DE102009038246A1

DE102009038246A1 - Dichtungen für Getriebeantriebsmotoren

Info

Publication number: DE102009038246A1
Application number: DE102009038246A
Authority: DE
Inventors: Timothy J. Brownsburg Reinhart; Gregory W. Avon Kempf; William S. Greenfield Reed
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: US20100044973A1; US7926819B2; DE102009038246B4; CN101660607B; CN101660607A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Dichtung zur Verwendung zwischen dem Gehäuse eines Automatikgetriebes und dem Gehäuse (Topf) eines Getriebeantriebsmotors bereit. Die Dichtung, von denen eine an jedem Ende des Antriebsmotorgehäuses angeordnet ist, umfasst bevorzugt einen Metallring, der innere und äußere daran befestigte elastomere, mit Rippen versehene Dichtungen aufweist. Der Ring, der im Querschnitt eine Form eines nicht gehärteten "S" definiert, hält die Form und Festigkeit der Dichtung aufrecht, und die mit Rippen versehene, innere Dichtung stellt eine fluiddichte Abdichtung mit dem Motorgehäuse bereit, während die mit Rippen versehene, äußere Dichtung eine fluiddichte Abdichtung mit dem Getriebegehäuse bereitstellt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft fluiddichte Dichtungsstrukturen und im Besonderen fluiddichte Dichtungen zum Einbau zwischen einem Gehäuse eines Antriebsmotors und einem Gehäuse eines Automatikgetriebes.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich technische Hintergrundinformation, die mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung steht, und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
Moderne Pkw- und Lkw-Hybridautomatikgetriebe wenden häufig Elektromotoren mit hohem Drehmoment zur Wirkung als die einzige Energiequelle in bestimmten Betriebsarten und zum Betrieb in Verbindung mit einem Benzinmotor, einem Dieselmotor oder einem Motor mit flexiblem Kraftstoff in anderen Betriebsarten an. Da diese Elektromotoren im Allgemeinen beträchtliche mechanische Leistung über längere Zeiträume erzeugen, während sie entsprechende Mengen an elektrischer Leistung verbrauchen, erzeugen sie beträchtliche Wärmemengen. Um eine geeignete niedrige Betriebstemperatur aufrecht zu erhalten, ist es notwendig, derartige Wärme abzuführen, typischerweise durch Zirkulation eines Wärmeübertragungsmediums um das Motorgehäuse herum. Mit gegebener Verfügbarkeit von Getriebefluid, seinem System zur Zirkulation und Wärmeableitung und seiner anerkannten Wärmeübertragungsfunktion ist es die offensichtliche allgemeine Lösung für diese Anforderung.
Wegen des Vorhandenseins von unter Druck gesetztem oder drucklosem, sich bewegendem Fluid nahezu überall in einem Automatikgetriebe könnte eine erste Lösung sein, die Motoren einfach Fluid auszusetzen, das in dem Getriebe zirkuliert. In der Realität kann eine derartige Fluidzirkulation an jedem gegebenen Ort in dem Getriebe abhängig von dem gegenwärtigen Betriebszustand des Getriebes in breitem Umfang variieren und die Kühlung des Motors unter bestimmten Bedingungen beeinträchtigen. Es ist somit ersichtlich, dass eine kontrollierte, zweckgebundene Strömung von Getriebefluid zum Kühlen des Motors erwünscht ist.
Aufgrund der Wichtigkeit des Aufrechterhaltens von relativ kühlen Motortemperaturen unter allen Betriebsbedingungen bei großen Motoren, die viel oder alles von dem Getriebequerschnitt einnehmen, und der Notwendigkeit, sowohl eine Fluidströmung zwangsläufig bereitzustellen, als auch das Volumen der Fluidströmung zu steuern, schafft jedoch die Wahl, eine zweckgebundene Strömung von Getriebefluid zur Kühlung zu benutzen, ein neues Feld von konstruktiven Herausforderungen. Eine erste Herausforderung betrifft die Tatsache, dass die Motoren den gesamten oder einen wesentlichen Teil des Querschnitts des Getriebes einnehmen. Dies schafft Schwierigkeiten bezüglich der Fluidverteilung zu und in dem Motor. Eine Lösung für diese Herausforderung ist, Druckfluid an einen ringförmigen Durchgang zu liefern, der zwischen dem Motorgehäuse und der Innenseite des Getriebegehäuses angeordnet ist. Radiale Durchbrechungen in dem Motorgehäuse lenken Fluid zu Motorbestandteilen, wie etwa den Wicklungen, um Wärme zu absorbieren und wegzutransportieren. Eine diesbezügliche Herausforderung umfasst das Bereitstellen einer sicheren, fluiddichten Abdichtung zwischen dem Getriebegehäuse und dem Motorgehäuse, sodass eine beständige, gesteuerte Strömung von Getriebefluid durch den Motor und seine Wicklungen erreicht werden kann.
Ein Ansatz aus dem Stand der Technik zum Erreichen einer Abdichtung zwischen einem Getriebe und einem Antriebsmotorgehäuse benutzt O-Ringe, die in Kanälen angeordnet sind, die sich um den Umfang des Motorgehäuses herum erstrecken und mit komplementär angeordneten und ausgestalteten kreisförmigen Schultern oder Flächen in dem Getriebegehäuse in Eingriff stehen. Obgleich diese Anordnung eine annehmbare Abdichtung bereitstellt, ist sie Einbauvarianten bzw. Baugruppenabweichungen unterworfen. Da beispielsweise die O-Ringe an der Außenseite des Motorgehäuses eingebaut sind, sind sie einer versehentlichen Verschiebung vor oder während der Montage des Motors unterworfen. Wenn ein O-Ring während der Montage des Motors mit beispielsweise einer scharfen Kante des Getriebegehäuses in Kontakt gelangt, kann zusätzlich eine geringfügige und möglicherweise nicht festgestellte Beschädigung an dem O-Ring auftreten, was zu anfänglichem oder vorzeitigem Dichtungsversagen führt. Zusätzlich ist eine Überprüfung, dass der O-Ring eingebaut ist, aufgrund seiner geringen Größe relativ zu der Motorbaugruppe sehr schwierig. Dies schließt die Verwendung eines Sichtsystems zur Sicherstellung, dass der O-Ring an seinem Platz ist, vor dem Einbau in das Hauptgehäuse aus.
Aus dem vorstehenden kurzen Rückblick auf den Stand der Technik der Antriebsmotor/Getriebe-Dichtungstechnologie ist ersichtlich, dass bei dieser Technik Verbesserungen erwünscht sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Dichtung zwischen dem Gehäuse eines Automatikgetriebes und dem Gehäuse (Topf) eines Getriebeantriebsmotors bereit. Die Dichtung, von denen eine an jedem Ende des Antriebsmotorgehäuses angeordnet ist, umfasst einen Metallring mit damit verbundenen, inneren und äußeren elastomeren, mit Rippen versehenen Dichtungen. Der Metallring, der im Querschnitt eine Form eines nicht gehärteten ”S” definiert, hält die Form und Festigkeit der Dichtung aufrecht, und die mit Rippen versehene, innere Dichtung stellt eine fluiddichte Abdichtung gegen das Motorgehäuse bereit, während die mit Rippen versehene, äußere Dichtung eine fluiddichte Abdichtung gegen das Getriebegehäuse bereitstellt. In einer Ausgestaltung vor der Montage werden die Motordichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung anstatt, dass sie an der Außenseite des Motorgehäuses eingebaut werden, in das Getriebegehäuse eingebaut, in welchem sie vor Beschädigung geschützt sind, und anschließend wird der Antriebsmotor in das Getriebe eingebaut. Die Motorgehäusedichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bietet eine verbesserte Einfachheit und Sicherheit des richtigen Einbaus sowie eine verminderte Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Dichtung während des Einbaus, wodurch nachfolgende Ausfälle und Wartung verringert werden.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtung zur Anordnung zwischen dem Gehäuse eines Elektromotors und dem Gehäuse eines Automatikgetriebes bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtung zur Anordnung zwischen der Außenseite eines Gehäuses eines Elektromotors und der Innenseite eines Gehäuses eines Automatikgetriebes bereitzustellen.
Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ringförmige Dichtung zur Anordnung zwischen dem Gehäuse eines Elektromotors und dem Gehäuse eines Automatikgetriebes bereitzustellen, die einen Metallring und mit dem Ring verbundene, nachgiebige Dichtungsabschnitte aufweist.
Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtung zur Anordnung zwischen dem Gehäuse eines Elektromotors und dem Gehäuse eines Automatikgetriebes bereitzustellen, die einen Metallring und mit dem Ring verbundene, nachgiebige, mit Rippen versehene Abschnitte aufweist.
Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ringförmige Dichtung zur Anordnung zwischen der Außenseite eines Gehäuses eines Elektromotors und der Innenseite eines Gehäuses eines Automatikgetriebes bereitzustellen, die einen Metallring und mit dem Ring verbundene, nachgiebige, mit Rippen versehene Abschnitte aufweist.
Weitere Aufgaben, Vorteile und Anwendbarkeitsbereiche werden aus der hierin angegebenen Beschreibung deutlich werden. Es ist zu verstehen, dass die Beschreibung und die besonderen Beispiele lediglich zu Darstellungszwecken dienen und den Schutzumfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Darstellungszwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
1 ist eine fragmentarische Seitenaufrissansicht eines Automatikgetriebes, das die vorliegende Erfindung umfasst,
2 ist eine Perspektivansicht eines Elektromotorgehäuses, das vordere und hintere Dichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
3 ist eine vergrößerte Seitenaufrissansicht eines Elektroantriebsmotorgehäuses für ein Automatikgetriebe, das vordere und hintere Dichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist; und
4 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Steuermotorgehäuses und einer Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht einschränken.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Abschnitt eines Fahrzeugautomatikgetriebes dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Automatikgetriebe 10 umfasst ein typischerweise gegossenes Metallgehäuse 12, das verschiedene innere Bestandteile, wie etwa eine Antriebswelle (nicht dargestellt), eine Hauptabtriebswelle 14, eine oder mehrere Planetenradbaugruppen 16 (von denen eine dargestellt ist), eine Mehrzahl von elektrischen Durchführungen oder Verbindern 18 (von denen nur einer dargestellt ist), eine Elektromotorbaugruppe 20 und eine hydraulische Flügel- oder Gerotorpumpe (nicht dargestellt) lagert, positioniert und schützt. Es ist festzustellen, dass, obwohl nur eine Elektromotorbaugruppe 20 in dem Automatikgetriebe 10 dargestellt ist, darin mehr als eine enthalten sein kann, und die vorliegende Erfindung gleichermaßen zur Verwendung mit zusätzlichen Elektromotorbaugruppen geeignet ist.
Nun unter Bezugnahme auf die 1 und 2 umfasst die Elektromotorbaugruppe 20 ein im Allgemeinen rohrförmiges oder zylindrisches Gehäuse 22, das einen Stator 24 umgibt, der elektrische Feldwicklungen 26 aufweist. In dem Gehäuse 22 und dem Stator 24 ist ein Rotor 28 drehbar angeordnet, der auf einem Paar reibungsarmen Trägereinrichtungen, wie etwa Kugellagerbaugruppen 30 abgestützt ist. Die Kugellagerbaugruppen sind wiederum auf einem rohrförmigen Element oder einem Lagerträger 32 abgestützt, der mit einer Schweißverbindung mit dem zylindrischen Motorgehäuse 22 verbunden ist. Der Rotor 28 ist mit der Hauptwelle 14 durch eine innen und außen kerbverzahnte Nabe 34 oder ein ähnliches Bauteil gekoppelt.
Das zylindrische Motorgehäuse 22 umfasst eine Mehrzahl von radial ausgerichteten Schmierdurchgängen oder -öffnungen 36, die in vorderen und hinteren Umfangsfeldern an dem oberen Abschnitt des Gehäuses 22 angeordnet sind. Das zylindrische Motorgehäuse 22 umfasst auch zwei oder mehr Lagefestlegungsnasen oder -vorsprünge 38, die mit komplementär angeordneten Schlitzen oder Ausnehmungen (nicht dargestellt) in dem Automatikgetriebe 10 in Eingriff stehen. Die Schlitze und Vorsprünge 38 stehen abmessungsmäßig in Beziehung, um sicherzustellen, dass das zylindrische Motorgehäuse 22 richtig ausgerichtet ist, das heißt mit den Schmierdurchgängen oder -öffnungen 36 an der Oberseite des Automatikgetriebes 10, wenn es darin eingebaut ist.
Nun unter Bezugnahme auf die 2 und 3 sind um die Außenfläche des Motorgehäuses 22 herum ein Paar Dichtungen 40 gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet. Eine vordere oder erste Dichtung 40A ist entlang einer vorderen oder ersten Kante des zylindrischen Motorgehäuses 22 außerhalb der Schmierdurchgänge 36 gelegen, und eine zweite oder hintere Dichtung 40B ist entlang einer zweiten oder hinteren Kante des zylindrischen Motorgehäuses 22 ebenfalls außerhalb der Schmierdurchgänge 36 gelegen. Etwas anders ausgedrückt liegen die Schmierdurchgänge oder -öffnungen 36 in einem (axialen) Bereich zwischen der vorderen Dichtung 40A und der hinteren Dichtung 40B.
Nun unter Bezugnahme auf die 3 und 4 ist festzustellen, dass, abgesehen von ihren unterschiedlichen Durchmessern, die vordere Dichtung 40A und die hintere Dichtung 40B einen identischen Querschnitt aufweisen. Somit ist in 4 nur die vordere Dichtung 40A dargestellt, da die Beschreibung mit gleicher Genauigkeit für die hintere Dichtung 40B gilt. Die vordere Dichtung 40A umfasst ein zentrales Metallband oder einen zentralen Metallring 42, der zu einer Form eines nicht gehärteten ”S” ausgebildet ist, die ein erstes Ende 44 aufweist, das unter einem rechten Winkel (90°) derart nach innen gekrümmt oder ausgebildet ist, dass die erste Endseite 46 des Rings 42 parallel zu der Achse des zylindrischen Gehäuses 22 liegt und sich von der Innenfläche 48 des Rings 42 nach innen erstreckt. Das andere oder zweite Ende 50 des Rings 42 ist derart nach außen gekrümmt oder ausgebildet, dass die zweite Endseite 52 ebenfalls parallel zu der Achse des zylindrischen Gehäuses 22 liegt, aber im Wesentlichen bündig oder koplanar mit der Außenfläche 54 des Rings 42 ist. Die Form des Metallbandes oder -rings 42 in der Dichtung 40A versieht die Dichtung 40A mit Steifigkeit und Abmessungsstabilität.
In situ mit der Innenfläche 48 des Rings 42 geformt oder durch irgendeine geeignete Verbindungs- oder Befestigungstechnik mit dieser verbunden ist eine erste nachgiebige, interne Dichtung 62 aus beispielsweise einem elastomeren Material, das zwei oder mehr Rippen 64 aufweist, die mit der Außenseite des zylindrischen Motorgehäuses 22 in Kontakt stehen und gegen diese abdichten. In situ mit der Außenfläche 54 des Rings 42 geformt oder mit dieser durch irgendeine geeignete Verbindungs- oder Befestigungstechnik verbunden ist eine zweite nachgiebige, interne Dichtung 66 ebenfalls aus beispielsweise einem elastomeren Material, die drei oder mehr Rippen 68 aufweist, die mit der Innenfläche des Getriebegehäuses 12 in Kontakt stehen und gegen diese abdichten.
Eine Untersuchung von 3 macht deutlich, dass die Dichtungen 40A und 40B mit den ersten Endflächen 46 und den ersten Endseiten 46 der Metallbänder 42 fern von dem offenen Ende des zylindrischen Motorgehäuses 22 und den zweiten Endflächen 52 der Metallbänder 42 näher bei dem offenen Ende des zylindrischen Motorgehäuses 22 ausgerichtet sind. Eine Untersuchung von 4 macht deutlich, dass die erste Endseite 46 des Rings 42 bevorzugt freigelegt ist, da der Verbindungsprozess einen nicht abgedichteten Abschnitt des Metallbandes 42 für Angussprozesse während der Fertigung erfordert und bei der richtigen Lagefestlegung des Motorgehäuses 22 unterstützen wird, wohingegen die zweite Endseite 52 des Rings 42 bevorzugt durch eine dünne Schicht des elastomeren Materials bedeckt oder eingeschlossen ist, um eine richtige Verbindung des elastomeren Materials mit dem Metallband 42 sicherzustellen.
Wieder nach 1 ist festzustellen, dass die vordere Dichtung 40A und die hintere Dichtung 40B einen ringförmigen Hohlraum oder Bereich 70 definieren, der sich in Umfangsrichtung um das Motorgehäuse 22 zwischen diesem und der Innenfläche des Getriebegehäuses 12 erstreckt. Dieser Umfangsbereich 70 wird von der Hydraulikpumpe des Automatikgetriebes 10 unter Druck gesetzt, und Hydraulikfluid strömt in den Umfangsbereich 70 mit niedrigem Druck durch die Schmierdurchgänge oder -öffnungen 36 und wird durch die Öffnungen 36 gelenkt und berührt die Motorwicklungen 26. In den Motorwicklungen 26 erzeugte Wärme wird von dem Hydraulikfluid wegtransportiert und über einen Getriebefluidkühler (nicht dargestellt) an die Atmosphäre abgegeben.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und Abwandlungen, die nicht vom Gedanken der Erfindung abweichen, sollen im Schutzumfang der Erfindung liegen. Derartige Abwandlungen sind nicht als eine Abweichung vom Geist und Schutzumfang der Erfindung oder der folgenden Ansprüche anzusehen.

Claims

Dichtung für einen Antriebsmotor in einem Automatikgetriebe, umfassend, in Kombination, einen Ring mit einer Außenfläche, einer Innenfläche, einem ersten Ende und einem zweiten Ende, das axial von dem ersten Ende beabstandet ist, wobei das erste Ende einen nach innen gekrümmten Abschnitt aufweist, das zweite Ende einen nach außen gekrümmten Abschnitt aufweist, eine äußere Dichtung, die an der Außenfläche befestigt ist, und eine innere Dichtung, die an der Innenfläche befestigt ist.
Antriebsmotordichtung nach Anspruch 1, wobei die äußere Dichtung eine Mehrzahl von Rippen umfasst.
Antriebsmotordichtung nach Anspruch 2, wobei die äußere Dichtung vier Rippen umfasst.
Antriebsmotordichtung nach Anspruch 1, wobei die innere Dichtung eine Mehrzahl von Rippen umfasst.
Antriebsmotordichtung nach Anspruch 4, wobei die innere Dichtung zwei Rippen umfasst.
Antriebsmotordichtung nach Anspruch 1, wobei sich das erste Ende von der inneren Dichtung radial nach innen erstreckt.
Antriebsmotordichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Ende von der äußeren Dichtung bedeckt ist.
Dichtung für einen Antriebsmotor in einem Automatikgetriebe, umfassend, in Kombination, einen Metallring mit einer Außenfläche, einer Innenfläche, einem ersten Ende und einem zweiten Ende, das axial von dem ersten Ende beabstandet ist, wobei das erste Ende einen nach innen gekrümmten Abschnitt aufweist, das zweite Ende einen nach außen gekrümmten Abschnitt aufweist, eine äußere Dichtung, die an der Außenfläche befestigt ist, und eine innere Dichtung, die an der Innenfläche befestigt ist, wobei der erste nach innen gekrümmte Abschnitt des ersten Endes sich über die innere Dichtung hinaus radial nach innen erstreckt.
Antriebsmotordichtung nach Anspruch 8, wobei der nach außen gekrümmte Abschnitt in der äußeren Dichtung eingeschlossen ist.
Antriebsmotordichtung nach Anspruch 8, wobei das erste Ende eine erste Fläche umfasst, die parallel zu einer Achse des Rings liegt.
Antriebsmotordichtung nach Anspruch 8, wobei das zweite Ende eine zweite Fläche umfasst, die parallel zu einer Achse des Rings liegt.
Antriebsmotordichtung nach Anspruch 8, wobei die äußere Dichtung zumindest zwei Rippen umfasst.
Antriebsmotordichtung nach Anspruch 8, wobei die innere Dichtung zumindest zwei Rippen umfasst.
Dichtungsbaugruppe für ein Automatikgetriebe, umfassend, in Kombination, ein Antriebsmotorgehäuse, das eine Mehrzahl von Schmieröffnungen aufweist, ein Paar ringförmige Dichtungen, die um das Gehäuse herum angeordnet sind, um einen Umfangsströmungsdurchgang in Verbindung mit den Öffnungen zu definieren, wobei jede der Dichtungen einen Ring mit einer Außenfläche, einer Innenfläche, einem ersten Ende und einem zweiten Ende, das axial von dem ersten Ende beabstandet ist, wobei das erste Ende einen nach innen gekrümmten Abschnitt aufweist, das zweite Ende einen nach außen gekrümmten Abschnitt aufweist, eine äußere Dichtung, die an der Außenfläche befestigt ist, und eine innere Dichtung, die an der Innenfläche befestigt ist, umfasst.
Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 14, wobei sich das erste Ende von der inneren Dichtung radial nach innen erstreckt.
Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 14, wobei das zweite Ende in der äußeren Dichtung eingeschlossen ist.
Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 14, wobei die äußere Dichtung zumindest zwei Rippen umfasst.
Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 14, wobei die innere Dichtung zumindest zwei Rippen umfasst.
Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 14, die ferner ein Getriebegehäuse umfasst, das Innenflächen aufweist, mit denen das Paar Dichtungen in Eingriff steht.
Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 14, wobei der Ring aus Metall besteht.