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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung eines Stators einer elektrischen Maschine an einem Gehäuseteil eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1.
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Eine solche Befestigungsanordnung eines Stators einer elektrischen Maschine an einem Gehäuseteils eines Kraftwagens ist beispielsweise der
DE 10 2013 222 216 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dieser Befestigungsanordnung ist der Stator mittels wenigstens eines eine korrespondierende Durchgangsöffnung des Stators durchdringenden und separat vom Stator und vom Gehäuseteil ausgebildeten Befestigungselements an dem Gehäuseteil befestigt. Dabei ist das Befestigungselement als Schraube ausgebildet, welche ein Außengewinde aufweist und über ihr Außengewinde in ein korrespondierendes Innengewinde des Gehäuseteils unter Befestigen des Stators am Gehäuseteil eingeschraubt ist.
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Es hat sich gezeigt, dass es bei solchen üblichen Befestigungsanordnungen zu unangenehmen Geräuschen kommen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Befestigungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Befestigungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welche ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten aufweist, ist erfindungsgemäß wenigstens ein zumindest teilweise in der Durchgangsöffnung zwischen dem Stator und dem Befestigungsanordnung angeordnetes Dämpfungselement zur Schwingungsdämpfung vorgesehen. Mittels des Dämpfungselements ist der Stator schwingungstechnisch von dem Befestigungselement und insbesondere von dem Gehäuseteil entkoppelt, sodass sich ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Befestigungsanordnung realisieren lässt. Das Geräuschverhalten wird üblicherweise auch als NVH-Verhalten (NVH – Noise, Vibration, Harshness – Geräusch, Vibration, Rauheit) bezeichnet. Ferner ist es möglich, auf die elektrische Maschine wirkende Schwingungsbelastungen in kritischen Frequenzbereichen besonders gering gehalten werden.
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Ebenso können durch die Dämpfungselemente störende Geräusche der elektrischen Maschine im Betrieb nicht mehr so gut nach außen dringen, so dass der Komfort gesteigert ist und eine akustische und schwingungstechnische Beeinträchtigung eines Kraftwagens und eines Fahrers vermindert ist.
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Dies ist insbesondere bei hybriden Antriebssträngen vorteilhaft, welche eine Verbrennungskraftmaschine und wenigstens eine elektrische Maschine umfassen.
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Darüber hinaus kann der Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung besonders gering gehalten werden, da das Dämpfungselement besonders bauraumgünstig in die Durchgangsöffnung integriert ist, wodurch eine konstruktiv kompakte und kostengünstige Integration einer Dämpfung in die Durchgangsöffnung des Stators darstellbar ist. Diese Integration ist dabei auch bei bereits bestehenden Befestigungsanordnungen möglich, ohne das Befestigungskonzept ändern zu müssen, sodass beispielsweise bereits bestehende Befestigungsanordnungen zur erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung ergänzt werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehenden in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Draufsicht einer Befestigungsanordnung eines Stators einer elektrischen Maschine an einem Gehäuseteil eines Kraftwagens, bei welcher der Stator mittels wenigstens eines eine korrespondierende Durchgangsöffnung des Stators durchdringendes Befestigungselements an dem Gehäuseteil befestigt ist, wobei wenigstens ein zumindest teilweise in den Durchgangsöffnungen zwischen dem Stator und dem Befestigungselement angeordnetes Dämpfungselement zur Schwingungsdämpfung vorgesehen ist;
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2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Befestigungsanordnung gemäß 1; und
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3 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht eines Statorträgers des Stators, welche über den Statorträger an dem Gehäuseteil befestigt ist.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Vorderansicht eine Befestigungsanordnung eines im Ganzen mit 10 bezeichneten Stators einer elektrischen Maschine an einem Gehäuseteil 12 eines beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens. Der Kraftwagen umfasst einen Antriebsstrang, welcher die elektrische Maschine und eine als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine aufweist. Dabei ist die elektrische Maschine als sogenannte Traktionsmaschine ausgebildet, welche zum Antreiben des als Hybrid-Fahrzeug ausgebildeten Kraftwagens dient. Auch die Verbrennungskraftmaschine dient zum Antreiben des Kraftwagens und umfasst ein Kurbelgehäuse, an welchem eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Das Gehäuseteil 12 ist dabei als Kurbelgehäuse oder zumindest als ein Teil des Kurbelgehäuses ausgebildet, wobei der Stator 10 mittels Befestigungselementen in Form von Schrauben am Gehäuseteil 12 befestigt ist. Eine dieser Schrauben ist in 2 erkennbar und dort mit 14 bezeichnet. Alternativ kann das Gehäuseteil 12 auch ein Teil eines Steuergehäuses sein, welches sich noch an einem Kurbelgehäuse anschließt.
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In einer alternativen Ausführung ist die elektrische Maschine als ein integrierter Starter-Generator ausgeführt, welche in erster Linie zum Starten der Verbrennungskraftmaschine und zur Erzeugung von elektrischer Energie dient.
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Eine Verwendung der elektrischen Maschine im Antriebsstrang hängt von deren Leistungsvermögen und einer Betriebsstrategie des Kraftwagens ab, was als unabhängig von der Erfindung hier betrachtet werden kann.
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So sind die beiden genannten Ausführungen der elektrischen Maschine als Traktionsmaschine in einem Hybrid-Fahrzeug oder als Starter-Generator nur beispielsweise genannte Ausführungen, welche eine weitreichende Nutzung der offenbarten Erfindung verdeutlichen sollen.
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Die elektrische Maschine umfasst einen in 1 nicht erkennbaren Rotor, welcher koaxial zur Kurbelwelle angeordnet und demzufolge um die Drehachse der Kurbelwelle relativ zum Stator 10 drehbar ist. Der Rotor ist mit der Kurbelwelle gekoppelt oder koppelbar, sodass die Kurbelwelle über den Rotor von der elektrischen Maschine und/oder der Rotor von der Kurbelwelle antreibbar ist.
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Der Antriebsstrang umfasst ferner ein Getriebe, das als Automatikgetriebe ausgebildet sein kann und eine Mehrzahl von schaltbaren Gängen oder Fahrstufen umfasst. Das Getriebe weist dabei einen aus 2 ausschnittsweise erkennbares weiteres Gehäuseteil in Form eines Getriebegehäuses 16 auf, welches mittels der Schrauben, mittels welchen der Stator 10 am Gehäuseteil 12 befestigt ist, mit dem Gehäuseteil 12 verbunden beziehungsweise an diesem befestigt ist. Die vorigen und folgenden Ausführungen zur Schraube 14 können ohne weiteres auf die anderen Schrauben beziehungsweise Befestigungselemente übertragen werden.
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Aus 2 ist erkennbar, dass der Stator 10 einen Statorträger 18 als erstes Statorelement umfasst. Der Stator 10 umfasst aus 1 erkennbare, weitere Statorelemente 20, welche an dem Statorträger 18 gehalten sind. Bei den weiteren Statorelementen 20 handelt es sich beispielsweise um Führungselemente zum Führen eines magnetischen Flusses und/oder zum Führen von elektrischen Strom zum Erzeugen des magnetischen Flusses und somit eines magnetischen Feldes der elektrischen Maschine. Beispielsweise kann es sich bei den weiteren Statorelementen 20 um elektrische Spulen und/oder Bleche eines Blechpakets handeln.
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Der Statorträger 18 weist einen Haltebereich 22 auf, welcher sich zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung der elektrischen Maschine und somit des Stators 10 erstreckt. Ferner weist der Statorträger 18 einen Befestigungsbereich 24 auf, welcher in radialer Richtung von dem Haltebereich 22 nach außen absteht und somit als Kragen des Haltebereichs 22 ausgebildet ist. Der Kragen weist eine Durchgangsöffnung 26 auf, durch welche die Schraube 14 zum Herstellen der Befestigungsanordnung hindurch gesteckt wird. Dies ist in 2 durch einen Richtungspfeil 28 veranschaulicht. Der Richtungspfeil 28 veranschaulicht somit eine Montagerichtung, in die die Schraube 14 wirkt und durch die Durchgangsöffnungen 26 hindurch gesteckt wird, um dadurch die Befestigungsanordnung herzustellen beziehungsweise den Stator 10 über den Statorträger 18 sowie das Getriebegehäuse 16 am Gehäuseteil 12 zu befestigen. Mit anderen Worten wird die Schraube 14 sowohl zum Befestigen des Stators 10 als auch zum Befestigen des Getriebegehäuses 16 am Gehäuseteil 12 genutzt. Im fertig hergestellten Zustand der Befestigungsanordnung durchdringt somit die Schraube 14 die korrespondierende Durchgangsöffnung 26 des Statorträgers 18 und somit des Stators 10.
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Um nun ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Befestigungsanordnung und somit des Antriebsstrangs insgesamt zu schaffen, sind Dämpfungselemente 30 vorgesehen, welche jeweils zumindest teilweise in der Durchgangsöffnung 26 und zwischen dem Stator 10, insbesondere dem Statorträger 18, und der Schraube 14 angeordnet sind. In Zusammenschau mit 1 und 3 ist erkennbar, dass durch den Befestigungsbereich 24 eine in radialer Richtung nach außen von dem Haltebereich 22 abstehende Lasche 32 gebildet ist, über welche der Stator 10 am Gehäuseteil 12 befestigt wird. Die Lasche 32 weist dabei eine Wandung 34 auf, durch die die Durchgangsöffnung 26 begrenzt ist. Dabei sind die Dämpfungselemente 30 zwischen der Wandung 34 und der Schraube 14 angeordnet und dienen zur Schwingungsdämpfung, sodass der Stator 10 mittels der Dämpfungselemente 30 schwingungstechnisch von der Schraube 14 und insbesondere von dem Gehäuseteil 12 und von dem Getriebegehäuse 16 entkoppelt ist.
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Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Schwingungsdämpfung sind die Dämpfungselemente 30 vorzugsweise aus einem elastischen Metallkissengeflecht oder aus einem Elastomer, insbesondere einem elastischen Kunststoff gebildet. Das elastische Metallkissengeflecht hat bezüglich Lebensdauer und Medienbeständigkeit Vorteile. Aus 1 ist erkennbar, dass der Stator 10 eine Mehrzahl von Laschen 32 aufweist, wobei die Ausführungen zu in 2 gezeigten Lasche 32 auf die anderen Laschen 32 ohne weiteres übertragen werden können.
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Darüber hinaus ist eine eigensteife Hülse 36 vorgesehen, welche zumindest teilweise zwischen den Dämpfungselementen 30 und der Schraube 14 angeordnet und von der Schraube 14 durchdrungen ist. Die Hülse 36 weist ihrerseits eine Durchgangsöffnung 38 auf, durch welche die Schraube 14 hindurch gesteckt werden kann, um dadurch die Schraube 14 mit dem Gehäuseteil 12 zu verschrauben. Eine dadurch realisierte Verschraubung ist nun jedoch schwingungstechnisch mittels der Dämpfungselemente 30 von dem Stator 10 entkoppelt, sodass Schwingungen gedämpft werden. Ferner kann eine Übertragung von Schwingungen zwischen dem Stator 10 und den Gehäuseteilen (Gehäuseteil 12 und Getriebegehäuse 16) mit den Dämpfungselementen 30 zumindest gering gehalten werden.
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Die Schraube 14 weist ein Außengewinde 40 auf, wobei das Gehäuseteil 12 eine beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Schrauböffnung 42 mit einer mit dem Außengewinde 40 korrespondierenden Innengewinde 44 aufweist. Um das Getriebegehäuse 16 und den Stator 10 am Gehäuseteil 12 zu befestigen, wird die Schraube 14 derart mit dem Gehäuseteil 12 verschraubt, dass das Außengewinde 40 in das Innengewinde 44 eingeschraubt wird.
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Hierbei weist auch das Getriebegehäuse 16 eine Durchgangsöffnung 46 auf, durch welche die Schraube 14 hindurch gesteckt wird. Um die Durchgangsöffnung 46 abzudichten, wird zwischen der Schraube 14, insbesondere ihrem Schraubenkopf 48, und dem Getriebegehäuse 16 wenigstens ein Dichtungselement 50 angeordnet. Auch zwischen dem Gehäuseteil 12 und dem Getriebegehäuse 16 wird wenigstens ein Dichtungselement 52 angeordnet, um die Gehäuseteile gegeneinander abzudichten. Aus 2 ist ferner ein Befestigungsmittel 54 erkennbar, mittels welchem die Dämpfungselemente 30 in der Durchgangsöffnung 26 fixiert sind. Vorliegend ist das Befestigungsmittel 54 als Scheibe ausgebildet, mittels welchem die Dämpfungselemente 30 sowie die Hülse 36 in axialer Richtung am Stator 10 fixiert sind.
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3 zeigt besonders gut die Lasche 32 mit der Durchgangsöffnung 26, in welcher die Dämpfungselemente 30 und die Hülse 36 jeweils zumindest teilweise angeordnet und mittels des Befestigungsmittels 54 gesichert sind. Aus 1 ist erkennbar, dass vorliegend genau fünf Laschen 32 zur Befestigung des Stators 10 am Gehäuseteil 12 vorgesehen sind. Eine davon unterschiedliche Anzahl der Laschen 32 ist ohne weiteres denkbar. Vorzugsweise liegt die Anzahl der Laschen 32 in einem Bereich von einschließlich vier bis einschließlich acht.
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Durch die Integration der Dämpfungselemente 30 in die Durchgangsöffnung 26 ist ein kompaktes Design geschaffen, sodass der Stator 10 schwingungstechnisch besonders bauraumgünstig von den Gehäuseteilen gekoppelt werden kann. Die Befestigungsanordnung ermöglicht dabei die Darstellung einer besonders flexiblen Anzahl von Haltelaschen entsprechend den statischen Anforderungen. Bei der Befestigungsanordnung ist eine verschleiß- und wartungsfreie Schwingungsdämpfung dargestellt bei gleichzeitiger Realisierung einer besonders einfachen Montage der Befestigungsanordnung. Durch die entsprechende Anordnung der Dämpfungselemente 30 werden diese gegen übermäßige Hitze sowie Betriebsflüssigkeiten wie Motoröl, Kühlwasser und Kraftstoff geschützt, sodass eine hitzebeständige und gegenüber Betriebsflüssigkeiten wie Motoröl, Kühlwasser und Kraftstoffen unempfindliche Lösung geschaffen ist.
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Aus 2 ist ferner erkennbar, dass in einem Teilbereich zwischen der eigensteife Hülse 36 und der Lasche 32 ein Luftspalt 56 vorgesehen ist, wodurch jeweils eine Schwingungs- und Geräuschübertragung vermieden oder zumindest gering gehalten werden kann.
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Optional ist ein Isolationselement 58 beispielsweise in Form einer Dämpfungsmatte vorgesehen, welches beziehungsweise welche in einem Spalt zwischen dem Stator 10, insbesondere dem Statorträger 18, und wenigstens einem der Gehäuseteile, vorliegend dem Getriebegehäuse 16, angeordnet ist und dazu dient, Luftspaltausbreitungen zumindest besonders gering zu halten.
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Die Durchgangsöffnung 26 der Lasche 32 ist beispielsweise als Bohrung ausgebildet und größer ausgeführt, als für die Schraube 14 eigentlich notwendig ist, sodass in der Durchgangsöffnung 26 ein Dämpfungssystem umfassend zumindest die Dämpfungselemente 30 und die Hülse 36 angeordnet werden können. Die Hülse 36 ist vorliegend mit einem Rand der Durchgangsöffnung 26 verbunden und dadurch geführt und gehalten. Das Dämpfungssystem erlaubt eine Relativbewegung der Hülse 36 zur Lasche 32 und entkoppelt somit die Schraube 14, die die Hülse 36 mit dem Gehäuseteil 12 verbindet, vom Stator 10, dessen Bestandteil die Lasche 32 ist. Somit werden Schwingungen und Geräusche zumindest gering gehalten und eine Schwingungsübertragung und Geräuschausbreitung zwischen dem Stator 10 und dem Gehäuseteil 12 kann verhindert oder zumindest besonders gering gehalten werden. Dies hat den Vorteil, dass sowohl der Stator 10 von Schwingungen von außen geschont wird, was der Betriebssicherheit und dem Materialschutz zugute kommt. Ferner kann auch die Umgebung von Schwingungen und Geräusche des Stators 10 beziehungsweise der elektrischen Maschine insgesamt geschont werden.
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Bewegliche Teile und Bereiche sind vorzugsweise durch Dichtungen oder anderen Maßnahmen von außen geschützt und abgeschottet, ohne Schwingungen übertragen zu können oder Geräusche weiterzuleiten. Dies führt insgesamt zu einem besonders vorteilhaften Geräuschverhalten, welches auch als NVH-Verhalten bezeichnet wird und kann vorteilhaft auch an bestehenden System vorgesehen werden, ohne eine Abänderung des dortigen Konzepts und/oder Komponenten zu erfordern. Dabei kann die mittels der Dämpfungselemente 30 realisierbare Dämpfung einfach integriert werden, ohne andere Komponenten zu beeinflussen.
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Vorzugsweise werden alle Laschen 32 des Stators 10 mit entsprechend großen Durchgangsöffnungen 26 versehen, sodass darin ein jeweiliges Dämpfungssystem angeordnet werden kann, sodass durch die jeweilige Hülse des jeweiligen Dämpfungssystems eine Öffnung für die Verschraubung gebildet wird, welche jedoch schwingungstechnisch durch das Dämpfungssystem entkoppelt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stator
- 12
- Gehäuseteil
- 14
- Schraube
- 16
- Getriebegehäuse
- 18
- Statorträger
- 20
- Weitere Statorelemente
- 22
- Haltebereich
- 24
- Befestigungsbereich
- 26
- Durchgangsöffnung
- 28
- Richtungspfeil
- 30
- Dämpfungselement
- 32
- Lasche
- 34
- Wandung
- 36
- Hülse
- 38
- Durchgangsöffnung
- 40
- Außengewinde
- 42
- Schrauböffnung
- 44
- Innengewinde
- 46
- Durchgangsöffnung
- 48
- Schraubenkopf
- 50
- Dichtungselement
- 52
- Dichtungselement
- 54
- Befestigungsmittel
- 56
- Luftspalt
- 58
- Isolationselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013222216 A1 [0002]
