-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und die bauliche Einheit ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil umfasst und das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil aus einem metallischen Material gebildet sind.
-
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
-
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnradifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang bereitzustellen, der hinsichtlich seiner Montagefreundlichkeit und Montagesicherheit optimiert ist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und die bauliche Einheit ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil umfasst, und das erste Gehäuseteil sowie das zweite Gehäuseteil aus einem metallischen Material gebildet sind, wobei an dem ersten Gehäuseteil wenigstens ein erstes Formschlussmittel monolithisch und an dem zweiten Gehäuseteil wenigstens ein korrespondierendes zweites Formschlussmittel monolithisch angeformt ist, wobei das erste Formschlussmittel oder das zweite Formschlussmittel als radial nach Außen weisende Lasche ausgebildet ist, welche aus axialer Richtung derart in das korrespondierende erste Formschlussmittel oder zweite Formschlussmittel eingreift, dass eine Fixierung des ersten Gehäuseteils gegenüber dem zweiten Gehäuseteil zumindest in Umfangsrichtung bewirkt ist.
-
Hierdurch können zwei Gehäuseteile eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs auf eine sichere und montagefreundliche Art in einer vordefinierten Position zueinander verbaut werden. Die korrekte, durch die Formschlussmittel vordefinierte Position der Gehäuseteile kann insbesondere von einem Monteur von außen kontrolliert werden, da die Lasche radial aus dem entsprechenden Gehäuseteil heraussteht.
-
Ferner können die Formschlussmittel im Wesentlichen kostenneutral mit den Gehäuseteilen monolithisch ausgebildet, beispielsweise angegossen sein.
-
Ein elektrisch betreibbarer Antriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine und eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine bilden eine bauliche Einheit. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine gemeinsam aufgenommen sind. Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Das Antriebsstranggehäuse kann insbesondere bevorzugt eine topfartige Grundform aufweisen, so dass die elektrische Maschine und das Getriebe über die offene Stirnseite des Antriebsstranggehäuses in dieses eingesetzt werden können. Im Zusammenhang mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es insbesondere vorteilhaft, dass das erste Gehäuseteil als Antriebsstranggehäuse ausgebildet ist. Es ist ferner in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass das zweite Gehäuseteil ein Deckel zum stirnseitigen Verschluss des Antriebsstranggehäuses ist.
-
Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist.
-
Das Getriebegehäuse ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Getriebes. Es hat die Aufgabe, vorhandene Wellen jeweils über die Lager zu führen und den Rädern (eventuell Kurvenscheiben) bei allen Belastungen diejenigen Freiheitsgrade zu gewähren, derer sie bedürfen, ohne sie in der Dreh- und eventuell Bahnbewegung zu behindern, sowie Lagerkräfte und Abstützmomente aufzunehmen.
-
Ein Getriebegehäuse kann ein- oder mehrschalig, das heißt, ungeteilt oder geteilt ausgebildet sein. Das Gehäuse sollte insbesondere auch sowohl Geräusche und Vibrationen dämpfen, als auch Schmierstoff sicher aufnehmen können.
-
Das Getriebegehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt.
-
Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.
-
Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein.
-
Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung wäre es dann vorteilhaft, dass das erste Gehäuseteil das Motorgehäuse oder das Getriebegehäuse ist. In diesem Zusammenhang ist es ferner bevorzugt, dass das zweite Gehäuseteil ein Deckel zum stirnseitigen Verschluss des Motorgehäuses oder des Getriebegehäuses ist. Es ist des Weiteren auch denkbar, dass das erste oder zweite Gehäuseteil ein Gehäuseteil oder vollständiges Gehäuse einer Parksperreneinrichtung ist.
-
Die Gehäuseteile können aufeinander bzw. aneinander anliegend positioniert sein. Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, dass die Gehäuseteile ineinandergesteckt und/oder geschachtelt zueinander angeordnet sind.
-
Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil.
-
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
-
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
-
Die Getriebeanordnung ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird. Bevorzugt ist die Getriebeanordnung als ein Planetengetriebe ausgebildet, ganz besonders bevorzugt als ein schaltbares, insbesondere zweigängiges Planetengetriebe.
-
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das zweite Gehäuseteil als Gehäusedeckel ausgebildet ist. Der Gehäusedeckel hat besonders bevorzugt eine scheibenförmige oder tellerförmige Grundform. Besonders bevorzugt besitzt der Gehäusedeckel eine kreisrunde bzw. zylinderförmige Grundform.
-
Es ist besonders bevorzugt, dass das erste Formschlussmittel oder das zweite Formschlussmittel eine U-förmige Innenkontur zur Aufnahme der Lasche aufweist, so dass eine in Umfangsrichtung beidseitige Anlage sowie eine Anlage in Radialrichtung bereitgestellt werden kann. Hierdurch kann die Positionierung der Gehäuseteile zueinander in Umfangsrichtung sowie in Radialrichtung festgelegt werden. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, dass der in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitt der Innenkontur entfällt und lediglich die beiden in Radialrichtung verlaufenden Abschnitte einer U-förmigen Innenkontur vorhanden sind.
-
In diesem Zusammenhang ist es ferner auch bevorzugt, dass die Lasche eine U-förmige Außenkontur aufweist, welche insbesondere mit der U-Förmigen Innenkontur eines entsprechenden Formschlussmittels korrespondiert. Selbstverständlich ist es grundsätzlich auch möglich, eine von einer U-Form abweichende Außenkonturen an der Lasche auszubilden. Denkbar wären beispielsweise auch T-,V-,W-,D-,H-,J-,L-Y-,N- und/oder M-förmige Außenkonturen.
-
Um zusätzlich auch eine in einer Axialrichtung definierte Positionierung der Gehäuseteile zu erwirken, kann das erste Formschlussmittel oder das zweite Formschlussmittel einen sich in einer Radialebene erstreckenden Taschenboden aufweist, an dem die Lasche axial anliegt. In diesem Zusammenhang ist es ferner zu bevorzugen, dass das erste Formschlussmittel oder das zweite Formschlussmittel als ein U-förmig sich in axialer Richtung aus dem Taschenboden erstreckender Kragen ausgeformt ist, dessen Innenkontur die Außenkontur der Lasche zumindest abschnittsweise umgreift. Bevorzugt ist der Kragen vollwandig ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass der Kragen, beispielsweise zur Gewichtsreduktion, Aussparungen aufweist. Aus gleichen Erwägungen wäre es ebenfalls möglich, dass der Taschenboden Aussparungen aufweist.
-
Aus fertigungstechnischen Erwägungen ist es des Weiteren vorteilhaft, dass die U-förmige Außenkontur der Lasche zwei parallel verlaufende ebene Flächenabschnitte und einen orthogonal zu den zwei parallel verlaufenden ebenen Flächenabschnitten verlaufenden ebenen Flächenabschnitt aufweist, wobei die Flächenabschnitte gefräst sind. Auch zu bevorzugen ist es in diesem Kontext, dass die U-förmige Innenkontur des ersten Formschlussmittels oder des zweiten Formschlussmittels zwei parallel verlaufende ebene Flächenabschnitte und einen orthogonal zu den zwei parallel verlaufenden ebenen Flächenabschnitten verlaufenden ebenen Flächenabschnitt aufweist, wobei die Flächenabschnitte gefräst sind.
-
Eine besonders gute Passgenauigkeit der ersten und zweiten Formschlussmittel lässt sich somit insbesondere dann erwirken, wenn die Lasche mit ihren gefrästen Flächenabschnitten an den gefrästen Flächenabschnitten des ersten oder des zweiten Formschlussmittels anliegt. Beim Überfräsen der Flächenabschnitte könnte man diese in ganz bevorzugter Weise in der gleichen Aufspannung und idealerweise mit demselben Fräswerkzeug, wie es zur Bearbeitung der Gehäusehälften verwendet wird, auf Maß bearbeiten. Diese Bearbeitung wäre im Gegensatz zur Herstellung einer Bohrung kostengünstiger oder zumindest nahezu kostenneutral. Alternativ zu einem Fräsen wäre es grundsätzlich auch möglich, dass die Formschlussmittel an ihren miteinander in Kontakt stehenden Flächenabschnitten erodiert sind.
-
Um die Montagefreundlichkeit hinsichtlich der eindeutigen Positionierung der Gehäuseteile zueinander weiter zu verbessern kann vorgesehen sein, dass das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil eine Mehrzahl von ersten und zweiten Formschlussmitteln aufweisen. Die Gruppen von ineinandergreifenden Formschlussmitteln können insbesondere auch unsymmetrisch über den Umfang der Gehäusehälften versetzt angeordnet sein, beispielsweise um 95°, um Montage und Positionierung der Gehäusehälften nur in genau einer vordefinierten Lage zu erlauben.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
-
Es zeigen:
- 1 einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang in einer perspektivischen Darstellung,
- 2 Gehäusehälften eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs im zusammengesetzten Zustand in einer perspektivischen Ansicht,
- 3 Detailansichten der Formschlussmittel in perspektivischen Ansichten, und
- 4 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrisch betreibbaren Antriebsstrang in einer Blockschaltansicht.
-
Die 1 und die 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs 1 eines Kraftfahrzeugs 2 umfassend eine elektrische Maschine 3 und eine Getriebeanordnung 4, wobei die elektrische Maschine 3 und die Getriebeanordnung 4 eine bauliche Einheit 5 bilden. Dies ist exemplarisch in der 4 gezeigt. Die linke Achse des Kraftfahrzeugs 1 ist mit einer koaxialen Bauform eines elektrisch betreibaren Antriebsstrangs 1 versehen, während die rechte Achse eine achsparallele Bauform eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs 1 zeigt. Obwohl in den 1-2 eine koaxiale Bauform eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs 1 gezeigt und erläutert ist, versteht es sich, dass die Erfindung ebenfalls für eine achsparallele Bauform geeignet und anwendbar ist.
-
Die in der 1 gezeigte bauliche Einheit 5 entspricht einer koaxialen Bauform. Die bauliche Einheit 5 besitzt ein erstes Gehäuseteil 6, in dem eine elektrische Maschine 3 und eine Getriebeanordnung 4 angeordnet sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste Gehäuseteil 6 aus einem Metall wie einem Aluminium mittels Urformverfahren, insbesondere einem Druckgussverfahren gefertigt. Die bauliche Einheit besitzt ferner ein zweites als Gehäusedeckel 13 ausgebildetes Gehäuseteil 7, wobei das erste Gehäuseteil 6 und das zweite Gehäuseteil 7 Befestigungsmittel 8 in Form von Schrauben und korrespondierenden Innengewinden aufweisen, wodurch eine lösbare Fixierung des ersten Gehäuseteils 6 gegenüber dem zweiten Gehäuseteil 7 bewirkt ist. Das erste und zweite Gehäuseteil 6,7 sind jeweils zylinderartig mit einer kreisrunden Grundkontur ausgebildet.
-
Um während der Montage und vor dem Einsetzen der Befestigungsmittel 8 eine vordefinierte Positionierung der Gehäuseteile 6,7 zueinander zu gewährleisten, ist an dem ersten Gehäuseteil 6 wenigstens ein erstes Formschlussmittel 9 monolithisch und an dem zweiten Gehäuseteil 7 wenigstens ein korrespondierendes zweites Formschlussmittel 10 monolithisch angeformt. In der in der 2 gezeigten Ausführungsform weisen die Gehäuseteile 6,7 zwei gegenüberliegende Paarungen von ersten und zweiten Formschlussmitteln 9,10 auf.
-
Das zweite Formschlussmittel 10 ist als radial nach Außen weisende Lasche 11 ausgebildet, welche aus axialer Richtung derart in das korrespondierende erste Formschlussmittel 9 eingreift, dass eine Fixierung des ersten Gehäuseteils 6 gegenüber dem zweiten Gehäuseteil 7 zumindest in Umfangsrichtung bewirkt ist.
-
Auch wenn es in den Ausführungsformen nicht explizit gezeigt ist, so kann natürlich grundsätzlich auch das erste Formschlussmittel 9 als radial nach Außen weisende Lasche 11 ausgebildet sein, welche aus axialer Richtung derart in das korrespondierende zweite Formschlussmittel 10 eingreift, dass eine Fixierung des ersten Gehäuseteils 6 gegenüber dem zweiten Gehäuseteil 7 zumindest in Umfangsrichtung bewirkt ist.
-
Durch diese Ausgestaltung, wie sie beispielhaft in den 2-3 gezeigt ist, kann durch die Formschlussmittel 9,10 eine vordefinierte, konstruktiv eindeutig vorgegebene Position der Gehäuseteile 6,7 hergestellt werden, bevor die Gehäusehälften 6,7 durch die Befestigungsmittel 8 aneinander fixiert werden. Insbesondere kann von einem Monteur auch von außen kontrolliert werden, ob die korrekte Positionierung der Gehäusehälften 6,7 hergestellt wurde, da beispielsweise die Lasche 11 radial aus dem entsprechenden Gehäuseteil heraussteht.
-
Wie insbesondere aus den Detailansichten der 3 ersichtlich, weist das erste Formschlussmittel 9 eine U-förmige Innenkontur 12 zur Aufnahme der Lasche 11 auf. Die Lasche 11 besitzt eine hierzu korrespondierende U-förmige Außenkontur 14. Das erste Formschlussmittel 9 weist ferner einen sich in einer Radialebene erstreckenden Taschenboden 15 auf, an dem die Lasche 11 jedoch nicht zwangsläufig anliegt sondern durch Ausbildung eines Spalts von diesem axial beabstandet ist. Je nach Ausgestaltung und Anforderungen an das Positionieren der Gehäuseteile 6,7, kann die Lasche 11 aber auch an dem Taschenboden 15 anliegen. In der gezeigten Ausführungsform der 3 ist das erste Formschlussmittel 9 als ein U-förmig sich in axialer Richtung aus dem Taschenboden 15 erstreckender Kragen 16 ausgeformt, dessen Innenkontur 12 die Außenkontur 14 der Lasche 11 umgreift.
-
Die U-förmige Außenkontur 14 der Lasche 11 besitzt zwei parallel verlaufende ebene Flächenabschnitte 17 und einen orthogonal zu den zwei parallel verlaufenden ebenen Flächenabschnitten 17 verlaufenden ebenen Flächenabschnitt 18, wobei die Flächenabschnitte 17,18 gefräst sind.
-
Auch wenn in der gezeigten Ausführungsform ebene Flächenabschnitte 17,18 gezeigt sind, so ist es jedoch grundsätzlich auch denkbar, dass die Flächenabschnitte 17,18 eine von einer Ebene abweichende Kontur aufweisen. So wäre es beispielsweise denkbar, dass die Flächenabschnitte 17,18 gekrümmt sein können, insbesondere konvex gekrümmt sein können.
-
Die U-förmige Innenkontur 12 des ersten Formschlussmittels 9 oder des zweiten Formschlussmittels 10 besitzen ferner zwei parallel verlaufende ebene Flächenabschnitte 19 und einen orthogonal zu den zwei parallel verlaufenden ebenen Flächenabschnitten 19 verlaufenden ebenen Flächenabschnitt 20, wobei die Flächenabschnitte 19,20 ebenfalls gefräst sind. Die Lasche 11 liegt mit ihren gefrästen Flächenabschnitten 17,18 an den gefrästen Flächenabschnitten 19,20 des ersten oder des zweiten Formschlussmittels 9,10 an. Auch hier wäre es grundsätzlich denkbar - auch wenn in der 3 nicht gezeigt -, dass die Flächenabschnitte 19,20 eine von einer Ebene abweichende Kontur aufweisen. So könnten beispielsweise eine der Flächenabschnitte 19 konvex oder ballig ausgeführt sein, so dass sich zwischen den anliegenden Flächenabschnitten kein Flächenkontakt sondern ein Linienkontakt ausbildet.
-
Die in der 3 gezeigte Ausführungsform der Formschlussmittel 9,10 basiert auf Flächenkontakten an den korrespondierenden ebenen Flächenabschnitten 17,18,19,20. Wie bereits oben erwähnt, wäre es natürlich auch denkbar, die Formschlussmittel 9,10 so zu konfigurieren, dass die aneinander anliegenden Flächenabschnitte 17,18,19,20 wenigstens einen Linienkontakt oder Punktkontakt ausbilden.
-
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Maschine
- 4
- Getriebeanordnung
- 5
- Einheit
- 6
- Gehäuseteil
- 7
- Gehäuseteil
- 8
- Befestigungsmittel
- 9
- erstes Formschlussmittel
- 10
- zweites Formschlussmittel
- 11
- Lasche
- 12
- Innenkontur
- 13
- Gehäusedeckel
- 14
- Außenkontur
- 15
- Taschenboden
- 16
- Kragen
- 17
- Flächenabschnitt
- 18
- Flächenabschnitt
- 19
- Flächenabschnitt
- 20
- Flächenabschnitt
