DE102018119142A1

DE102018119142A1 - Elektrische Isolationseinrichtung zur Drehmomentübertragung in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang; sowie elektrische Antriebseinheit

Info

Publication number: DE102018119142A1
Application number: DE102018119142.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Voit; Christoph Kimmig; Ralph Kolling; Gerhard Wagner; Marc Schreiner; Michael Kessler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2019-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Isolationseinrichtung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit zwei um eine Drehachse (2) drehbar angeordneten Mitnehmerscheiben (3, 4) sowie einem die beiden Mitnehmerscheiben (3, 4) miteinander drehfest verbindenden und voneinander elektrisch entkoppelnden Isolationselement (5). Zudem betrifft die Erfindung eine elektrische Antriebseinheit (21) mit dieser Isolationseinrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Isolationseinrichtung, d. h. eine Isolationseinrichtung zum Verhindern eines Übergangs eines elektrischen Stromes, für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wie ein Pkw, Lkw, Bus oder sonstiges Nutzfahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Antriebseinheit mit dieser Isolationseinrichtung.
Es ist prinzipiell bekannt, in Kraftfahrzeugantriebssträngen Elektromotoren zum Antrieb des Kraftfahrzeuges einzusetzen. Die Elektromotoren sind über Frequenzumrichter gesteuert. Dabei werden hohe Taktfrequenzen im Bereich von 20 kHz und höher eingesetzt, um nahezu sinusförmige Stromverläufe am Elektromotor zu erhalten. Aufgrund der hohen Taktfrequenz und kurzen Schaltzeiten können die Kapazitäten im Elektromotor, bspw. zwischen einem Gehäuse und einem Läufer des Elektromotors, zwischen dem Gehäuse und einer Wicklung des Elektromotors sowie zwischen der Wicklung und dem Läufer nicht mehr vernachlässigt werden. Im Betrieb werden daher über die kapazitive Kopplung Spannungen zwischen dem Gehäuse und dem Läufer bzw. einer Welle des Elektromotors erzeugt. Bei Verwendung von Lagern mit metallischen Wälzkörpern tritt diese Spannung bspw. am Lagerschmierspalt auf. Überschreitet die Lagerspannung die Durchschlagspannung des Schmiermittels, kommt es zum elektrischen Durchschlag. Dies führt nachteilig zu einer so genannten Funkenerosion, die Schäden an dem Lager verursachen und gar bis zum Ausfall des Lagers führen kann.
Es sind zwar prinzipiell bereits Maßnahmen zum Verhindern einer Funkenerosion vorgeschlagen, indem bspw. das entsprechende Lager mit Keramikwälzkörpern versehen wird, oder, indem in entsprechenden Zahnrädern eines Getriebes Schleifringe eingesetzt werden; diese Maßnahmen haben jedoch den Nachteil, dass sie einerseits relativ viel Bauraum beanspruchen, andererseits in der Herstellung relativ aufwändig sind. Auch hat der Einsatz von Schleifringen den Nachteil, dass sie über die Betriebsdauer hinweg verschleißen und ggf. ausgetauscht werden müssen. Dies ist im Kraftfahrzeugbereich nur unter einem erheblichen Montageaufwand realisierbar.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verlässliche Isolierung der Komponenten eines Elektromotors über eine lange Lebensdauer hinweg zu ermöglichen, wobei möglichst wenig Bauraum in Anspruch genommen werden soll.
Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist eine erfindungsgemäße elektrische Isolationseinrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit zwei um eine Drehachse drehbar angeordneten Mitnehmerscheiben sowie einem die beiden Mitnehmerscheiben miteinander drehfest verbindenden und voneinander elektrisch entkoppelnden Isolationselement ausgebildet.
Durch diese Isolationseinrichtung wird einerseits eine insbesondere in axialer Richtung kompakte Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die einfach in bestehende Antriebsstränge, vorzugsweise zwischen einem Elektromotor und einem Getriebe, integrierbar ist. Andererseits wird die Gefahr einer Funkenerosion deutlich reduziert.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
Demnach ist es auch vorteilhaft, wenn das Isolationselement scheibenförmig, d. h. als Isolationsscheibe, ausgebildet ist und weiter bevorzugt in einem axialen Zwischenraum zwischen einer ersten Mitnehmerscheibe (der beiden Mitnehmerscheiben) und einer zweiten Mitnehmerscheibe (der beiden Mitnehmerscheiben), unter Anlage an der jeweiligen Mitnehmerscheibe, angeordnet ist. Dadurch fällt der Aufbau der Isolationseinrichtung nochmals kompakter aus.
Das Isolationselement ist bevorzugt aus einem Kunststoff, besonders bevorzugt einem Duroplasten, weiter bevorzugt einem Duroplasten mit Faserverstärkung, ausgebildet. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders geschickt herausgestellt, wenn das Isolationselement aus einem mit einem Binder getränkten, beschichteten Garn gewickelt und anschließend ausgehärtet wird, um eine möglichst hohe Festigkeit in Umfangsrichtung zu erhalten. Dadurch wird die Festigkeit des Isolationselements nochmals weiter gestärkt. Das Isolationselement ist somit bevorzugt aus einem Garn und einem Binder, ähnlich einem gewickelten Pkw-Kupplungsreibbelag, unter Weglassung aller elektrisch leitenden Komponenten (z. B. Kupferdrähte) gefertigt.
Um die Mitnehmerscheiben besonders stabil sowie kompakt auszubilden, hat es sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn diese jeweils aus einem Metallblech, vorzugsweise einem Stahlblech, bestehen.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das Isolationselement über zumindest ein erstes Befestigungselement, bevorzugt über mehrere erste Befestigungselemente, an der ersten Mitnehmerscheibe befestigt ist, wobei das zumindest eine erste Befestigungselement (in einer Umfangsrichtung, einer radialen Richtung sowie einer axialen Richtung der Drehachse) beabstandet zu der zweiten Mitnehmerscheibe angeordnet ist. Dadurch wird eine möglichst einfache Befestigung zwischen dem Isolationselement und der ersten Mitnehmerscheibe realisiert, ohne Einbußen hinsichtlich der elektrischen Isolation hinnehmen zu müssen.
Diesbezüglich ist es auch zweckmäßig, wenn das Isolationselement über zumindest ein zweites Befestigungselement, bevorzugt über mehrere zweite Befestigungselemente, an der zweiten Mitnehmerscheibe befestigt ist, wobei das zumindest eine zweite Befestigungselement (in einer Umfangsrichtung, einer radialen Richtung sowie einer axialen Richtung der Drehachse) beabstandet zu der ersten Mitnehmerscheibe angeordnet ist.
Der Herstellungsaufwand wird weiter vereinfacht, wenn das zumindest eine erste Befestigungselement und/oder das zumindest eine zweite Befestigungselement als ein Niet umgesetzt sind/ist.
Um das Isolationselement besonders schonend bei der Verbindung mittels des jeweiligen, als Niet umgesetzten Befestigungselementes zu behandeln, ist es bevorzugt, einen Setzkopf des ersten Befestigungselementes sowie des zweiten Befestigungselementes jeweils seitens des Isolationselementes anliegen zu lassen und einen Schließkopf des ersten Befestigungselementes sowie des zweiten Befestigungselementes jeweils seitens der ersten Mitnehmerscheibe oder der zweiten Mitnehmerscheibe, anliegen zu lassen.
Insgesamt ist es für zum Übertragen eines hohen Drehmomentes zweckmäßig, mehrere erste Befestigungselemente sowie mehrere zweite Befestigungselemente vorzusehen, die in einer Umfangsrichtung um die Drehachse herum (vorzugsweise entlang einer gemeinsamen Kreislinie um die Drehachse herum) abwechselnd zueinander, aneinander gereiht angeordnet sind.
Die Verbindung zwischen der jeweiligen Mitnehmerscheibe und dem Isolationselement wird weiter verstärkt, wenn das Isolationselement an der ersten Mitnehmerscheibe und/oder an der zweiten Mitnehmerscheibe über eine Klebeverbindung / eine Verklebung festgelegt ist. Die Klebeverbindung wird bevorzugt zusätzlich zu den ersten und zweiten Befestigungselementen eingesetzt.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn ein zusätzliches (zweites) Isolationselement in einer axialen Richtung der Drehachse gesehen zwischen den Mitnehmerscheiben angeordnet ist. Das zweite Isolationselement ist bevorzugt radial innerhalb des (ersten) Isolationselementes entlang der Drehachse zwischen den Mitnehmerscheiben angeordnet und überdeckt eine radial innere Durchgangsöffnung der jeweiligen Mitnehmerscheibe.
Vorteilhaft ist es weiterhin wenn die erste Mitnehmerscheibe einen an einer Welle oder einem Läufer eines Elektromotors anbringbaren ersten Befestigungsbereich aufweist, wobei der erste Befestigungsbereich zum Ausbilden einer axial festen oder axial spielbehafteten Drehverbindung vorbereitet ist. Demnach ist es für die zweite Mitnehmerscheibe auch vorteilhaft, wenn diese einen an einer Welle anbringbaren zweiten Befestigungsbereich aufweist, wobei der zweite Befestigungsbereich zum Ausbilden einer axial festen oder axial spielbehafteten Drehverbindung vorbereitet ist.
Zweckmäßig ist es dabei, wenn die erste Mitnehmerscheibe einen an einer Welle oder einem Läufer eines Elektromotors anbringbaren ersten Befestigungsbereich aufweist, wobei der erste Befestigungsbereich eine erste Steckverzahnung ausbildet oder mit mehreren Befestigungsmittelaufnahmelöchern versehen ist. Dadurch ist die erste Mitnehmerscheibe besonders einfach in einer elektrischen Antriebseinheit / einem Kraftfahrzeugantriebsstrang montierbar.
Demnach ist es für die zweite Mitnehmerscheibe auch zweckmäßig, wenn diese einen an einer Welle anbringbaren zweiten Befestigungsbereich aufweist und dieser zweite Befestigungsbereich eine zweite Steckverzahnung ausbildet oder mit mehreren Befestigungsmittelaufnahmelöchern versehen ist.
Als besonders bevorzugte Ausführung hat es sich herausgestellt, wenn die zweite Mitnehmerscheibe eine den zweiten Befestigungsbereich ausbildende Nabe aufweist, welche Nabe mit der zweiten Steckverzahnung versehen ist. Dadurch wird die Montage weiter erleichtert.
Bei einer weiter bevorzugten Ausführung ist es zweckmäßig, wenn die erste Mitnehmerscheibe sowie die zweite Mitnehmerscheibe jeweils mit einer eigenen Steckverzahnung versehen sind.
Auch ist es von Vorteil, wenn die erste Mitnehmerscheibe mit Befestigungsmittelaufnahmelöchern, die radial außerhalb des Isolationselementes angeordnet sind, versehen ist. Die zweite Mitnehmerscheibe weist dann weiter bevorzugt die zweite Steckverzahnung auf, welche zweite Steckverzahnung radial innerhalb des Isolationselementes angeordnet ist. Dadurch lässt sich die Isolationseinrichtung besonders einfach unmittelbar an einem Läufer eines Elektromotors anbringen.
Gemäß einer nochmals weiter bevorzugten Ausführung ist es von Vorteil, wenn beide Mitnehmerscheiben, vorzugsweise radial innerhalb des Isolationselementes, mit Befestigungsmittelaufnahmelöchern versehen sind, die weiterhin mit entsprechenden Drehbestandteilen eines Getriebes und eines Elektromotors verbindbar sind. Als Verbindung eignen/eignet sich eine Verschraubung und/oder eine Vernietung an der jeweiligen Mitnehmerscheibe.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor, einem Getriebe sowie einer einen Läufer des Elektromotors mit einer Getriebewelle des Getriebes drehkoppelnden erfindungsgemäßen Isolationseinrichtung nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauweise einer elektrischen Antriebseinheit zur Verfügung gestellt.
Des Weiteren ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, wenn die erste Mitnehmerscheibe direkt mit dem Läufer oder indirekt, über eine (erste) Teilwelle oder eine Motorwelle des Elektromotors, mit dem Läufer drehfest verbunden ist. Dadurch wird die Isolationseinrichtung geschickt an die bestehenden Bauraumzustände angepasst.
In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, wenn die zweite Mitnehmerscheibe direkt mit der Getriebewelle oder indirekt, über eine (zweite) Teilwelle, mit der Getriebewelle drehfest verbunden ist.
Diesbezüglich ist es zudem von Vorteil, wenn das zweite Isolationselement axial (d.h. entlang der Drehachse) zwischen den beiden Teilwellen oder zwischen der Motorwelle und der Getriebewelle angeordnet ist.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn eine der beiden Mitnehmerscheiben, etwa die erste Mitnehmerscheibe, starr mit der ersten Teilwelle, der Motorwelle des Elektromotors oder dem Läufer des Elektromotors verbunden ist, oder die zweite Mitnehmerscheibe starr mit der zweiten Teilwelle oder der Getriebewelle des Getriebes verbunden ist. Die jeweilige starre, d.h. axial feste Verbindung findet vorzugsweise über eine Vernietung, eine Verschraubung oder eine Verstemmung statt. Die andere der beiden Mitnehmerscheiben, etwa die zweite Mitnehmerscheibe (wenn erste Mitnehmerscheibe starr), ist bevorzugt mit der zweiten Teilwelle oder der Getriebewelle des Getriebes mit axialem Spiel (vorzugsweise über Steckverzahnung) verbunden oder die erste Mitnehmerscheibe (wenn zweite Mitnehmerscheibe starr) ist bevorzugt mit der ersten Teilwelle, der Motorwelle oder dem Läufer des Elektromotors mit axialem Spiel (vorzugsweise über Steckverzahnung) verbunden.
Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn die erste Mitnehmerscheibe an dem Läufer oder einer Welle (erste Teilwelle oder Motorwelle) starr angebracht ist und die zweite Mitnehmerscheibe in axialer Richtung verschiebbar auf der zweiten Teilwelle oder Getriebewelle aufgenommen ist.
Alternativ ist es prinzipiell auch vorteilhaft, die erste Mitnehmerscheibe in axialer Richtung verschiebbar an dem Läufer oder der Welle (erste Teilwelle oder Motorwelle) anzuordnen und die zweite Mitnehmerscheibe axial fest an der zweiten Teilwelle oder Getriebewelle festzulegen.
In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein elektrisch isolierendes, drehmomentübertragendes Verbindungselement (Isolationseinrichtung) zwischen einem Elektromotor und einer Getriebewelle, die vorzugsweise als Getriebeeingangswelle umgesetzt ist, vorhanden. Das Verbindungselement dient zur Anbindung des Elektromotors an die Getriebeeingangswelle, und insbesondere bei hohen Taktfrequenzen im Bereich von 20 kHz, die zur Ansteuerung eines Frequenzumrichters zur Erzeugung eines sinusförmigen Stromverlaufs für den Elektromotor genutzt werden, dazu, Funkenerosion an Lagern und nachgelagerten Getriebezahnrädern zu verhindern.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Es zeigen:

1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Isolationseinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Isolationseinrichtung mit zwei Teilwellen einer elektrischen Antriebseinheit weiter verbunden ist,
2 eine detaillierte Längsschnittdarstellung der Isolationseinrichtung nach 1, in der ein ein Isolationselement an einer zweiten Mitnehmerscheibe festlegendes (zweites) Befestigungselement zu erkennen ist,
3 eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Anordnung der Isolationseinrichtung mit den beiden Teilwellen, wobei eine den Schnittverlauf nach 1 kennzeichnende Schnittlinie mit „I-I“ gekennzeichnet ist,
4 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Isolationseinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei ein zusätzlich (zweites) Isolationselement axial zwischen den beiden Teilwellen wirkend eingesetzt ist,
5 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Isolationseinrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei die beiden Mitnehmerscheiben der Isolationseinrichtung in axialer Richtung fest an der jeweiligen Teilwelle angebracht sind,
6 eine perspektivische Vollansicht der in 5 gezeigten Anordnung aus Isolationseinrichtung und Teilwellen,
7 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Isolationseinrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel, wobei die erste Mitnehmerscheibe nun radial außerhalb des Isolationselementes mehrere Befestigungsmittelaufnahmelöcher ausbildet und die zweite Mitnehmerscheibe zusätzlich eine Nabe aufweist,
8 eine Draufsicht auf die Isolationseinrichtung nach 7, wobei eine den Längsschnitt der 7 kennzeichnende Schnittlinie mit „VII-VII“ eingezeichnet ist,
9 eine schematische Teilschnittdarstellung einer elektrischen Antriebseinheit aufweisend die Isolationseinrichtung nach den 7 und 8, wobei der prinzipielle Aufbau eines Elektromotors der Antriebseinheit sowie die Position einer Getriebewelle eines Getriebes gut zu erkennen sind, und
10 eine schematische Darstellung eines die Antriebseinheit nach 9 aufweisenden Kraftfahrzeuges, wobei eine prinzipielle Anbindung der Antriebseinheit an Räder des Kraftfahrzeuges ersichtlich ist.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele frei miteinander kombiniert werden.
In Verbindung mit den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Isolationseinrichtung 1 gezeigt. Die Isolationseinrichtung 1 ist in ihrem Betriebszustand in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang eingesetzt. Die Isolationseinrichtung 1 dient daher als elektrische Isolationseinrichtung 1 zum Unterbinden eines elektrischen Stromflusses zwischen zwei drehfest miteinander zu koppelnden Bauteilen eines Kraftfahrzeugantriebsstranges. Die Isolationseinrichtung 1 ist in vorteilhafter Weise, wie schematisch auch in 10 zu erkennen, in einer elektrischen Antriebseinheit 21 (auch als E-Achse bezeichnet) zwischen einem Elektromotor 12 und einem Getriebe 22, nämlich einem Eingang des Getriebes 22, wirkend eingesetzt. Die Isolationseinrichtung 1 ist somit ein Bestandteil dieser Antriebseinheit 21. Ein Ausgang des Getriebes 22 ist auf typische Weise mit Rädern 23 des Kraftfahrzeuges 28 weiter wirkverbunden, um diese Räder 23 im Betrieb des Elektromotors 12 anzutreiben.
Wie nachfolgend in Verbindung mit den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben, ist die Isolationseinrichtung 1 prinzipiell zwischen einem Läufer 13 des Elektromotors 12 bzw. einer mit dem Läufer 13 drehverbundenen Welle und einer Getriebewelle 18 (vorzugsweise eine Getriebeeingangswelle) des Getriebes 22 eingesetzt.
In Verbindung mit 1 ist hinsichtlich des ersten Ausführungsbeispiels der Isolationseinrichtung 1 zudem zu erkennen, dass die Isolationseinrichtung 1 zwei entlang einer zentralen Drehachse 2, d.h. in einer axialen Richtung, versetzt zueinander angeordnete Mitnehmerscheiben 3, 4 aufweist. Die beiden Mitnehmerscheiben 3, 4 sind erfindungsgemäß über ein elektrisches Isolationselement 5 einerseits drehfest (zum Übertragen eines Drehmomentes im Betrieb) miteinander verbunden, andererseits durch das Isolationselement 5 derart relativ zueinander beabstandet gehalten, dass sie elektrisch voneinander entkoppelt / zueinander isoliert sind.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist eine erste Mitnehmerscheibe 3 der beiden Mitnehmerscheiben 3, 4 bereits drehfest mit einer ersten Teilwelle 10 verbunden. Hierzu bildet die erste Mitnehmerscheibe 3 zu ihrer radialen Innenseite (in Bezug auf die zentrale Drehachse 2) eine formschlüssige Drehverbindung mit der ersten Teilwelle 10 aus. Diese formschlüssige Drehverbindung ist durch eine (erste) Steckverzahnung 15 an der ersten Mitnehmerscheibe 3, die in eine der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Gegenverzahnung der ersten Teilwelle 10 eingreift, realisiert. Somit bildet die erste Mitnehmerscheibe 3 zu ihrer zentralen axialen Durchgangsöffnung 27 hin die erste Steckverzahnung 15 aus. Die erste Steckverzahnung 15 ist derart auf die Gegenverzahnung der ersten Teilwelle 10 aufgeschoben, dass die erste Mitnehmerscheibe 3 in axialer Richtung relativverschieblich zu der ersten Teilwelle 10 ist. Die erste Teilwelle 10 ist eine von einer Motorwelle des Elektromotors 12 separate Welle oder unmittelbar durch die Motorwelle mit ausgebildet. Die Motorwelle ist jene Welle, die unmittelbar mit einem Läufer des Elektromotors 12 drehverbunden ist, wie nachfolgend in Bezug auf 9 beschrieben.
Von dem zentralen, die erste Steckverzahnung 15 ausbildenden (ersten) Befestigungsbereich 14 aus erstreckt sich die erste Mitnehmerscheibe 3 über einen (ersten) Scheibenbereich 25 in radialer Richtung gerade, d. h. in einer senkrecht zur Drehachse 2 ausgerichteten Erstreckungsebene, nach außen. Der erste Scheibenbereich 25 geht zu seiner radialen Außenseite über eine axiale Stufe 31 in einen (ersten) Verbindungsbereich 29 über, der im Vergleich zu dem ersten Scheibenbereich 25 in der axialen Richtung näher zu der zweiten Mitnehmerscheibe 4 hin angeordnet ist. Der erste Verbindungsbereich 29 ist mit dem Isolationselement 5 verbunden. Die erste Mitnehmerscheibe 3 ist aus einem Stahlblech ausgeformt.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die weitere zweite Mitnehmerscheibe 4 im Wesentlichen komplementär zu der ersten Mitnehmerscheibe 3 ausgebildet. Die beiden Mitnehmerscheiben 3, 4 sind gar als Gleichteile ausgebildet und in Bezug auf die Drehachse 2 in unterschiedlichen Drehlagen relativ zueinander angeordnet. Die zweite Mitnehmerscheibe 4 weist daher ebenfalls zu ihrer radialen Innenseite in Bezug auf die Drehachse 2 seitens einer axialen Durchgangsöffnung 27 einen formschlüssigen (zweiten) Befestigungsbereich 19 auf, der unmittelbar in dieser Ausführung mit einer (zweiten) Steckverzahnung 20 ausgebildet ist. Der zweite Befestigungsbereich 19 ist mit einer (zweiten) Teilwelle 17 verbunden, die weiter drehfest mit einer Getriebewelle 18 des Getriebes 22 rotatorisch gekoppelt ist oder diese Getriebewelle 18 unmittelbar ausbildet.
Von dem zentralen zweiten Befestigungsbereich 19 aus erstreckt sich die zweite Mitnehmerscheibe 4 wiederum in einem (zweiten) Scheibenbereich 30 in radialer Richtung nach außen. Der zweite Scheibenbereich 30 erstreckt sich parallel zu dem ersten Scheibenbereich 25. Der zweite Scheibenbereich 30 geht über eine axiale Stufe 31 in einen (zweiten) Verbindungsbereich 32 über. Die Stufe 31 ist dadurch wiederum so gewählt, dass sich der zweite Verbindungsbereich 32 in axialer Richtung näher an der ersten Mitnehmerscheibe 3 befindet als der zweite Scheibenbereich 30. Mit dem zweiten Verbindungsbereich 32 ist die zweite Mitnehmerscheibe 4 an dem Isolationselement 5 befestigt.
Das Isolationselement 5, wie besonders gut in 2 zu erkennen, ist scheibenförmig realisiert und somit alternativ auch als Isolationsscheibe bezeichnet. Das Isolationselement 5 ist aus einem Kunststoff, nämlich einem Faserverbundwerkstoff, hier einem faserverstärkten Duroplasten, hergestellt. Das Isolationselement 5 ist in der axialen Richtung sandwichartig zwischen den beiden parallel zueinander ausgerichteten Verbindungsbereichen 29, 32 der beiden Mitnehmerscheiben 3, 4 angeordnet / eingelegt. Das Isolationselement 5 ist daher in einem axialen Zwischenraum 6 zwischen der ersten Mitnehmerscheibe 3 und der zweiten Mitnehmerscheibe 4 angeordnet.
Jede Mitnehmerscheibe 3, 4 ist, wie in 3 zu erkennen, an einer eigenen Befestigungsstelle an dem Isolationselement 5 befestigt. In 1 ist in der oberen Schnitthälfte die Befestigung des Isolationselementes 5 seitens der ersten Mitnehmerscheibe 3 anhand eines ersten Befestigungselementes 7 zu erkennen. Insgesamt sind mehrere dieser ersten Befestigungselemente 7 unter Verbinden der ersten Mitnehmerscheibe 3 mit dem Isolationselement 5 vorhanden. Jedes erste Befestigungselement 7 ist als ein Niet realisiert. Das Isolationselement 5 und die erste Mitnehmerscheibe 3 weisen je erstem Befestigungselement 7 in axialer Richtung zueinander fluchtend ausgerichtete (erste) Aufnahmelöcher 33 in Form von Durchgangslöchern auf. Das erste Befestigungselement 7 ist durch die beiden miteinander fluchtenden Aufnahmelöcher 33 der ersten Mitnehmerscheibe 3 und des Isolationselementes 5 durchgeschoben.
In dieser Ausführung liegt ein Setzkopf 34 des ersten Befestigungselementes 7 unmittelbar an dem Isolationselement 5, d. h. an einer der ersten Mitnehmerscheibe 3 axial abgewandten Seite des Isolationselementes 5 an. Ein Schließkopf 35 des ersten Befestigungselementes 7 liegt unmittelbar an der ersten Mitnehmerscheibe 3, d.h. auf einer dem Isolationselement 5 abgewandten axialen Seite der ersten Mitnehmerscheibe 3 an. Die zweite Mitnehmerscheibe 4 weist ein ebenfalls fluchtend zu den beiden ersten Aufnahmelöchern 33 der ersten Mitnehmerscheibe 3 und des Isolationselementes 5 angeordnetes / ausgerichtetes (erstes) Durchgangsloch 36a auf. Das erste Durchgangsloch 36a weist einen Lochleibungsbereich 37 auf, der beabstandet zu dem ersten Befestigungselement 7 (in allen Richtungen) angeordnet ist. Das erste Durchgangsloch 36a weist daher einen größeren Durchmesser als die ersten Aufnahmelöcher 33 auf, sodass die zweite Mitnehmerscheibe 4 insbesondere in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung der Drehachse 2 zu dem ersten Befestigungselement 7 beabstandet ist.
In 1 ist in der unteren Schnittdarstellung ein zweites Befestigungselement 8 geschnitten dargestellt. Insgesamt sind mehrere dieser zweiten Befestigungselemente 8 unter Verbinden der zweiten Mitnehmerscheibe 4 mit dem Isolationselement 5 vorhanden. Jedes zweite Befestigungselement 8 dient somit zur Befestigung des Isolationselementes 5 an der zweiten Mitnehmerscheibe 4. Hierzu weist sowohl das Isolationselement 5 als auch die zweite Mitnehmerscheibe 4 ein (zweites) Aufnahmeloch 38 in Form eines Durchgangsloches auf. Die beiden zweiten Aufnahmelöcher 38, durch die das zweite Befestigungselement 8 durchgeschoben ist, fluchten in axialer Richtung miteinander und dienen somit zur Aufnahme des zweiten Befestigungselementes 8. Ebenfalls fluchtend zu den zweiten Aufnahmelöchern 38 ist ein (zweites) Durchgangsloch 36b der ersten Mitnehmerscheibe 3 angeordnet. Dieses zweite Durchgangsloch 36b ist derart dimensioniert, dass es in allen Richtungen in radialer Richtung sowie in axialer Richtung beabstandet zu dem zweiten Befestigungselement 8 angeordnet ist.
Das zweite Befestigungselement 8 ist auch in 2 zu erkennen. Ein das (zweite) Durchgangsloch 36b der ersten Mitnehmerscheibe 3 ausbildender Lochleibungsbereich 37 ist zu allen Richtungen beabstandet zu dem zweiten Befestigungselement 8 angeordnet. Der Setzkopf 34 des wiederum als Niet umgesetzten zweiten Befestigungselementes 8 liegt auf einer der zweiten Mitnehmerscheibe 4 axial abgewandten Seite des Isolationselementes 5 an. Der Schließkopf 35 des zweiten Befestigungselementes 8 liegt auf einer dem Isolationselement 5 axial abgewandten Seite der zweiten Mitnehmerscheibe 4 an.
Wie in 3 gut zu erkennen, sind die ersten und zweiten Befestigungselemente 7, 8, d. h. auch die ersten und zweiten Aufnahmelöcher 33, 38 sowie Durchgangslöcher 36a, 36b auf einer gemeinsamen Kreislinie um die Drehachse 2 herum angeordnet. Die ersten und zweiten Befestigungselemente 7, 8 befinden sich somit mit ihrer radialen Mitte auf einer gemeinsamen um die Drehachse 2 herum verlaufenden Kreislinie. Die ersten Befestigungselemente 7 sind in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen abwechselnd mit den zweiten Befestigungselementen 8 angeordnet.
Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass in axialer Richtung zwischen dem Isolationselement 5 und der jeweiligen Mitnehmerscheibe 3, 4 eine Klebeverbindung 9 zusätzlich vorhanden ist, welche Klebeverbindungen 9 der Übersichtlichkeit halber aufgrund der geringen Dicken nicht dargestellt sind. Zum einen ist eine Klebeverbindung 9 in dem Kontaktbereich zwischen der ersten Mitnehmerscheibe 3 und dem Isolationselement 5 und eine andere Klebeverbindung 9 in dem Kontaktbereich zwischen dem Isolationselement 5 und der zweiten Mitnehmerscheibe 4 angebracht.
Zudem sei darauf hingewiesen, dass zumindest eine der beiden Mitnehmerscheiben 3, 4 axialfest an der jeweiligen Teilwelle 10, 17 angeordnet ist. Hierzu ist die jeweilige Steckverzahnung 15 oder 20 zusätzlich über eine Verstemmung an der Teilwelle 10, 17 festgelegt oder alternativ durch andere Befestigungsmittel, wie Verschraubungen oder Vernietungen oder Verstemmungen, zu ersetzen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der axiale Abstand zwischen den Mitnehmerscheiben 3, 4 seitens ihrer Verbindungsbereiche 29, 32 ungefähr, bevorzugt gleich einem minimalen (radialen sowie umfangsseitigen) Abstand zwischen dem ersten Befestigungselement 7 und der zweiten Mitnehmerscheibe 4 ist bzw. einem minimalen (radialen sowie umfangsseitigen) Abstand zwischen dem zweiten Befestigungselement 8 und der ersten Mitnehmerscheibe 3 ist.
In Verbindung mit den 4 bis 8 sind weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Isolationseinrichtung 1 dargestellt. Der prinzipielle Aufbau dieser Isolationseinrichtungen 1 entspricht im Wesentlichen der Isolationseinrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels, weswegen der Kürze wegen nachfolgend lediglich die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel der 4 ist neben dem (ersten) Isolationselement 5 ein zweites Isolationselement 24 vorhanden. Das zweite Isolationselement 24 ist axial zwischen den Scheibenbereichen 25, 30 der ersten Mintnehmerscheibe 3 und der zweiten Mitnehmerscheibe 4 eingesetzt. Das zweite Isolationselement 24 ist radial innerhalb des ersten Isolationselementes 5 angeordnet. Das zweite Isolationselement 24 erstreckt sich, wie bereits das erste Isolationselement 5, in radialer Richtung und ist parallel zu den Scheibenbereichen 25, 30 ausgerichtet. Das zweite Isolationselement 24 überdeckt die Durchgangsöffnungen 27 in axialer Richtung.
Das zweite Isolationselement 24 ist in dieser Ausführung an der ersten Mitnehmerscheibe 3 angebracht, kann jedoch prinzipiell auch an der zweiten Mitnehmerscheibe 4 angebracht sein. Das zweite Isolationselement 24 dient zur zusätzlichen elektrischen Isolation ist auf typische Weise aus einem ähnlichen Werkstoff oder dem gleichen Werkstoff wie das erste Isolationselement 5 hergestellt. Auch das zweite Isolationselement 24 ist im Wesentlichen scheibenförmig realisiert. Das zweite Isolationselement 24 ist in dieser Ausführung dicker ausgebildet als das erste Isolationselement 5. Die beiden Teilwellen 10 und 17 sind in axialer Richtung über einen Spalt voneinander beabstandet und das zweite Isolationselement 24 ist zwischen diesen beiden Teilwellen 10 und 17 eingeschoben. Das zweite Isolationselement 24 ist somit zur Drehachse 2 hin, d. h. zentral zwischen den beiden Teilwellen 10 und 17, unter einer elektrischen Entkopplung der beiden Teilwellen 10, 17 voneinander, angeordnet.
In Verbindung mit den 5 und 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Isolationseinrichtung 1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Mitnehmerscheiben 3, 4 nun nicht mehr jeweils mit Befestigungsbereichen 14, 19 versehen, die Steckverzahnungen 15, 20 ausbilden, sondern Befestigungsmittelaufnahmelöcher 16 aufweisen, um in axialer Richtung starr, d. h. unverschieblich an der jeweiligen Teilwelle 10, 17 angebracht zu sein. Die erste Mitnehmerscheibe 3 weist mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Befestigungsmittelaufnahmelöcher 16 auf, die jeweils von einem Befestigungsmittel 39, hier als Niet, alternativ auch als Schraube umgesetzt, durchdrungen sind. Das Befestigungsmittel 39 befestigt die erste Mitnehmerscheibe 3 an der ersten Teilwelle 10. Die erste Teilwelle 10 weist einen radial abstehenden Flansch 40 auf, in dem die Befestigungsmittel 39 verankert sind.
Auf ähnliche Weise ist die zweite Mitnehmescheibe 4 an der zweiten Teilwelle 17 befestigt. Die zweite Mitnehmerscheibe 4 weist in ihrem zweiten Befestigungsbereich 19, der unmittelbar in den zweiten Scheibenbereich 30 übergeht, ebenfalls mehrere Befestigungsmittelaufnahmelöcher 16 zur Aufnahme von Befestigungsmitteln 39, hier ebenfalls in Form von Nieten umgesetzt, auf. Die zweite Mitnehmerscheibe 4 ist über die Befestigungsmittel 39 an dem Flansch 40 der zweiten Teilwelle 17 befestigt.
Mit den 7 und 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Isolationseinrichtung 1 umgesetzt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Mitnehmerscheiben 3, 4 ungetopft realisiert und somit ausschließlich in radialer Richtung eben ausgebildet. Die erste Mitnehmerscheibe 3 weist ihren ersten Befestigungsbereich 14 mit den mehreren Befestigungsmittelaufnahmelöchern 16, im Vergleich zu dem dritten Ausführungsbeispiel, radial außerhalb des Isolationselementes 5 und nicht mehr radial innerhalb des Isolationselementes 5 auf.
Die zweite Mitnehmerscheibe 4 ist nun zweiteilig ausgebildet. Die zweite Mitnehmerscheibe 4 weist einen den (zweiten) Verbindungsbereich 32 ausbildenden Grundabschnitt 41 und eine den zweiten Befestigungsbereich 19 ausbildende Nabe 26 auf. Die Nabe 26 ist (hier über eine Vernietung) zu einer radialen Innenseite des Grundabschnittes 41 hin an diesen Grundabschnitt 41 angebracht. Der zweite Befestigungsbereich 19 weist nun die (zweite) Steckverzahnung 20 auf, die auf die entsprechende Getriebewelle 18 / zweite Teilwelle 17 aufschiebbar ist.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Isolationseinrichtung 1 in einer elektrischen Antriebseinheit 21 ist für das vierte Ausführungsbeispiel in 9 veranschaulicht. Hierbei ist der Elektromotor 12 der Antriebseinheit 21 schematisch veranschaulicht. Der Elektromotor 12 weist einen (Innen-)Läufer 13 auf, der radial innerhalb eines einen Stator 42 aufweisenden Gehäuses 43 des Elektromotors 12 drehbar gelagert ist. Der Läufer 13 ist drehfest auf einer Motorwelle 11 angeordnet. Die Motorwelle 11 ist zu ihrer einer Getriebewelle 18 des Getriebes 22 abgewandten (axialen) Seite über ein Lager 44 in Form eines Wälzlagers, hier ein Kugellager, drehbar gelagert ist. Das Lager 44 ist bevorzugt teilweise aus Keramikwerkstoff hergestellt und folglich als ein elektrisch entkoppeltes Lager 44 umgesetzt. Vorzugsweise sind Wälzkörper 45 des Lagers 44 aus Keramikwerkstoff hergestellt. Auf einer dem Lager 44 abgewandten Seite des Läufers 13 ist die erste Mitnehmerscheibe 3 an dem Läufer 13, hier einer Schwungscheibe 46 des Läufers 13, befestigt. Die erste Mitnehmerscheibe 3 ist in dieser Ausführung über mehrere Befestigungsmittel 39 in Form von Schrauben an dem Läufer 13 befestigt.
Die Befestigungsmittel 39 durchdringen die Befestigungsmittelaufnahmelöcher 16 und sind in dem Läufer 13 / der Schwungscheibe 46 eingeschraubt. Die zweite Mitnehmerscheibe 4 ist mit ihrer zweiten Steckverzahnung 20 axial verschieblich relativ zu der Getriebewelle 18 mit dieser Getriebewelle 18 verbunden. Die Getriebewelle 18 ist wiederum über eine entsprechende Lagerung 47 in einem Getriebegehäuse des Getriebes 22 gelagert, wobei die Lagerung 47 vorzugsweise als ein vollständig aus Metall hergestelltes Wälzlager, vorzugsweise Kugellager, ausgebildet ist.
Das Getriebe 22 ist dann auf typische Weise, wie in 10 schematisch dargestellt, über eine feste Übersetzungsstufe oder mehrere schaltbare / wählbare Übersetzungsstufen mit Antriebsachsen der Räder 23 gekoppelt.
In diesem Zusammenhang sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass zur Anbringung der Isolationseinrichtungen 1 der 1 bis 6 auf typische Weise der Läufer 13 sowie die Getriebewelle 18 auf andere Weise mit der Isolationseinrichtung 1 verbunden sind. Hierbei ist es typischerweise vorgesehen, die Motorwelle 11 unmittelbar als erste Teilwelle 10 und die zweite Teilwelle 17 unmittelbar als Getriebewelle 18 vorzusehen.
In anderen Worten ausgedrückt, wird erfindungsgemäß ein Verbindungselement (Isolationseinrichtung 1) gemäß Patentanspruch 1 und ein Kraftfahrzeugantriebsstrang (Antriebseinheit 21) gemäß Patentanspruch 9 zur Verfügung gestellt. Dadurch wird die Aufgabe gelöst, ein elektrisch isolierendes Element zu entwickeln, das die hohen Momente im Antriebsstrang des Fahrzeugs 28, insbesondere die hohen Stoßmomente, die vom Rad 23 in Richtung Getriebe 22 / Motor 12 kommen, sicher überträgt. Dabei soll dieses isolierende Element 1 in den vorhandenen engen Bauraum zwischen einem Elektromotor 12 und dem Getriebegehäuse in einer elektrischen Achse (9 und 10) passen. Dieser Bauraum entspricht in radialer Richtung meist in etwa dem Durchmesser des Läufers 13 und beträgt in der Regel weniger als 200 mm. In axialer Richtung stehen bei direkt an das Getriebe 22 angeschraubtem Motor 12 in der Regel maximal 15-20 mm zwischen dem Lager des Motors und der Dichtung bzw. dem Lager des Getriebeeingangs zur Verfügung. Das isolierende Element 1 soll dabei in die Verbindungswelle 10, 17 zwischen Motor 12 und Getriebe 22 integriert werden bzw. bei Aufteilung dieser Welle in zwei Teilwellen 10, 17 diese beiden Teilwellen 10, 17 verbinden.
Es wird eine wenige Millimeter dicke Scheibe 5 aus einem Isolator mit zwei aus Blech hergestellten Mitnehmerscheiben 3, 4 verbunden, wobei eine Mitnehmerscheibe 3 mit der Ausgangswelle 11 des Elektromotors 12 verbunden ist und die andere mit der Eingangswelle 18 des Getriebes 22. Diese Scheibe 5 kann aus einem Kunststoff, insbesondere einem Duroplast, hergestellt sein und faserverstärkt sein. Die Scheibe 5 kann aus einem mit einem Binder getränkten / beschichteten Garn gewickelt und anschließend ausgehärtet hergestellt sein, um eine erhöhte Festigkeit in Umfangsrichtung zu erhalten. Die Scheibe 5 kann aus einem Garn und Binder ähnlich einem gewickelten PKW-Kupplungsreibbelag unter Weglassung aller elektrisch leitenden Komponenten (z.B. Kupferdrähten) gefertigt sein. Die isolierende Scheibe 5 ist mittels Verklebung 9 mit den beiden Mitnehmerscheiben 3, 4 verbunden. Die isolierende Scheibe 5 besitzt Durchgangslöcher (erste und zweite Aufnahmelöcher 33, 38) und wird mittels Nieten 7, 8 an den Mitnehmerscheiben 3, 4 befestigt. Die isolierende Scheibe 5 ist mit den Mitnehmerscheiben 3, 4 verklebt und zusätzlich über Niete 7, 8 verbunden. Die Mitnehmerscheiben 3, 4 sind mittels einer Steckverzahnung 15, 20 mit der Ausgangswelle 11 des Elektromotors 12 bzw. der Eingangswelle 18 des Getriebes 22 verbunden. Zwischen den beiden Mitnehmerscheiben 3, 4 befindet sich vorzugsweise ein weiteres isolierendes Element (zweites Isolationselement 24), das die beiden Wellen 10, 17 beabstandet und die Mitnehmerscheiben 3, 4 axial in Position hält. Mindestens eine der Mitnehmerscheiben 3, 4 ist starr mit der Ausgangswelle 11 des Elektromotors 12 oder der Eingangswelle 18 des Getriebes 22 über Niete, eine Verschraubung oder eine Verstemmverbindung verbunden. Eine der beiden Mitnehmerscheiben 3, 4 ist mit der Ausgangswelle 11 des Elektromotors 12 oder der Eingangswelle 18 des Getriebes 22 über eine Steckverzahnung 15, 20 verschiebbar verbunden, die andere ist direkt an den Läufer 13 des Motors 12 oder eine Schwungscheibe 46 starr mittels Vernietung oder Verschraubung angebunden.
9 zeigt einen Elektromotor 12. Dargestellt ist das Motorgehäuse 43, die Wicklung (Stator 42), der Läufer 13, die Motorwelle 11 und die beiden Lagerungen 44, 47 der Motorwelle 11. Vorhanden sind im Betrieb prinzipiell Kapazitäten zwischen den Teilen des Motors 12. Eine Kapazität ist zwischen dem Motorgehäuse 43 und dem Läufer 13 vorhanden. Eine Kapazität ist zwischen dem Motorgehäuse 43 und der Wicklung 42 vorhanden. Eine Kapazität ist zwischen der Wicklung 42 und dem Läufer 13 vorhanden.
Auch zeigen 9 und 10 eine Elektro-Antriebseinheit 21 in Form einer achsparallelen E-Achse. Diese besteht aus einem Elektromotor 12 mit den Bauteilen Motorgehäuse 43, Läufer 13, Motorwelle 11, auf der dem Getriebe 22 abgewandten Seite dem Wellenlager 44 sowie der Motorwelle 11 auf der Getriebeseite mit dem Wellenlager 47. Das Getriebe 22 weist ein Getriebegehäuse mit einer Lagerung der vom Motor 12 kommenden Welle auf, die mit einer Dichtung ausgeführt ist. Diese Dichtung ist in 9 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, jedoch prinzipiell in 10 angedeutet zu erkennen. Die Getriebestufe ist hier nur symbolisch dargestellt, ebenso das daran angeflanschte Differential 48. Von diesem gehen nach beiden Seiten zwei Wellen zum Antrieb der Räder 23 ab. In der dargestellten Form sind die Motorwelle 11 und die Antriebswellen parallel ausgeführt. Denkbar sind aber auch alle anderen Anordnungen, z.B. Antriebswellen senkrecht zur Richtung der Motorwelle 11, etc. Die Motorwelle 11 ist durch eine zweiteilige Welle 10 ,17 mit einer dazwischen angebrachten elektrisch isolierenden Kopplung 1 zur Übertragung der Drehmomente ersetzt, wobei der Bauraum zwischen dem Motorgehäuse 43 und dem Getriebegehäuse genutzt werden kann.
10 zeigt die Einbausituation der E-Achse 21 von 9 angeordnet in einem Fahrzeug 28. Dabei ist die E-Achse 21 über Seitenwellen mit den Rädern 23 verbunden.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektrisch isolierenden Verbindungselements 1. Die Motorwelle 11 des Elektromotors 12, die den Motor 12 in 9 mit dem Getriebe 22 verbindet, ist in zwei Teilwellen 10, 17 geteilt, wobei 10 zum Motor 12 führt und 17 in das Getriebe 22. Die beiden Teilwellen 10 ,17 sind beabstandet, damit keine direkte elektrisch leitende Verbindung entsteht. Auf der Teilwelle 10 ist eine Mitnehmerscheibe 3 angebracht, wobei die Verbindung zwischen der Teilwelle 10 und der Mitnehmerscheibe 3 entweder axial fest oder in Form einer Steckverzahnung 15 verschiebbar ausgeführt sein kann. Ebenso befindet sich auf der Teilwelle 17 eine Mitnehmerscheibe 4, die ebenfalls an einer Stelle axial fest oder verschiebbar über eine Steckverzahnung 20 mit der Teilwelle 17 verbunden ist. Zwischen beiden Mitnehmerscheiben 3, 4 ist im Bereich des Außendurchmessers eine isolierende Scheibe 5 angeordnet. In der dargestellten Ausführung ist diese Scheibe 5 wechselseitig über Verbindungselemente (Niete / erste Befestigungselemente 7) mit der Mitnehmerscheibe 3 bzw. über Verbindungselemente (Niete / zweite Befestigungselemente 8) mit der Mitnehmerscheibe 4 verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die isolierende Scheibe 5 im Kontaktbereich zu der Mitnehmerscheibe 3, 4 mit diesen verklebt sein.
2 zeigt eine Detailansicht aus 4 im Bereich der isolierenden Scheibe 5 mit der Vernietung von Mitnehmerscheibe 4 und isolierender Scheibe 5. Die isolierende Scheibe 5 wird abwechselnd mit der Mitnehmerscheibe 4 und der Mitnehmerscheibe 3 über Verbindungselemente (Niete) 7, 8 verbunden. Um über diese Verbindung ein Drehmoment sicher übertragen zu können, weist die Mitnehmerscheibe 4 und die isolierende Scheibe 5 jeweils eine Durchgangsbohrung (zweite Aufnahmelöcher 38) mit demselben Durchmesser auf. Die jeweils andere Mitnehmerscheibe 3 weist dagegen eine Bohrung (zweites Durchgangsloch 36b) mit einem deutlich größeren Durchmesser auf, so dass eine ähnlich große Distanz zwischen der Mitnehmerscheibe 3 und dem Niet 8 zur elektrischen Isolation vorhanden ist, wie die Distanz zwischen den beiden Mitnehmerscheiben 3, 4. Der Niet 8 weist einen Setzkopf 34 auf, der auf der isolierenden Scheibe 5 liegt und einen Schließkopf 35, der auf der Mitnehmerscheibe 4 gebildet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die isolierende Scheibe 5 im Kontaktbereich zu der Mitnehmerscheibe 3, 4 mit diesen verklebt sein.
3 zeigt ein elektrisch isolierendes Verbindungselement 1 wie in 1 bzw. 2 jedoch in der Draufsicht. 1 bzw. 2 entsprechen einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie I-I. Zu sehen ist die motorseitige Mitnehmerscheibe 3, die motorseitige Teilwelle 10 und die Steckverzahnung 15, mit der die Mitnehmerscheibe 3 axial verschiebbar auf der Teilwelle 10 gelagert ist. Zu sehen ist auch die Anordnung der Niete 7, 8 am Umfang, mit denen die isolierende Scheibe 5 an die Mitnehmerscheibe 3 bzw. an die getriebeseitige Mitnehmerscheibe 4 angebunden ist. Vom Niet 7 sieht man den Schließkopf 35, der direkt auf der Mitnehmerscheibe 3 gebildet ist. Vom Niet 8 ist der Setzkopf 34 zu sehen, der auf der isolierenden Scheibe 5 aufliegt, von der nur ein kleiner schmaler Ring innerhalb der großen Bohrung 36b in der Mitnehmerscheibe 3 zu sehen ist.
4 zeigt ein elektrisch isolierendes Verbindungselement 1 ähnlich 1. Im Gegensatz zu der Variante in 1 ist hier zwischen die beiden Teilwellen 10, 17 ein zweites elektrisch isolierendes Element 24 angebracht, das hier mit der Mitnehmerscheibe 3 verbunden ist, verklebt und/oder vernietet (hier nicht dargestellt). Alternativ oder zusätzlich kann es auch nur formschlüssig eingelegt sein, da über dieses zweite isolierende Element 24 kein Moment übertragen wird. Dieses isolierende Element 24 zentriert einerseits die beiden über Steckverzahnungen 15, 20 axial verschiebbaren Mitnehmerscheiben 3, 4 auf den Teilwellen 10, 17 und stellt außerdem sicher, dass die Teilwellen 10, 17 sich nicht berühren können. Dies ermöglicht es, mindestens eine der Teilwellen 10, 17 axial verschiebbar auszuführen, so dass sie bei der Montage in einen Wellenstumpf gesteckt werden kann.
5 zeigt ein ähnliches elektrisch isolierendes Verbindungselement 1 wie in den 1 bis 4 mit einer motorseitigen Mitnehmerscheibe 3, einer getriebeseitigen Mitnehmerschiebe 4, einer isolierenden Scheibe 5, die mittels Nieten 7 mit der Mitnehmerscheibe 3 und Nieten 8 mit der Mitnehmerscheibe 4 am Umfang wechselseitig verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann die isolierende Scheibe 5 im Kontaktbereich zu der Mitnehmerscheibe 3 und 4 mit diesen verklebt sein. Im Gegensatz zu den bisherigen Ausführungen sind die Mitnehmerscheiben 3 und 4 hier über Niete 39 mit den beiden Teilwellen 10, 17 starr verbunden. Damit stellt das elektrisch isolierende Verbindungselement 1 zusammen mit den beiden Teilwellen 10, 17 ein Bauteil dar, welches beim Zusammenfügen von Elektromotor 12 und Getriebe 22 in das motorseitige Ausgangselement 51 sowie das getriebeseitige Eingangselement 52 (beides schematisch dargestellt) über Steckverzahnungen 49, 50 gesteckt werden kann. 6 zeigt das elektrisch isolierende Verbindungselement 1 von 5 in einer perspektivischen Ansicht. Zu sehen sind die motorseitige Mitnehmerscheibe 3 sowie die getriebeseitige Mitnehmerscheibe 4. Dazwischen liegt die isolierende Scheibe 5. Diese ist am Umfang abwechselnd über Niete 7 mit der Mitnehmerscheibe 3 und über Niete 8 mit der Mitnehmerscheibe 4 verbunden. Auf der dem Motor 12 zugewandten Seite kann man ebenso die Niete 39 sehen, mit denen die motorseitige Mitnehmerscheibe 3 mit der Teilwelle 10 verbunden ist. Diese ist mittels einer Steckverzahnung 49 axial verschiebbar mit dem Motorausgangselement 51 (schematisch dargestellt) verbunden. Ebenfalls im Hintergrund zu sehen ist die getriebeseitige Teilwelle 17 und das getriebeseitige Eingangselement 52 (schematisch dargestellt).
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektrisch isolierenden Verbindungselements 1 in der Draufsicht mit Blickrichtung zum Motor 12. Zu sehen ist die motorseitige Mitnehmerscheibe 3, die in dieser Ausführung nach außen über die getriebeseitige Mitnehmerscheibe 4 hinausragt. Die isolierende Scheibe 5 ist hier nur ringförmig durch die großen Bohrungen 36b in der Mitnehmerscheibe 4 zu sehen, wo sie über die Niete 7 mit der motorseitigen Mitnehmerscheibe 3 verbunden ist. Die isolierende Scheibe 5 ist wieder wechselseitig am Umfang mit der Mitnehmerscheibe 3 über die Niete 7 und mit der Mitnehmerscheibe 4 über die Niete 8 verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die isolierende Scheibe 5 im Kontaktbereich zu der Mitnehmerscheibe 3, 4 mit diesen verklebt sein. Die Anbindung an die Getriebeeingangswelle 18 erfolgt über eine Nabe 26, die über die Niete 39 mit der getriebeseitigen Mitnehmerscheibe (Grundabschnitt 41) verbunden ist. Diese ist über die Steckverzahnung 20 drehfest, axial verschiebbar mit der Getriebeeingangswelle 18 verbunden. Die Anbindung an den Motor 12 erfolgt hier über Bohrungen 16 am Außendurchmesser der Mitnehmerscheibe 3. Hier kann die Mitnehmerscheibe 3 z.B. direkt an den Läufer 13 des Elektromotors 12 angebunden werden. Damit kann auf eine motorseitige Teilwelle 10 verzichtet werden.
7 zeigt das elektrisch isolierende Verbindungselement 1 aus 8 entlang des dort eingezeichneten Schnitts VII-VII. Zu sehen ist die motorseitige Mitnehmerscheibe 3 und die getriebeseitige Mitnehmerscheibe 4. Dazwischen ist die isolierende Scheibe 5, die am Umfang wechselseitig mit den beiden Mitnehmerscheiben 3, 4 über Niete 7, 8 verbunden ist. Die getriebeseitige Mitnehmerscheibe 4 ist nach innen hin mit einer Nabe 26 mit einer Innenverzahnung 20 verbunden. In der dargestellten Version ist diese Verbindung mit Nieten 39 realisiert. Alternativ oder zusätzlich kann diese Verbindung aber auch als Verstemmung ausgeführt sein, oder die beiden Bauteile 41, 26 verschweißt sein. Das elektrisch isolierende Verbindungselement 1 kann über Löcher 16 in der motorseitigen Mitnehmerscheibe 3 direkt mit dem Motor 12, z.B. dem Läufer 13 des Motors 12, verbunden sein. Es wird dann beim Zusammenbau von Motor 12 und Getriebe 22 mit der Verzahnung 20 der Nabe 26 auf eine aus dem Getriebe 22 herausragende Eingangswelle 18 gesteckt.
9 zeigt das elektrisch isolierende Verbindungselement 1 verbaut in einen Elektromotor 12. Das Verbindungselement 1 ist dazu mit Schrauben 39 an den Läufer 13 angeschraubt und somit in den Motor 12 integriert. Vom Motor 12 sind das Gehäuse 43, die Wicklung 42, der Läufer 13 und die Welle 11 auf der dem Getriebe abgewandten Seite mit der Wellenlagerung 44 dargestellt. Dieses Lager 44 kann isolierend z.B. mit Keramikwälzkörpern ausgeführt sein. Das elektrisch isolierende Verbindungselement 1 ist mit einer Nabe 26 auf der Eingangswelle 18 des Getriebes 22 gelagert und stellt somit die Lagerung 47 für den Läufer 13 auf der Getriebeseite dar. Damit kann ein isolierendes Lager auf der Getriebeseite entfallen. Die Lagerung 47 der Getriebeeingangswelle 18, die Teil des Getriebes 22 ist, kann daher mit herkömmlichen Lagern ausgeführt sein, weil das Verbindungselement 1 eine elektrische Isolierung zwischen der Getriebeeingangswelle 22 und dem Elektromotor 12 darstellt. Die Komponenten des Elektromotors 12 sind hier nur schematisch und nicht maßstäblich dargestellt. Insbesondere der Luftspalt zwischen Gehäuse 43 und Läufer 13 wird bei realen Motoren möglichst eng ausgeführt und ist daher deutlich enger als die Dicke der isolierenden Scheibe 5 des elektrisch isolierenden Verbindungselements 1.
Bezugszeichenliste

1: Isolationseinrichtung
2: Drehachse
3: erste Mitnehmerscheibe
4: zweite Mitnehmerscheibe
5: Isolationselement
6: Zwischenraum
7: erstes Befestigungselement
8: zweites Befestigungselement
9: Klebeverbindung
10: erste Teilwelle
11: Motorwelle
12: Elektromotor
13: Läufer
14: erster Befestigungsbereich
15: erste Steckverzahnung
16: Befestigungsmittelaufnahmeloch
17: zweite Teilwelle
18: Getriebewelle
19: zweiter Befestigungsbereich
20: zweite Steckverzahnung
21: Antriebseinheit
22: Getriebe
23: Rad
24: zweites Isolationselement
25: erster Scheibenbereich
26: Nabe
27: Durchgangsöffnung
28: Kraftfahrzeug
29: erster Verbindungsbereich
30: zweiter Scheibenbereich
31: Stufe
32: zweiter Verbindungsbereich
33: erstes Aufnahmeloch
34: Setzkopf
35: Schließkopf
36a: erstes Durchgangsloch
36b: zweites Durchgangsloch
37: Lochleibungsbereich
38: zweites Aufnahmeloch
39: Befestigungsmittel
40: Flansch
41: Grundabschnitt
42: Stator
43: Gehäuse
44: Lager
45: Wälzkörper
46: Schwungscheibe
47: Lagerung
48: Differential
49: dritte Steckverzahnung
50: vierte Steckverzahnung
51: Ausgangselement
52: Eingangselement

Claims

Elektrische Isolationseinrichtung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit zwei um eine Drehachse (2) drehbar angeordneten Mitnehmerscheiben (3, 4) sowie einem die beiden Mitnehmerscheiben (3, 4) miteinander drehfest verbindenden und voneinander elektrisch entkoppelnden Isolationselement (5).
Isolationseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (5) scheibenförmig ausgebildet ist und in einem axialen Zwischenraum (6) zwischen einer ersten Mitnehmerscheibe (3) und einer zweiten Mitnehmerscheibe (4), unter Anlage an der jeweiligen Mitnehmerscheibe (3, 4), angeordnet ist.
Isolationseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (5) über zumindest ein erstes Befestigungselement (7) an der ersten Mitnehmerscheibe (3) befestigt ist, wobei das zumindest eine erste Befestigungselement (7) beabstandet zu der zweiten Mitnehmerscheibe (4) angeordnet ist.
Isolationseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (5) über zumindest ein zweites Befestigungselement (8) an der zweiten Mitnehmerscheibe (4) befestigt ist, wobei das zumindest eine zweite Befestigungselement (8) beabstandet zu der ersten Mitnehmerscheibe (3) angeordnet ist.
Isolationseinrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Befestigungselement (7) und/oder das zumindest eine zweite Befestigungselement (8) als ein Niet umgesetzt sind/ist.
Isolationseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (5) an der ersten Mitnehmerscheibe (3) und/oder an der zweiten Mitnehmerscheibe (4) über eine Klebeverbindung (9) festgelegt ist.
Isolationseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mitnehmerscheibe (3) einen an einer Welle (10, 11) oder einem Läufer (13) eines Elektromotors (12) anbringbaren ersten Befestigungsbereich (14) aufweist, wobei der erste Befestigungsbereich (14) eine erste Steckverzahnung (15) ausbildet oder mit mehreren Befestigungsmittelaufnahmelöchern (16) versehen ist.
Isolationseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Mitnehmerscheibe (4) einen an einer Welle (17, 18) anbringbaren zweiten Befestigungsbereich (19) aufweist, wobei der zweite Befestigungsbereich (19) eine zweite Steckverzahnung (20) ausbildet oder mit mehreren Befestigungsmittelaufnahmelöchern (16) versehen ist.
Elektrische Antriebseinheit (21) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (12), einem Getriebe (22) sowie einer einen Läufer (13) des Elektromotors (12) mit einer Getriebewelle (18) des Getriebes (22) drehkoppelnden Isolationseinrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8.
Antriebseinheit (21) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mitnehmerscheibe (3) direkt mit dem Läufer (13) oder indirekt, über eine Teilwelle (10) oder eine Motorwelle (11) des Elektromotors (12), mit dem Läufer (13) drehfest verbunden ist.