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Die Erfindung betrifft einen integrierbaren Starter-Generator für einen Kraftwagen, insbesondere für einen Mild-Hybrid-Kraftwagen.
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Bei Antriebssystemen für Kraftwagen, insbesondere integrierten Starter-Generator-, Mild-Hybrid-, oder Hybrid-Maschinen, steht üblicherweise wenig Bauraum für einen Einbau von Komponenten wie beispielsweise einer Leistungselektronikeinheit für die elektrische Maschine zur Verfügung. Der Einbau erfordert oft teure Umkonstruktionen eines ursprünglichen Antriebssystems das aus einer Brennkraftmaschine und ein Getriebe umfasst. Soll eine als Starter-Generator fungierende elektrische Maschine im Kraftwagen vorgesehen werden oder sein, so muss neben dem Bauraum für die elektrische Maschine zusätzlicher Bauraum für eine dieser zugeordneten Leistungselektronikeinheit vorgesehen werden. Leistungselektronikeinheiten sind oftmals schwer unterzubringen, benötigen eine aufwändige Verkabelung und weisen – je nach benötigter Leistung – eine hohe Variantenvielfalt auf. Wegen des eingeschränkten Bauraums auf Grund der zusätzlich benötigten elektrischen Maschine gestaltet sich auch der Einbau bei einem Hybrid- oder Mild-Hybridkraftwagen oft umständlich und zeitaufwändig.
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Darüber hinaus sind viele der elektrischen Komponenten wasserempfindlich und benötigen Einrichtungen für einen Druckausgleich. So werden Beispielsweise für Gehäuse, die eine Leistungselektronik aufnehmen, Steigrohre oder „Schnorchel” vorgesehen, um ein Ansaugen von Wasser oder hoher Feuchtigkeit auf Grund eines temperaturbedingten Druckänderungsausgleichs zu vermeiden Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen integrierbaren Starter-Generator zu schaffen, der einen möglichst geringen Bauraumbedarf in Anspruch nimmt, weniger Komponenten bedarf und einfach sowie kostengünstig herzustellen und einzubauen ist.
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Diese Aufgabe wird mittels eines integrierbaren Starter-Generators für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird dabei ein integrierbarer Starter-Generator, insbesondere für einen Kraftwagen vorgesehen, mit:
- – einem Gehäuse,
- – einem Anschlussfeld für elektrische Leitungen aus dem Gehäuse, wobei das Anschlussfeld an dem Gehäuse angeordnet ist,
- – einem Deckel zum wasserdichten Abdichten des Anschlussfelds,
- – einem an den Deckel anschließenden Faltenbalg zur Aufnahme von elektrischen Leitungen einer mit dem Anschlussfeld elektrisch verbundenen Leistungselektronik,
- – einem in dem Anschlussfeld angeordneten Druckausgleichselement, das einen Druckausgleich zwischen einem von dem Anschlussfeld und dem Deckel begrenzten Raum und einem über den Faltenbalg verbundenen Gehäuse der Leistungselektronik mit dem Inneren des Gehäuses des integrierbaren Starter-Generators ermöglicht.
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Vorzugsweise sind in dem Anschlussfeld Öffnungen für Phasen-Stromschienen der elektrischen Maschine des Starter-Generators, Kontaktstellen für Sensorstecker für die elektrische Maschine des Starter-Generators Pilotkontakte und/oder Hochvolt-Kontakte zum Anschluss an eine Hochvolt-Batterie vorgesehen. Damit Stromschläge bzw. Kurzschlüsse vermieden werden können ist das Anschlussfeld mit einem Deckel zum wasserdichten Abdichten des Anschlussfelds versehen. Dieses ist insbesondere für solche Kraftwagen notwendig, deren Anschlussfelder für eine Leistungselektronik bzw. deren Gehäuse mit der darin befindlichen Leistungselektronik in Berührung mit Wasser geraten können – insbesondere SUVs. Durch eine Konzentration von mehreren Funktionen – Kontakte für Hochvolt-Batterie, Leistungselektronik und Kontakten für Sensor- und Steuerungsleitungen können platzkritische Bereiche, in denen es häufig zu Package-Problemen kommen kann, vermieden werden. Besonders vorteilhaft bei der Erfindung ist das in dem Anschlussfeld angeordnete Druckausgleichselement, welches einen Druckausgleich zwischen dem von dem Anschlussfeld und dem Deckel begrenzten Raum und dem Inneren des Gehäuses des integrierbaren Starter-Generators ermöglicht. Herkömmliche Entlüftungen wurden über Steigrohre bzw. „Schnorchel” realisiert, die direkt mit der Atmosphäre in Verbindung standen. Demnach erforderten Steuergeräte sowie Anschlussfelder und Gehäuse für Leistungselektronik und Hochvolt-Anschlüsse jeweils einen extra Anbau – Steigrohr – wenn sie für die Verwendung unterhalb einer bestimmten Wasserlinie ausgelegt wurden. Diese Elemente können nun eingespart werden, wodurch mehr Bauraum zur Verfügung steht. Um eine Wasserundurchlässige Verbindung zwischen Leistungselektronik und dem Anschlussfeld des integrierten Starter-Generators zu gewährleisten wird bei der Erfindung ein Faltenbalg eingesetzt, der einen durch Temperaturschwankungen bedingten Druckausgleich zwischen dem von dem Anschlussfeld und dem Deckel begrenzten Raum und dem über den Faltenbalg verbundenen Gehäuse der Leistungselektronik mit dem Inneren des Gehäuses des integrierbaren Starter-Generators gestattet. Darüber hinaus werden Temperatur- und Vibrations-bedingte Risse durch eine Ummantelung bzw. Aufnahme der elektrischen Leitungen mittels des flexiblen Faltenbalgs vermieden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Faltenbalg Dichtungselemente zum wasserdichten Verbinden des von dem Anschlussfeld und dem Deckel begrenzten Raums mit dem Gehäuse der Leistungselektronik auf. Dadurch kann sichergestellt werden, dass an keiner Stelle die sensible Elektronik mit Wasser in Berührung treten kann, die zu Schäden oder einem Ausfall der Elektronik führen würde.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann ein jeweiliges Endteil des Faltenbalgs für eine Montage oder Demontage vom Deckel des Anschlussfelds bzw. dem Gehäuse der Leistungselektronik zerstörungsfrei gelöst und wieder damit in Verbindung werden. Dadurch wird eine einfache Wartung des integrierten Starter-Generators und der dazugehörigen Leistungselektronik ermöglicht.
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Damit das Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit wirksam vermieden werden kann, was zu Kurzschlüssen oder eventuell zu einer Korrosion von elektrischen Elementen des Starter-Generators führt, weist das Druckausgleichselement eine semipermeable Membran auf. Solche semipermeable Membranen, beispielsweise „Goretex”-Membranen, erlauben einen Druckausgleich der Luft ohne jedoch Wasser oder weitere Flüssigkeiten in eine Richtung der Membran durchzulassen. Dadurch kann ein Druckausgleich gewährleistet werden, ohne Gefahr zu laufen, die sensiblen Bereiche der elektrischen Anschlüsse und Kontakte Feuchtigkeit oder gar Wasser auszusetzen.
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Die erfindungsgemäße Lösung für den integrierbaren Starter-Generator wird im Allgemeinen bei einem Mild-Hybridkraftwagen verwendet, der unmittelbar an einen Steuerungsdeckel einer Verbrennungskraftmaschine angeschlossen ist oder aber Teil dieses Steuerungsdeckels ist, wobei er oftmals die Funktion eines „Spacers” übernimmt. Dabei kann ein Steuergehäusedeckel eines Verbrennungsmotors und das von dem Verbrennungsmotor abtriebsseitig beabstandete Gehäuse des integrierbaren Starter-Generators einstückig hergestellt werden. Die Herstellung aus einem Stück gewährleistet keine weiteren Lecks” die einer Flüssigkeit ermöglichen könnten, in das Innere des Starter-Generators einzudringen und diesen zu beschädigen. Abgesehen davon wird Material und Konstruktions- bzw. Montageaufwand eingespart. Eine Entlüftung bei einem überhöhten Druck in dem Gehäuse des Starter-Generators bzw. in dem von dem Anschlussfeld und dem Deckel begrenzten Raum, kann von dem Inneren des Gehäuses über den Steuergehäusedeckel in die Verbrennungskraftmaschine erfolgen.
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Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt die einzige Figur eine vorteilhafte Ausführungsform eines integrierbaren Starter-Generators mit einem Faltenbalg gemäß der Erfindung.
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Der in der Figur dargestellte integrierte Starter-Generator ISG ist auf der Abtriebsseite auf einer Antriebswelle AW eines Verbrennungsmotors VM angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur ist die elektrische Maschine EM des integrierten Starter-Generators ISG in einem direkt an ein Steuergehäusedeckel SGD angeschlossenes Gehäuse G eingebaut. Das an den Steuergehäusedeckel SGD anschließende Gehäuse G kann auch ein „Spacer” sein. In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse G des integrierbaren Starter-Generators ISG an den Steuergehäusedeckel SGD angeschraubt bzw. nicht einstückig damit verbunden. Da bei Antriebssystemen für Kraftwagen, beispielsweise Mild-Hybrid-Kraftwagen mit integriertem Starter-Generator ISG, nur wenig Bauraum für einen Einbau von Komponenten wie beispielsweise einer Leistungselektronikeinheit LE, deren elektrische Leitungen EL sowie Batterieleitungen BL für eine Batterie B vorgesehen ist, wurden im Beispiel der vorliegenden Ausführungsform weitere Anschlüsse elektrischer Komponenten in einem einzigen Anschlussfeld AF konzentriert – Batterieleitungskontakte BLK, Anschluss für Steuerungselektronik ST, Anschlüsse für Phasenleitungen P, ... usw. In der Figur ist das Anschlussfeld AF zusätzlich in vergrößerter Form dargestellt – über gestrichelte Linien angedeutet.
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Damit der integrierbare Starter-Generator ISG gemäß der in der Figur dargestellten Ausführungsform geeignet ist, auch bei SUVs eingebaut zu werden, muss das Anschlussfeld AF vor Feuchtigkeit und Eindringen von Wasser geschützt werden. Geländewagen bzw. SUVs sind dazu ausgelegt mit am Antriebsstrang bzw. der Antriebswelle AW angeordneten Komponenten bis zur Höhe dieser Antriebswelle AW oder tiefer unterhalb eines Wasserspiegels verwendet werden zu können. Damit die Leistungselektronik LE bzw. die elektrische Maschine EM sowie Anschlüsse für Phasen P der elektrischen Maschine EM sowie Kontakte für Batterieleitungen BLK vor Wasser geschützt werden, sind diese mittels eines Deckels D, der auf das bzw. über das Anschlussfeld AF montiert wird, vor einem Wassereindringen geschützt. Eine besonders sichere und wasserdichte Verbindung des Anschlussfeldes AF mit der Leistungselektronik LE bzw. deren Gehäuse kann mittels eines Faltenbalgs FB gewährleistet werden. In der Figur ist auch der Faltenbalg FB zwischen Deckel D und Leistungselektronik LE zusätzlich in vergrößerter Form dargestellt – über gestrichelte Linien angedeutet. Zum wasserdichten und zugleich lösbaren Verbinden des Faltenbalgs mit dem Deckel D bzw. dem Gehäuse der Leistungselektronik LE weist dieser lösbare Dichtungselemente DI auf. Am Deckel D enden alle elektrischen Leitungen EL der Leistungselektronik LE, die durch den Faltenbalg FB zum Anschlussfeld AF geführt werden. Durch den Faltenbalg FB ist auch ein Druckausgleich zwischen dem Gehäuse der Leistungselektronik LE und dem von dem Anschlussfeld AF und dem Deckel D begrenzten Raum möglich. Zum Befestigen des Deckels D auf dem Anschlussfeld AF sind Durchgangslöcher DL für Befestigungsmittel beispielsweise Schrauben, vorgesehen.
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Da es durch unterschiedliche Witterungsverhältnisse bzw. beim Eintauchen des Anschlussfeldes AF unterhalb einer Wasserlinie zu starken Temperaturwechseln kommen kann die eine Druckänderung bedingen, ist zum Ausgleich der Druckverhältnisse in dem von dem Anschlussfeld AF und dem Deckel D begrenzten Raum sowie dem Inneren des Gehäuses G des integrierbaren Starter-Generators ISG ein Druckausgleichselement DAE vorgesehen. Das Druckausgleichselement DAE kann mittels einer semipermeablen Membran realisiert werden, wodurch ein Eindringen von Wasser in die elektrische Maschine EM des integrierten Starter-Generators ISG verhindert werden kann, selbst wenn Wasser oder hohe Feuchtigkeit in den von dem Anschlussfeld AF und dem Deckel D begrenzten Raum und/oder das Gehäuse der Leistungselektronik LE eindringt. Dadurch wird ein effektiver Schutz der elektrischen Maschine EM und deren Komponenten gewährleistet.
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In einer weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung, erfolgt eine Kontaktierung der Leistungselektronik LE mit der elektrischen Maschine EM durch ein Statorauge als „Starterauge” des Gehäuses G des integrierten Starter-Generators ISG.
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Über die vorstehend genannten Vorteile hinaus eignet sich die in der Figur veranschaulichte Ausführungsform des integrierbaren Starter-Generators ISG der in dem Steuergehäusedeckel SGD mit integriertem oder getrenntem Gehäuse G – Spacer – auch als Elektronik-Träger für elektrische Leitungen EL der Leistungselektronik LE, Batterieleitungen BL, Sensoren und Steuerungsleitungen sowie Phasen P der elektrischen Maschine EM. Somit sind am bzw. im Spacer ein Statorträger, ein Stator, ein Rotor, eine komplette Sensorik der elektrischen Maschine EM sowie die Leistungselektronik LE im hier gezeigten Anschlussfeld AF konzentriert untergebracht. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die elektrischen Verbindungen der Leistungselektronik LE mit dem Kraftwagen ebenfalls integriert werden. Durch den hohen Konzentrationsgrad von elektrischen Bauteilen und elektrischen Verbindungen ist eine gute Zugänglichkeit für einen Service gewährleistet. Die elektrischen Leitungen EL können dadurch vorteilhaft und vor Wasser geschützt verlegt werden, wobei dadurch nicht nur Gewicht eingespart wird sondern auch eine EMV-Optimierung erfolgt. Des Weiteren werden Einsparungen durch den geringen Verkabelungsaufwand im Motor- und Karosseriebereich gemacht, sowie damit sonst einhergehend hohe Montage- und Demontageaufwendungen vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- AF
- Anschlussfeld
- AW
- Antriebswelle
- B
- Batterie
- BL
- Batterieleitungen
- BLK
- Batterieleitungskontakte
- D
- Deckel
- DAE
- Druckausgleichselement
- DI
- Dichtung
- DL
- Durchgangslöcher
- EL
- elektrische Leitungen
- EM
- elektrische Maschine
- FB
- Faltenbalg
- G
- Gehäuse
- ISG
- integrierbaren Starter-Generator
- LE
- Leistungselektronik
- P
- Phasenleitungen
- SGD
- Steuergehäusedeckel
- ST
- Steuerungselektronik
- VM
- Verbrennungsmotor
