DE10007262B4 - Anordnung eines Elektromotors an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Anordnung eines Elektromotors an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bei einem Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Einrichtung in einem Kraftfahrzeug für ein axial fluchtendes Ausrichten eines Rotors eines Elektromotors auf die Drehachse einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei ein Stator des Elektromotors durch ein erstes Führungsteil an einem Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigt ist und der Rotor des Elektromotors an einem zweiten Führungsteil, welches zu dem ersten Führungsteil über ein dazwischen angeordnetes Lager radial ausgerichtet ist, durch die Kurbelwelle zentriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Führungsteil (9, 9', 40) über eine erste Radialführung (15, 15', 415) an der Kurbelwelle (4, 4', 44) endseitig zentriert ist und dass für das mit dem zweiten Führungsteil (9, 9', 40) über das dazwischen angeordnete Lager (14, 14', 414) verbundene erste Führungsteil (7, 7', 47) eine zweite Radialführung (5a, 19, 21; 419) vorgesehen ist, welche den Stator (5, 5', 45) in Bezug auf das Gehäuse (1, 1') der Brennkraftmaschine relativ zu dem Rotor (6, 6') des Elektromotors radial ausrichten und feststellen...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung in einem Kraftfahrzeug für ein axial fluchtendes Ausrichten eines Rotors eines Elektromotors auf die Drehachse einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Aus der US-PS 4 862 009 ist eine Einrichtung bekannt, bei welcher den Rotor des Elektromotors über ein Untersetzungsgetriebe mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden wird. Der Rotor ist dabei beidseitig gelagert, wobei das eine Lager durch ein mit dem Maschinengehäuse verschraubtes oder verstiftetes Gehäuseteil an einer Stelle nahe einem Lager abgestützt ist, über welches das Anschlußende der Kurbelwelle in dem Maschinengehäuse gelagert wird. Bei dieser Einrichtung ergeben sich insbesondere als Folge der Abstützung des einen Lagers des Rotors in dem separaten Gehäuseteil leicht Fluchtungsfehler bei der axialen Ausrichtung des Rotors auf die Drehachse der Kurbelwelle. Das separate Gehäuseteil ist bei der bekannten Einrichtung mit etwa quadratisch ausgeführten Befestigungsflanschen ausgebildet, die in Bezug auf die Drehachse der Kurbelwelle außerdem eine passgenau übereinstimmende Anlagefläche an dem Maschinengehäuse erfordern. Wenn daher die für das Zusammenpassen der verschiedenen Teile vorgegebenen Toleranzen nicht präzise genug eingehalten werden, dann ergeben sich zwangsweise Fluchtungsfehler für die axiale Ausrichtung des Rotors und des Stators des Elektromotors in Bezug auf die Drehachse der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Es werden daher nachteilige Spannungen in der Kurbelwelle erzeugt, die zu einem erhöhten Verschleiß auch der einzelnen Lager beitragen, sodaß sich ein vorzeitiger Ausfall der gesamten Einrichtung ergibt. Wie die Einrichtung für eine Anwendung vorrangig bei einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb konzipiert ist, ergeben sich daneben wegen ihrer größeren axialen Baulänge auch Nachteile für ihre Unterbringung in diesen Fahrzeugen mit Rücksicht auf die dort vorhandenen räumlichen Begrenzungen.
  • Aus der DE 44 04 791 C1 ist eine Einrichtung bekannt, bei welcher der mit Statorwicklungen ausgebildeten Stator eines Elektromotors über einen für die Stator wicklungen vorgesehenen Träger mit dem Gehäuse des Elektromotors fest verbunden ist. Das Gehäuse des Elektromotors ist an einem Flanschteil angeflanscht, welches ein zusätzliches Bauteil des Gehäuses einer Brennkraftmaschine bildet, wobei eine außen von dem Stator umgebene Einstülpung einen Einbauraum für eine Kühlmittelpumpe ergibt. An dieser Einstülpung ist das Gehäuse des Elektromotors über ein als ein zweireihiges Wälzlager ausgebildetes Kugellager mit dem Nabenteil eines Trägers verbunden, an welchem über den Umfang des Stators verteilte Permanentmagnete angeordnet sind, welche den Rotor des Elektrorotors ausbilden. Dieser Nabenteil des Rotorträgers ist weiter mit einer Zentrierbohrung versehen, die zur Aufnahme eines Zentrierzapfens vorgesehen ist, über welchen der Rotorträger in einer axialen Zentrierbohrung der Kurbelwelle zentriert wird. Die Zentrierung wird noch ergänzt mit der Anordnung einer in axialer Richtung elastisch verformbaren Drehmomentübertragungsscheibe, die umfangsseitig mit einem mit dem Rotorträger fest verbundenen Anschlusskörper verschraubt ist und mit einer Anordnung innerhalb des zusätzlich vorgesehenen Flanschteils an der Stirnseite der Kurbelwelle angeschraubt wird. Das Anschrauben der Drehmomentübertragungsscheibe an der Stirnseite der Kurbelwelle wird dabei ausgeführt noch bevor der Elektromotor über den Zentrierzapfen in die Zentrierbohrung der Kurbelwelle eingefügt wird, wobei erst im Anschluss daran das Gehäuse des Elektromotors dann noch an dem zusätzlich vorgesehenen Flanschteil des Gehäuses der Brennkraftmaschine angeschraubt wird.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung für ein axial fluchtendes Ausrichten eines Rotors eines Elektromotors auf die Drehachse einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit der Fertigungstoleranzen des Rotors und des Stators des Elektromotors bei ihrer Montage in einem Antriebsstrang mit der Brennkraftmaschine ausgeglichen werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Einrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die wesentlichsten Vorteile der Einrichtung ist die damit eröffnete Möglichkeit einer sehr einfachen und präzisen Ausrichtung des Rotors und des Stators des Elektromotors axial fluchtend mit der Drehachse der Kurbelwelle auch ohne die Vorgabe von engeren Toleranzen, weil Toleranzabweichungen jetzt einfach ausgeglichen werden können durch die verschiedenen Radialführungen, die für die zusammenpassenden Teile vorgegeben werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht in einer Kleinhaltung der axialen Abmessungen vorrangig wegen des Wegfalls eines separaten Gehäuseteils zur Lagerung des Rotors, wobei auch dieser Wegfall unnötige Fehlerquellen ausschließt, welche die axial fluchtende Ausrichtung des Rotors und des Stators des Elektromotors mit der Drehachse der Kurbelwelle stören könnten.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt
  • 1 eine Schnittansicht der Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine Schnittansicht der Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
  • 3 eine isometrische Darstellung einer Kurbelwelle zur Verwendung bei der Einrichtung und
  • 4 eine Schnittansicht der Einrichtung gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform.
  • Die zur Anwendung bei einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb konzipierte Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in der Ausführungsform gemäß 1 aus einer Brennkraftmaschine, die als ein Maschinenblock mit einem Gehäuse 1 versehen ist, in welchem eine Kurbelwelle 4 der Maschine drehbar gelagert ist. An dem Gehäuse 1 ist ein Glockengehäuse 3 angeflanscht, welches die Baugruppen eines Stators 5 und eines Rotors 6 aufnimmt, mit welchen ein an der Kurbelwelle 4 angeordneter Elektromotor ausgebildet ist. Der Rotor 6 ist von einer Nabe 9 aufgenommen, die für eine gemeinsame Drehung an der Kurbelwelle 4 befestigt ist und über ein Distanzstück 7 an dem Machinengehäuse 1 abgestützt wird. Mit der Nabe 9 ist an einem Nabenkranz 8 eine Anlasser-Lichtmaschine-Kombination vereinigt, deren Drehmoment durch eine Kupplung 12 an eine Keilwelle 10 übertragen wird, die mit der Kurbelwelle 4 zusammengebaut ist. Für die Befestigung der Nabe 9 an der Kurbelwelle 4 sind Bolzen 11 vorgesehen. Mit weiteren Bolzen 19 (2) ist das Distanzstück 7 mit dem Maschinengehäuse 1 verschraubt, während Stifte 5a den Stator 5 mit dem Distanzstück 7 derart verstiften, daß für die Einrichtung des Stators 5 an dem Glockengehäuse 3 ein Luftspalt 18 bestimmter Größe relativ zu dem Rotor 6 eingehalten wird. Die Einrichtung ist schließlich noch mit einem Kugellager 14 vervollständigt, über welches die Nabe 9 durch das Distanzstück 7 abgestützt wird. Das Distanzstück 7 ist mit der Vorgabe eines radialen Spiels 21 durch die Bolzen 19 an dem Maschinengehäuse 1 derart befestigt, daß eine radiale Verstellung des Stators 5 relativ zu dem Maschinengehäuse 1 möglich wird.
  • Für die vorbeschriebene Einrichtung wird eine axial fluchtende Ausrichtung des Rotors 6 und des Stators 5 mit der Drehachse der Kurbelwelle 4 im wesentlichen wie folgt durchgeführt. Nachdem der Stator 5 an dem Maschinengehäuse 1 mittels der Bolzen 19 lose positioniert worden ist, wird die Nabe 9 mit dem an ihr angeordneten Rotor 6 an der Kurbelwelle 4 mittels der Bolzen 11 befestigt. Für die Einrichtung der Nabe 9 wird dabei Gebrauch gemacht von einer ersten Radialführung 15, die mit einer durch einen Außendurchmesser der Kurbelwelle ausgebildeten Paßfläche im Zusammenwirken mit einer Innenfläche einer Führungs- oder Pilotbohrung der Nabe 9 ausgeführt ist. Diese erste Radialführung 15 ist mit einer Linienberührung der beiden zusammenwirkenden Durchmesser an der Kurbelwelle 4 und der Nabe 9 ausgeführt, die mit dieser Linienberührung einen Preßsitz und gleichzeitig einen kleinen Spielraum ergibt, sodaß eine radiale Einstellung der Nabe in Bezug auf die Kurbelwelle möglich ist, bevor die Bolzen 11 für eine feste Verbindung dieser beiden Teile angezogen werden. Eine weitere Radialführung wird andererseits an dem Lager 14 erhalten, das von der Nabe 9 aufgenommen ist und an dem Distanzstück 7 abgestützt wird. Dieses Lager 14 kann zuerst entweder mit dem Distanzstück 7 oder mit der Nabe 9 zusammengebaut sein. Ein anfänglicher Zusammenbau mit der Nabe 9 wird bevorzugt wobei das Lager 14 dann mit einem Preßsitz an der Nabe festgelegt wird. Nach erfolgtem Zusammenbau wird die Nabe 9 mit dem Distanzstück 7 vereinigt. Es wird dafür ein einfacher Gleitsitz des Lagers 14 an dem Distanzstück 7 eingehalten, um zwischen der Nabe und dem Distanzstück eine axiale Relativbewegung zu ermöglichen. Das Lager 14 erfüllt bei dieser Einrichtung den Zweck, das Distanzstück 7 und damit auch den mit ihm verstifteten Stator 5 relativ zu der Nabe 9 und damit auch zu dem Rotor 6 derart zu lokalisieren, daß zwischen dem Stator 5 und dem Rotor 6 ein Luftspalt 18 bestimmter Größe eingehalten wird. Der Luftspalt 18 sollte bsp. auf eine Größe von 0.35 bis 0.45 mm eingestellt werden, damit nicht bei Abweichungen von dieser Größe der Wirkungsgrad und die Laufeigenschaften des Motors nachteilig beeinflußt werden.
  • Das mit der Nabe 9 an dem Lager 14 vereinigte Distanzstück 7 wird wie vorerwähnt für eine Einrichtung des Stators 5 und des Rotors 6 an dem Maschinengehäuse 1 mittels der Bolzen 19 (2) befestigt. Für diese Befestigung ist an jedem Bolzen ein kleines radiales Spiel 21 (2) vorgegeben, um eine radiale Verstellung des Distanzstückes 7 und des mit ihm baulich vereinigten Stators 5 relativ zu dem Rotor 6 respektive relativ zu der Nabe 9 zu ermöglichen, bevor die Bolzen 19 an dem Maschinengehäuse 1 fest angezogen werden. Für eine alternative Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß das Lager 14 mit einem Preßsitz an der Kurbelwelle 4 befestigt ist, bevor die Verschraubung des Distanzstückes 7 mit dem Maschinenge häuse 1 vorgenommen wird. Für diese alternative Ausführungsform wird so eine Einrichtung erhalten, bei welcher der Rotor 6 respektive die Nabe 9 und der Stator 5 respektive das Distanzstück 7 über das Lager 14 durch die Kurbelwelle 4 abgestützt werden. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird dagegen die umgekehrte Reihenfolge eingehalten, indem hier der Stator 5 respektive das Distanzstück 7 über das Lager 14 an der Nabe 9 abgestützt wird. Für eine weitere alternative Ausführungsform kann auch noch ein zweites Lager vorgesehen sein, welches dann zwischen der Kurbelwelle 4 und dem Distanzstück 7 unmittelbar neben dem Maschinengehäuse 1 angeordnet wird. Durch ein solches weiteres Lager wird hauptsächlich eine zusätzliche radiale Abstützung für die Anlasser-Lichtmaschine-Kombination und die Kupplung 12 erhalten.
  • Die Kupplung 12 ist zur Übertragung eines Drehmoments von der Nabe 9 auf die Keilwelle 10 und die damit an den Bolzen 11 verschraubte Kurbelwelle 4 angeordnet. Die Keilwelle 10 bildet bei dieser Anordnung die Eingangswelle der Brennkraftmaschine, wobei mit dem Lager 14 eine radiale Abstützung hauptsächlich für den Rotor 6 und daneben auch für die Kupplung 12 erhalten wird. Die Abstützung wird durch das Distanzstück 7 abgefangen, sodass sich eine Entlastung der Kurbelwelle 4 ergibt. Die Kurbelwelle 4 erhält daher eine entsprechend verringerte Bruchgefahr als Folge von Spannungen, die sonst durch eine freitragende Einrichtung des Elektromotors am Ende der Kurbelwelle auftreten können.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann der Rotor 6 respektive die Nabe 9 auch über eine Keilwellenverzahnung mit der Kurbelwelle 4 verbunden sein. Die Keilwellenverzahnung wäre dabei an dem Ort vorhanden, wo bei der Ausführungsform gemäß 1 die erste Radialführung 15 mit den zusammenpassenden Durchmessern ausgebildet ist. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, ist diese erste Radialführung wie bei 15' angegeben mit einem Außendurchmesser an der Nabe 9' und mit einem Innendurchmesser an einer Pilotbohrung der Kurbelwelle 4' ausgebildet. Anstelle der bei dieser Ausführungsform ebenfalls vorgesehenen Verschraubung der Nabe 9' mit der Kurbelwelle 4' durch Bolzen 11' kann hier auch eine Verstiftung dieser beiden Bauteile vorgesehen werden. Für die Nabe 9' sind daher auch noch andere Befestigungen an der Kurbelwelle 4' denkbar sind. Gleiches gilt auch für die Einrichtung des Lagers 14', welches hier anders als bei der Ausführungsform gemäß 1 an einer äußeren Ringfläche der Nabe 9' abgestützt ist und das Distanzstück 7' an einer inneren Ringfläche trägt.
  • In 3 ist eine isometrische Darstellung einer Kurbelwelle 34 gezeigt, die an ihrem einen Ende 30 zur Befestigung einer Anlasser-Lichtmaschine-Kombination ausgebildet ist und an diesem Ende eine Lagerfläche 31 aufweist, an welcher die Kurbelwelle 34 die Last aufnimmt, die durch die quasi freitragende Einrichtung der Anlasser-Lichtmaschine-Kombination in der Gemeinsamkeit mit dem Elektromotor an die Kurbelwelle zur Übertragung kommt. Die bei dieser Lastübertragung an die Kurbelwelle 34 hervorgerufenen Spannungen in der Kurbelwelle vorrangig im Bereich des nahen Kurbelwellenzapfens 32 und der Kurbelwange 33 neben dem nächsten Wellenlager 35 werden dabei auch durch das Lager 14' aufgefangen, welches die Belastung der Kurbelwelle über das Distanzstück 7' an das Maschinengehäuse 1' ableitet.
  • In 4 ist für eine weitere alternative Ausführungsform gezeigt, daß für die axial fluchtende Ausrichtung eines Rotors und speziell zunächst eines Stators 45 des Elektromotors mit der Drehachse der Kurbelwelle 44 einer Brennkraftmaschine ein radiales Führungsteil 40 verwendet wird, das an der Kurbelwelle 44 in gleicher Art und Weise befestigt wird wie die Nabe 9' bei der in 2 dargestellten Ausführungsform. Bezüglich der Einrichtung des Stators 45 ist eine mit der Ausführungsform der 2 übereinstimmenden Einrichtung an einem Distanzstück 47 auszugehen, wobei dieses Distanzstück 47 mittels Bolzen 419 an dem Maschinengehäuse 41 verschraubt wird. Das Führungsteil 40 ist mit der Kurbelwelle 44 über eine Radialführung 415 verbunden, die mit einer äußeren Ringfläche an dem Führungsteil 40 und mit einer inneren Ringfläche einer Pilotbohrung der Kurbelwelle 44 ausgeführt ist. Daneben ist das Führungsteil 40 an einer weiteren Radialführung 414 mit dem Distanzstück 47 verbunden. Mit diesen beiden Radialführungen kann das Führungsteil 40 mit der Drehachse der Kurbelwelle 44 axial fluchtend ausgerichtet werden. Diese axial fluchtende Ausrichtung kann für die Einrichtung des Rotors übernommen werden, wenn zuvor das Führungsteil 40 entfernt wurde. Die Anordnung des wird somit über eine Nabe ähnlich der Nabe 9' realisiert, an welcher ebenfalls ein Lager ähnlich dem Lager 14' für eine Abstützung des Distanzstückes 47 angeordnet ist.

Claims (7)

  1. Einrichtung in einem Kraftfahrzeug für ein axial fluchtendes Ausrichten eines Rotors eines Elektromotors auf die Drehachse einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei ein Stator des Elektromotors durch ein erstes Führungsteil an einem Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigt ist und der Rotor des Elektromotors an einem zweiten Führungsteil, welches zu dem ersten Führungsteil über ein dazwischen angeordnetes Lager radial ausgerichtet ist, durch die Kurbelwelle zentriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Führungsteil (9, 9', 40) über eine erste Radialführung (15, 15', 415) an der Kurbelwelle (4, 4', 44) endseitig zentriert ist und dass für das mit dem zweiten Führungsteil (9, 9', 40) über das dazwischen angeordnete Lager (14, 14', 414) verbundene erste Führungsteil (7, 7', 47) eine zweite Radialführung (5a, 19, 21; 419) vorgesehen ist, welche den Stator (5, 5', 45) in Bezug auf das Gehäuse (1, 1') der Brennkraftmaschine relativ zu dem Rotor (6, 6') des Elektromotors radial ausrichten und feststellen lässt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Radialführung (15) mit einem Außendurchmesser an der Kurbelwelle (4) und mit einer Führungs- oder Pilotbohrung des zweiten Führungsteils (9) ausgebildet ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Radialführung mit einer Keilwellenverzahnung zwischen der Kurbelwelle (4') und dem zweiten Führungsteil (9') ausgebildet ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Radialführung (15') mit einem Außendurchmesser an einem Nabenteil des zweiten Führungsteils (9') und einer Führungs- oder Pilotbohrung der Kurbelwelle (4') ausgebildet ist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Führungsteil mit einem Distanzstück (7, 7') ausgebildet ist, welches mittels mehrerer, jeweils mit einem radialen Spiel versehener Befestigungselemente (5a, 19, 21; 419) an dem Gehäuse (1, 1') der Brennkraftmaschine befestigt ist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzstück (7, 7') zur Befestigung einer mit dem Elektromotor vereinigten Anlasser-Lichtmaschine-Kombination vorgesehen ist.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Verbindung des ersten Führungsteils (7, 7') mit dem zweiten Führungsteil (9, 9') vorgesehene Lager (14, 14') mit einem Presssitz angeordnet ist, und dass der Stator (5, 5') an dem ersten Führungsteil (7, 7') gegen Drehung gesichert und radial fixiert ist.
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