im
Allgemeinen auch zur drehfesten Verbindung von hydrodynamischen
Drehmomentwandlern mit Antriebswellen eingesetzt werden, elastisch
ausgebildet ist, so ist diese auch dazu in der Lage, Taumelbewegungen, die
beispielsweise im Bereich der Kopplungseinrichtung 14 auftreten oder
Ausbauchungen des Gehäuses 16 durch im Inneren desselben vorherr
schenden Fluiddruck, zu kompensieren, d. h. hier eine Entkopplung zur
Antriebswelle 18 zu schaffen. Treten derartige Taumelbewegungen auf, so
verkippt der Rotorwechselwirkungsbereich 42 dann zusammen mit dem
Gehäuse 16 bezüglich der Drehachse A, was jedoch nur in einem begrenz
ten Bereich zulässig ist, da eine gegenseitige Berührung zwischen dem
Rotorwechselwirkungsbereich 42 und dem Statorwechselwirkungsbereich
32 nicht auftreten darf. Bei axial längeren Wechselwirkungsbereichen 32,
42 ist es möglich, das Kopplungselement 54 als starres Bauteil auszu
gestalten und durch die vorangehend beschriebene Elastizität im Bereich des
Halteelements 70 oder/und im Bereich des Mitnahmeelements 66 für eine
gewisse Taumelentkopplung zwischen dem Rotorwechselwirkungsbereich
42 und dem Gehäuse 16 der Kopplungseinrichtung 14 zu sorgen. Des
Weiteren sei noch darauf hingewiesen, dass an dem Halteelement 70 eine
Drehzahlgeberformation, beispielsweise durch Bilden einer Mehrzahl von
Vorsprüngen oder Einsenkungen, vorgesehen sein kann, die an einer
feststehenden Sensoranordnung, beispielsweise einem magnetischen
Aufnehmer, sich vorbeibewegen kann, um die Drehzahl des Systems
erfassen zu können.
Mit Bezug auf die Fig. 2 wird im Folgenden eine Vorgehensweise be
schrieben, mit welcher die Elektromaschine 12 zusammengefügt werden
kann, wobei hier ein Montagewerkzeug 90 zum Einsatz kommt. Man
erkennt in den Fig. 1 und 2, dass durch die Schraubbolzen 34 zusammen
mit dem Statorträger 26 und somit der gesamten Statoranordnung 20 eine
Führungshülse 92 bezüglich der Baugruppe 24 festgelegt wird. Diese
Führungshülse 92 weist in einem axialen Endbereich einen flanschartigen
Vorsprung 94 auf, durch welchen hindurch die Schraubbolzen 34 ge
schraubt sind. Im anderen axialen Endbereich weist die Führungshülse 92
ebenfalls einen flanschartigen, nach radial außen vorspringenden Bereich 96
auf, der entweder in denjenigen Bereichen, in welchen ein axialer Zugriff auf
die Schraubbolzen 34 vorhanden sein muss, unterbrochen ist, oder dort
Durchtrittsöffnungen aufweist. In Umfangsrichtung versetzt weist der
flanschartige Vorsprung 96 eine Mehrzahl von Führungsöffnungen 98 auf.
In jede dieser Führungsöffnungen 98 wird beim Zusammenfügen der
Rotoranordnung 22 mit der Statoranordnung 20 ein Führungsstift 100
eingeführt. Diese in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordneten
Führungsstifte 100 durchsetzen jeweils eine ebenfalls diesen zugeordnete
Öffnung 102 in dem Kopplungselement 54 und sind gemeinsam an einem
Führungsstiftträger 104 getragen. Zum Zusammenfügen wird also zunächst
der Führungsstiftträger 104 mit den daran getragenen Führungsstiften 100
in die Öffnungen 102 des Kopplungselements 54 eingeschoben, beispiels
weise soweit, bis der Führungsstiftträger 104 am Kopplungselement 54
anstößt. Darauf folgend wird diese Baugruppe, bestehend aus Montage
werkzeug 90, Kopplungselement 54 und Rotorwechselwirkungsbereich 42
entweder zusammen mit dem Distanzring 56 oder nachdem dieser bereits
an der Antriebswelle 18 positioniert worden ist, axial heranbewegt, so dass
die Führungsstifte 100 in die Führungsöffnungen 98 eintreten. Da eine
größere Anzahl an derartigen Führungsstiften 100 vorgesehen ist, können
diese auch noch durch den Führungsstiftträger 104 in definierter Positionie
rung gehaltenen Führungsstifte nunmehr für eine definierte Bewegungs
führung der Rotoranordnung 22 bezüglich der Statoranordnung 20 dienen.
Die Führungsstifte 100 müssen so lang sein, dass sie, noch bevor der
Rotorwechselwirkungsbereich 42 axial sich mit dem Statorwechselwir
kungsbereich 32 überlappt, in die Führungsöffnungen 98 eintreten können.
Danach kann dann entweder die Rotoranordnung 22 zusammen mit dem
Montagewerkzeug 90 oder die Rotoranordnung 22 bei bezüglich der
Statoranordnung 20 festgehaltenem Montagewerkzeug 90 axial verschoben
werden, bis letztendlich die in Fig. 2 dargestellte Einbaulage erhalten ist.
Darauf folgend werden die Schraubbolzen 58 eingeschraubt, so dass die
Elektromaschine 12 nunmehr zusammengesetzt ist. Aufgrund der exakten
Führung ist es möglich, auf diese Art und Weise bzw. mit einem derartigen
Montagewerkzeug Elektromaschinen mit einem sehr kleinen Luftspeicher 48
und dementsprechend hoher Effizienz vorzusehen.
Für einen nachfolgenden Betrieb ist es jedoch unbedingt erforderlich,
sämtliche Führungsstifte 100, d. h. das Montagewerkzeug 90, zu entfernen,
da dieses grundsätzlich eine freie Drehbarkeit der Rotoranordnung 22
bezüglich der Statoranordnung 20 verhindern würde. Um sicherzustellen,
dass eine Zusammenfügung der Elektromaschine 12 mit der Kopplungsein
richtung 14 nicht erfolgen kann, bevor das Montagewerkzeug 90 entfernt
ist, weist dieses einen axial vorspringenden Bereich 106 auf, der in einen
Bereich vorsteht, in welchen an sich die Kopplungseinrichtung 14 eintreten
müsste. Das heißt, solange das Montagewerkzeug 90 nicht entfernt ist,
kann die Kopplungseinrichtung 14 nicht in die erforderliche axiale Lage
bezüglich der Elektromaschine 12 gebracht werden. Es muss also erst das
Montagewerkzeug 90 mit den Führungsstiften 100 entfernt werden, um die
Elektromaschine 12 dann axial mit der Kopplungseinrichtung 14 in der
vorangehend beschriebenen Art und Weise zusammensetzen zu können.
Auch für Reparaturarbeiten, bei welchen die Elektromaschine 12 wieder
auseinandergenommen werden muss, kann ein derartiges Montagewerkzeug
90 zum Einsatz kommen, nachdem zuvor die Kopplungseinrichtung 14
entfernt worden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich die
Montagevorrichtung 90 auch separate Montagestifte 100 umfassen kann,
die dann jeweils einzeln eingeführt und auch wieder entfernt werden
müssen, wobei jedoch aufgrund der einfacheren Handhabung die Zu
sammenfassung dieser Führungsstifte 100 an dem Führungsstiftträger 104
bevorzugt ist.
Durch die vorliegende Erfindung ist ein Antriebssystem vorgesehen, das eine
Elektromaschine und eine Kopplungseinrichtung umfasst, welches
Antriebssystem aufgrund der hohen Systemintegration axial sehr kurz bauen
kann. Wesentlich hierfür ist, dass die Kopplungseinrichtung und der
Wechselwirkungsbereich der Rotoranordnung durch ein gemeinsames
Kopplungselement mit einer Antriebswelle verbunden werden, wobei durch
axial ineinander eingreifende Eingriffsanordnungen am Kopplungselement
einerseits und an der Kopplungseinrichtung andererseits und durch
Bereitstellung eines diesen axialen Eingriff zwangsweise beibehaltenen
Halteelements ein sehr einfach durchzuführender Montagevorgang beim
Zusammensetzen der Elektromaschine mit der Kopplungseinrichtung
erhalten wird.
Claims (21)
1. Antriebssystem, umfassend eine Elektromaschine (12) mit einer
Rotoranordnung (22), welche mit einer Antriebswelle (18) zur
gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, und mit einer
Statoranordnung (20), sowie eine Kopplungseinrichtung (14),
vorzugsweise hydrodynamische Kopplungseinrichtung, deren
Eingangsbereich (16) mit der Antriebswelle (18) zur gemeinsamen
Drehung verbunden oder verbindbar ist, wobei an der Antriebswelle
(18) ein Kopplungselement (54) angebracht oder anbringbar ist, das
einen Rotor-Wechselwirkungsbereich (42) der Rotoranordnung (22)
trägt und das mit dem Eingangsbereich (16) der Kopplungsein
richtung (16) zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar
ist.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kopplungselement (54) eine
erste Eingriffsformation (60) vorgesehen ist und dass an dem
Eingangsbereich (16) der Kopplungseinrichtung (14) eine zweite
Eingriffsformation (64) vorgesehen ist, wobei die erste Eingriffs
formation (60) und die zweite Eingriffsformation (64) durch axiale
Aufeinanderzubewegung in gegenseitigen Umfangsmitnahmeeingriff
bringbar sind.
3. Antriebssystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingriffsformation von erster
Eingriffsformation (60) und zweiter Eingriffsformation (64) eine
Mehrzahl von Eingriffsvorsprüngen (62) aufweist, welche zum
Herstellen des Umfangsmitnahmeeingriffs axial zwischen zwei Gegen-
Mitnahmevorsprünge (68) oder in eine Gegen-Mitnahmevertiefung der
jeweils anderen Eingriffsformation eingreifen.
4. Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingriffsformation (60) und
die zweite Eingriffsformation (64) nach Art einer Hirth-Verzahnung
ausgebildet sind.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
gekennzeichnet durch eine Eingriff-Halteanordnung (70, 76, 78),
durch welche die erste Eingriffsformation (60) und die zweite
Eingriffsformation (64) in ihrem ineinander eingreifenden Zustand
gehalten werden können.
6. Antriebssystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriff-Halteanordnung (70, 76,
78) umfasst:
- - ein Halteelement (70), das an oder bezüglich einer Baugruppe (16) von Kopplungselement (54) und Eingangsbereich (16) drehbar angeordnet ist und in axialer Richtung abgestützt ist und eine dritte Eingriffsformation (76) aufweist,
- - an oder im Bereich der jeweils anderen Baugruppe (54) von Kopplungselement (54) und Eingangsbereich (16) eine vierte Eingriffsformation (78), welche durch Drehen des Halte elements (70) bezüglich der einen Baugruppe (54) in bzw. außer Halteeingriff mit der dritten Eingriffsformation (76) bringbar ist.
7. Antriebssystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (70) einen im
Wesentlichen hülsenartigen Eingriffsabschnitt (74) aufweist, an
welchem die dritte Eingriffsformation (76) angeordnet ist, sowie
einen sich im Wesentlichen radial erstreckenden Abstützabschnitt
(72), der an oder bezüglich der einen Baugruppe (16) axial abstützbar
ist.
8. Antriebssystem nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und die vierte Eingriffs
formation (76, 78) zum Herstellen eines Gewindeeingriffszustands
ausgebildet sind.
9. Antriebssystem nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und die vierte Eingriffs
formation (76, 78) zum Herstellen eines Bajonettverschlusseingriffs
zustands ausgebildet sind.
10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass an dem Halteelement (70) eine
Werkzeugangriffsformation (80) vorgesehen ist.
11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (70) bezüglich
wenigstens einer der Baugruppen Kopplungselement (54) und
Eingangsbereich (16) gegen Drehung arretierbar ist.
12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (70) wenigstens in
einem Bereich desselben elastisch verformbar ist.
13. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement(54) kreisschei
benartig ausgebildet ist und dass die erste Eingriffsformation (60)
durch von dem kreisscheibenartigen Kopplungselement (54) axial
vorstehende, vorzugsweise durch Umformung gebildete Eingriffsvor
sprünge (62) gebildet ist.
14. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (54) aus
flexiblem Material, vorzugsweise Blechmaterial, gebildet ist.
15. Montagevorrichtung zur Montage einer Elektromaschine für ein
Antriebssystem, insbesondere für ein Antriebssystem nach einem der
vorangehenden Ansprüche, wobei die Elektromaschine (12) eine mit
einer Antriebswelle (18) zur gemeinsamen Drehung zu verbindende
Rotoranordnung (22) und eine mit einer im Wesentlichen fest
stehenden Baugruppe (24) zu verbindende Statoranordnung (20)
aufweist, wobei die Montagevorrichtung (90) umfasst:
- - eine bezüglich der Statoranordnung feststehend angeordnete oder anzuordnende erste Führungsanordnung (98),
- - eine an der Rotoranordnung (22) vorgesehene zweite Füh rungsanordnung (100), welche bei axialer Heranführung der Rotoranordnung (22) an die Statoranordnung (20) in Führungs wechselwirkung mit der ersten Führungsanordnung (98) tritt, so dass bei Verlagerung der Rotoranordnung (22) in ihre Einbaulage die Rotoranordnung (22) bezüglich der Statoranord nung (20) geführt ist, wobei nach Erreichen der Einbaulage die Wechselwirkung zwischen der ersten Führungsanordnung (98) und der zweiten Führungsanordnung (100) lösbar ist und die zweite Führungsanordnung (100) von der Rotoranordnung (22) entfernbar ist.
16. Montagevorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Führungsanordnung (100)
eine Mehrzahl von an der Rotoranordnung (22) lösbar vorgesehenen,
sich im Wesentlichen in einer Führungsrichtung erstreckenden
Führungsstiften (100) umfasst und dass die erste Führungsanordnung
(98) jedem Führungsstift(100) zugeordnet eine Führungsöffnung (98)
aufweist, in welche zur Führung der Rotoranordnung (22) bezüglich
der Statoranordnung (20) ein jeweiliger Führungsstift (100) eingreifen
kann, vorzugsweise sich in der Führungsrichtung verschieben kann.
17. Montagevorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstifte (100) an einem
Führungsstiftträger (104) getragen sind.
18. Montagevorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass an dem Führungsstiftträger (104) eine
Montageverhinderungsanordnung (106) vorgesehen ist, welche nach
erfolgtem Zusammenfügen von Rotoranordnung (22) und Stator
anordnung (20) die nachfolgende Kopplung der Rotoranordnung (22)
mit einer weiteren Baugruppe, vorzugsweise einer Kopplungsein
richtung (14), bei nicht entfernter zweiter Führungsanordnung (100)
verhindert.
19. Montagevorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass an der Rotoranordnung (22), vorzugs
weise einem Kopplungselement (54) derselben, für jeden Führungs
stift (100) eine Durchgriffsöffnung (102) vorgesehen ist, durch
welche hindurch ein jeweiliger Führungsstift (100) zum lösbaren Zu
sammensetzen der Rotoranordnung (22) mit der zweiten Führungs
anordnung (100) hindurchführbar ist.
20. Elektromaschine für ein Antriebssystem, insbesondere ein Antriebs
system nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend eine mit
einer Antriebswelle (18) zur gemeinsamen Drehung zu koppelnde
Rotoranordnung (22) und eine mit einer im Wesentlichen fest
stehenden Baugruppe (24) zu koppelnde Statoranordnung (20), wobei
die Statoranordnung (20) einen an der feststehenden Baugruppe (24)
anzubringenden Statorträger (26) und einen an dem Statorträger (26)
getragenen Statorwechselwirkungsbereich (32) aufweist, wobei der
Statorträger (26) wenigstens ein aus umgeformtem Blechmaterial
gebildetes Statorträgerteil (28, 30) aufweist.
21. Elektromaschine nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass der Statorträger (26) ein erstes
Trägerteil (28) und ein zweites Trägerteil (30) umfasst, von welchen
wenigstens eines aus Blechmaterial gebildet ist, wobei das erste
Trägerteil (28) und das zweite Trägerteil (30) in einem ersten radialen
Bereich, vorzugsweise radial innen, miteinander und mit der im
Wesentlichen feststehenden Baugruppe (24) verbunden sind, und in
einem zweiten radialen Bereich, vorzugsweise radial außen, mitein
ander und dem Statorwechselwirkungsbereich (32) verbunden sind.
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