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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einer Elektromaschine; insbesondere betrifft die Erfindung die Dämpfung von Schwingungen in solch einem Antriebsstrang.
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In Antriebssträngen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, werden zunehmend Elektromotoren eingesetzt, entweder als alleiniger Motor oder, bei einem Hybridantrieb, in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor. In Antriebssträngen treten unerwünschte Schwingungen auf, welchen durch Dämpfer begegnet wird. Bei Hybridantriebssträngen werden Dämpfer eingesetzt, die der konventionellen, für Verbrennungsmotoren eingesetzten Technologie entsprechen. Bei Hybridantrieben ist auch bekannt, den Rotor der Elektromaschine zur Schwingungsdämpfung zu verwenden, in Kombination mit einem Torsionsdämpfer beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 34 936 A1 . Es zeigt sich jedoch, dass die vergleichsweise große Masse eines Rotors einer Elektromaschine in einem Antriebsstrang problematisch sein kann, wenn der Rotor zur Schwingungsdämpfung genutzt werden soll. Dieses Problem besteht nicht nur bei Hybridantrieben, sondern kann auch bei rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder bei E-Achsen-Modulen auftreten. Eine weitere Dämpfvorrichtung, etwa ein Torsionsdämpfer, ist meist erforderlich, und benötigt entsprechend Bauraum.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Antriebsstrang mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Schwingungsdämpfung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Antriebsstrang gemäß Anspruch 1.
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Der erfindungsgemäße Antriebsstrang umfasst eine Elektromaschine sowie ein Tragelement, an dem die Elektromaschine befestigt ist. Bei dem Tragelement kann es sich im Prinzip um irgendeine geeignete Komponente des Antriebsstrangs selbst oder eines übergeordneten Systems, in welchem der Antriebsstrang eingesetzt wird, handeln. Beispielsweise kommen Wandungen von Gehäusen oder Rahmenelemente in Frage.
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Erfindungsgemäß ist ein Stator der Elektromaschine durch ein elastisches Element mit dem Tragelement verbunden. Auf diese Weise kann der Stator selbst als schwingende Masse wirken, und so zur Dämpfung oder Tilgung von Schwingungen im Antriebsstrang beitragen. Dies gilt unabhängig von der Ursache der Schwingungen.
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In einer Ausführungsform beinhaltet das elastische Element eine Anordnung von Federn. Alternativ oder zusätzlich kann das elastische Element ein elastisches Material beinhalten, insbesondere kann das elastische Element eine Schicht eines elastischen Materials beinhalten. In Ausführungsformen ist das elastische Element schwingungsdämpfend ausgebildet, das heißt, so gestaltet, dass Schwingungen durch Reibung gezielt gedämpft werden; dabei kann die Reibung die innere Reibung in einem Material sein.
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In einer Ausführungsform ist das Tragelement ein Gehäuse eines Getriebes, mit welchem Getriebe ein Rotor der Elektromaschine zur Übertragung eines Drehmoments gekoppelt ist. Auf diese Weise wird etwa das Gehäuse des Getriebes von Schwingungen, die über den Antriebsstrang an den Rotor und über magnetische Wechselwirkung an den Stator übertragen werden, zumindest teilweise entkoppelt. Ebenso wird umgekehrt der Antriebsstrang zumindest teilweise von Schwingungen entkoppelt, die von dem Gehäuse des Getriebes auf den Stator des Elektromotors übertragen werden, da hier zwischen Gehäuse des Getriebes und Stator das elastische Element vorgesehen ist. Dies gilt für Schwingungen in Antriebsstrang und Tragelement, etwa Getriebegehäuse, unabhängig von den Ursachen der Schwingungen. So wird etwa auch Körperschall des Stators, der beispielsweise durch die in der Elektromaschine wirkenden Magnetkräfte auftreten kann, von Antriebsstrang und Tragelement zumindest teilweise entkoppelt. Stöße auf den Antriebsstrang, im Falle eines Kraftfahrzeugs etwa, wenn die Räder nach einem Bordsteinsprung auf dem Asphalt einhaken oder bei einem Schlagloch, werden ebenfalls abgemildert. Eine schwingungsdämpfende Wirkung bei einem Kraftfahrzeug ergibt sich durch den erfindungsgemäßen Antriebsstrang auch beim abrupten Gasgeben (sog. Tip-in). Denkbar ist auch der Einsatz als Kopplung bei stehendem oder schwingendem Planetensatz zur Erhöhung des Massenträgheitsmoments (MTM).
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Aufgrund der erfindungsgemäß unaufwändig zu erzielenden schwingungsdämpfenden Eigenschaften im Antriebsstrang ist auch der Einsatz weniger hochwertiger Elektronikkomponenten wie z.B. Frequenzumrichtern denkbar. Denn die verbesserten schwingungsdämpfenden Eigenschaften des Antriebsstrangs erlauben den Einsatz von Elektronikkomponenten, welche andernfalls, d.h. im Stand der Technik, wegen der bei ihrem Einsatz nicht ausreichend glatten Momentenerzeugung durch die Elektromaschine auszuschließen wären.
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Durch das erfindungsgemäß vorgesehene elastische Element ist allgemein eine Relativbewegung des Stators relativ zum Tragelement möglich ist. Diese Relativbewegung kann beispielsweise in einer axialen Verschiebung des Stators relativ zum Tragelement bestehen, wobei die axiale Richtung durch die Lage einer Rotorachse der Elektromaschine definiert ist. Ebenso kann, zusätzlich oder alternativ, eine Rotation des Stators relativ zu dem Tragelement erfolgen. Diese Rotation kann konstruktiv auf einen bestimmten Winkelbereich, etwa, ohne die Erfindung darauf zu beschränken, 0 Grad bis 20 Grad, beschränkt sein, oder in manchen Ausgestaltungen auch unbegrenzt möglich sein. Gerade im letzteren Fall empfiehlt es sich, die Stromzuführung zur Elektromaschine als induktive Stromzuführung oder über Schleifkontakte auszuführen. Auch eine Neigung des Stators relativ zur axialen Richtung ist möglich.
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Der erfindungsgemäße Antriebsstrang kann zusätzlich eine Verbrennungskraftmaschine beinhalten. Die Elektromaschine kann in Ausführungsformen als Generator oder als Elektromotor einsetzbar sein, in manchen Ausführungsformen ist die Elektromaschine sowohl für den Einsatz als Generator als auch für den Einsatz als Elektromotor geeignet.
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Der erfindungsgemäße Antriebsstrang kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, darunter fallen neben Personen- und Lastkraftwagen zum Beispiel auch E-Bikes, E-Roller, E-Motorräder. Ebenso ist der Einsatz aber zum Beispiel möglich in Windkraftanlagen, Generatoren oder Industriemotoren.
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Nachfolgend werden die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
- 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang.
- 2 zeigt schematisch eine Möglichkeit zur Verbindung des Stators mit einem Tragelement, gemäß der Erfindung.
- 3 zeigt schematisch eine weitere Möglichkeit zur Verbindung des Stators mit einem Tragelement, gemäß der Erfindung.
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Die Zeichnungen zeigen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung. Keinesfalls sollen die Zeichnungen als Beschränkung der Erfindung auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele aufgefasst werden.
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1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang 1, mit einer Elektromaschine 20, hier einem Elektromotor, welcher über ein Getriebe 30 eine Achse 50 antreibt, an der zwei Reifen 51 sitzen. Der Elektromotor 20 umfasst einen Rotor 21, welcher mit dem Getriebe 30 zur Übertragung eines Drehmoments verbunden ist, und einen Stator 22. Zwischen Rotor 21 und Stator 22 besteht eine magnetische Wechselwirkung 23. Erfindungsgemäß ist der Stator 22 über ein elastisches Element 7 mit einem Getriebegehäuse 31 verbunden. Das elastische Element 7 kann schwingungsdämpfend ausgebildet sein. Der Block 40 stellt die optionale Möglichkeit dar, in einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang 1 zusätzlich eine Verbrennungskraftmaschine 41 vorzusehen, zusammen mit geeigneten, an und für sich bekannten, Ankoppelelementen 42 zur Ankopplung der Verbrennungskraftmaschine 41 an den Antriebsstrang 1. Die Verbrennungskraftmaschine 41 kann in der gezeigten Ausführungsform seriell zu dem Elektromotor 20 geschalten werden. In alternativen Ausführungsformen kann die Verbrennungskraftmaschine 41 auch zwischen Elektromotor 20 und Getriebe 30 oder zwischen Getriebe 30 und Achse 50 vorgesehen sein. Ebenso kann die Verbrennungskraftmaschine 41 dazu vorgesehen sein, parallel zum Elektromotor 20 geschalten zu werden. In jedem dieser Fälle können geeignete zusätzliche Getriebekonfigurationen vorgesehen sein, welche dem Fachmann im Zusammenhang mit Hybridantrieben geläufig sind. Die Verbrennungskraftmaschine 41 kann des Weiteren dazu vorgesehen sein, die Elektromaschine 20 anzutreiben, welche dann als Generator arbeitet.
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In der gezeigten Konfiguration können Schwingungen im Antriebsstrang 1 zwischen Rotor 21, Stator 22 und Getriebegehäuse 31 übertragen werden. Die Kopplung zwischen Rotor 21 und Stator 22 erfolgt dabei über die magnetische Wechselwirkung 23. Ist nach dem Stand der Technik der Stator 22 fest mit einem Tragelement, hier dem Getriebegehäuse 31, verbunden, so wirken die Schwingungen einerseits unvermindert auf das Tragelement und werden ferner im Antriebsstrang 1 nicht gedämpft oder erfordern zu ihrer Dämpfung im Antriebsstrang 1 separate Elemente.
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Erfindungsgemäß ist jedoch der Stator 22 durch das elastische Element 7 mit dem Getriebegehäuse 31 verbunden. Damit kann der Stator 22 selbst als oszillierende Masse wirken und zur Schwingungsdämpfung im Antriebsstrang 1 beitragen. Die erfindungsgemäße Verwendung eines elastischen Elements 7 schließt nicht aus, dass im Antriebsstrang 1 weitere Elemente zur Schwingungsdämpfung vorgesehen sind, wie in 1 durch Dämpfelemente 45 dargestellt.
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Ferner gezeigt ist eine axiale Richtung 100, welche parallel zu einer Richtung einer Rotorwelle des Rotors 21 und damit auch parallel zu einer Drehachse des Rotors 21, um welche sich der Rotor 21 bei Betrieb der Elektromaschine 20 dreht, ist.
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2 zeigt eine Möglichkeit zur Verbindung des Stators 22 mit einem Tragelement 31, in einem schematischen Querschnitt durch den Elektromotor 20. Dargestellt ist Tragelement 31, etwa ein Getriebegehäuse wie in 1, an dem der Stator 22 befestigt ist. Ferner sind Rotor 21, Wicklungen 24 und Stromzuführungen 25 gezeigt; die axiale Richtung 100 (siehe 1) ist senkrecht zur Zeichenebene. Der Stator 22 ist durch ein elastisches Element 7 mit dem Tragelement 31 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist das elastische Element 7 eine Schicht 71 eines elastischen Materials; hierfür kommen etwa Polymer- oder Elastomereinlagen, Wabenstrukturen oder Verbundmaterialien in Frage. Je nach den jeweiligen Erfordernissen des Antriebsstranges kann das elastische Material so gewählt werden, dass zusätzlich zu der elastischen Wirkung eine Dämpfung von Schwingungen in definiertem Ausmaß durch innere Reibung in dem elastischen Material erfolgt. Die Schwingungen können dabei Relativbewegungen zwischen dem Stator 22 und dem Tragelement 31 in einer radialen Richtung 110, und/oder in der axialen Richtung 100, d.h. hier senkrecht zur Zeichenebene, und/oder in Form von Rotationen um die Achse des Rotors 21 bewirken. Auch Neigungen des Stators 22 gegen das Tragelement 31, das heißt auch gegen die axiale Richtung 100, sind möglich. Als eine radiale Richtung 110 ist dabei jede Richtung senkrecht zu der axialen Richtung 100 anzusehen.
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3 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Verbindung des Stators 22 mit einem Tragelement 31, in einem schematischen Querschnitt durch den Elektromotor 20. Wie in 2 sind Tragelement 31, Rotor 21, Stator 22, Wicklungen 24 und Stromzuführungen 25 gezeigt; die axiale Richtung 100 (siehe 1) ist senkrecht zur Zeichenebene. Das elastische Element 7 besteht aus einer Anordnung aus Federn 72, welche sich an Vorsprüngen 32 des Tragelements 31 und an Vorsprüngen 27 des Stators 22 abstützen. Anstelle der elastischen Wirkung einer Schicht elastischen Materials wie in der 2 wird in der in 3 dargestellten Ausführungsform die Schwingungsdämpfung durch die Elastizität der Federn 72 bewirkt. Eine gezielte zusätzliche Dämpfwirkung kann erzielt werden, indem zumindest eine der Federn 72 in dämpfendes Material 73 eingebettet oder durch ein dämpfendes Material 73 ersetzt wird; in der 3 ist die Einbettung für eine Feder 72 gezeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 7
- elastisches Element
- 20
- Elektromaschine
- 21
- Rotor
- 22
- Stator
- 23
- magnetische Wechselwirkung
- 24
- Wicklungen
- 25
- Stromzuführungen
- 27
- Vorsprung
- 30
- Getriebe
- 31
- Tragelement / Getriebegehäuse
- 32
- Vorsprung
- 40
- Block
- 41
- Verbrennungskraftmaschine
- 42
- Ankoppelelemente
- 45
- Dämpfelement
- 50
- Achse
- 51
- Reifen
- 71
- Schicht aus elastischem Material
- 72
- Feder
- 73
- dämpfendes Material
- 100
- axiale Richtung
- 110
- radiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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