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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb mit einem Gehäuse sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines Gehäuses für einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs.
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Aus der
DE 10 2009 010 177 B4 ist es bekannt, dass Elektromotoren, welche typischerweise bei hybriden elektromechanischen Antriebssträngen für Kraftfahrzeuge verwendet werden, einen Stator aufweisen, der einen Rotor umgibt, der wiederum relativ zu dem Stator drehbar ist. Der Stator ist an einem stationären Element verankert, wie etwa einem Getriebegehäuse oder Getriebemantel. Der Stator sollte seine Position relativ zu dem Gehäuse sowohl axial als auch radial beibehalten, wenn sich das Gehäuse und/oder der Stator aufgrund von Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen. Der Stator besteht insbesondere aus Stahl, da dieser ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen hat, wenn er erregt wird, um den Rotor zu bewegen. Das Gehäuse kann aus einem zu Stahl anderen, nicht eisenhaltigen Material mit einem größeren Temperaturausdehnungskoeffizienten als Stahl bestehen, wie etwa einer Aluminiumlegierung. Insbesondere kann das Gehäuse aus der Aluminiumlegierung bestehen, um das Gewicht der Anordnung zu minimieren und um einen elektrischen und magnetischen Fluss von dem Stator an das Gehäuse zu verhindern.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2012 205 754 A1 ein Gehäuse für eine rotierende elektrische Maschine bekannt, mit einem Gehäuseinnenteil, das einen Stator und einen Rotor der rotierenden elektrischen Maschine umschließt und das aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet ist. Hierbei kann das Gehäuseinnenteil einen Stahl umfassen. Alternativ kann Aluminium für das Gehäuseinnenteil eingesetzt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lösung zu schaffen, welche es ermöglicht, ein besonders leichtes Gehäuse mit einer besonders hohen Stabilität bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, welches insbesondere dazu eingerichtet ist, von einer elektrischen Maschine angetrieben zu werden. Das Gehäuse umfasst einen Grundkörper, welcher Aluminium umfasst und dazu eingerichtet ist, eine Komponente des elektrischen Antriebs zu umschließen. Der Grundkörper des Gehäuses kann insbesondere aus einer Aluminiumlegierung oder aus Aluminium gebildet sein. An dem Grundkörper ist eine Stahlbeschichtung bereichsweise aufgebracht. Aufgrund der Ausgestaltung des Grundkörpers mit dem Aluminium weist der Grundkörper ein besonders geringes Gewicht auf. Die bereichsweise Stahlbeschichtung des Grundkörpers ermöglicht wiederum eine lokale Verstärkung beziehungsweise Festigkeitserhöhung des Gehäuses in den Bereichen, in welchen auf den Grundkörper die Stahlbeschichtung aufgetragen ist. Durch die Stahlbeschichtung können hochbelastete Teile des Grundkörpers verstärkt werden, wobei gleichzeitig das Gewicht des Gehäuses besonders geringgehalten werden kann.
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In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stahlbeschichtung mittels Kaltgasspritzen auf den Grundkörper aufgetragen ist. Kaltgasspritzen kann auch als sogenanntes Cold Gas Spraying bezeichnet werden. Bei dem Kaltgasspritzen handelt es sich um ein Beschichtungsverfahren, bei welchem ein Beschichtungswerkstoff, vorliegend Stahl, in Pulverform mit sehr hoher Geschwindigkeit auf ein Trägermaterial, vorliegend den Grundkörper, aufgebracht wird. Hierdurch kann ein auf wenige Hundert Grad aufgeheiztes Prozessgas wie Stickstoff oder Helium durch Expansion in einer Düse, insbesondere in einer sogenannten Lavaldüse, auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden und anschließend Pulverpartikel des Stahls in den Gasstrahl injiziert werden. Diese injizierten Pulverpartikel werden dabei auf eine so hohe Geschwindigkeit beschleunigt, dass sie im Gegensatz zu anderen thermischen Spritzverfahren auch ohne vorangehendes An- oder Aufschmelzen beim Aufprall auf den Grundkörper eine dichte und festhaftende Stahlschicht bilden. Ein vollständiges Aufschmelzen der Stahlpartikel kann unterbleiben. Bei dem Kaltgasspritzen handelt es sich somit um einen Prozess zur Beschichtung einer Metalloberfläche mit Stahl. Hierdurch lassen sich lokal die Materialeigenschaften des Aluminium umfassenden Grundkörpers verbessern. Als Ergebnis des Kaltgasspritzens kann ein formschlüssig mit dem Grundkörper verbundenes Stahlband erzielt werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stahlbeschichtung an einem Fahrzeuganbindungspunkt des Grundkörpers angeordnet ist, über welchen der Grundkörper an einer Stützstruktur des Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Hierdurch kann das Gehäuse am Fahrzeuganbindungspunkt besonders gut durch die Stahlbeschichtung verstärkt werden, wodurch wiederum das Gehäuse besonders sicher an der Stützstruktur des Kraftfahrzeugs gehalten werden kann. Aufgrund der Anordnung der Stahlbeschichtung an dem Kraftfahrzeuganbindungspunkt des Grundkörpers kann der Fahrzeuganbindungspunkt eine besonders hohe Festigkeit beziehungsweise eine besonders hohe Stabilität aufweisen, wodurch das Gehäuse über den Fahrzeuganbindungspunkt besonders zuverlässig an der Stützstruktur des Kraftfahrzeugs gehalten werden kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens eine Rippe des Grundkörpers mit der Stahlbeschichtung versehen ist. Durch das Versehen der Rippe des Grundkörpers mit der Stahlbeschichtung kann die Rippe besonders dünn sowie mit einer besonders geringen Höhe ausgebildet werden, da die Rippe aufgrund der Stahlbeschichtung eine besonders hohe Festigkeit aufweist. Hierdurch kann Material beim Bereitstellen des Grundkörpers eingespart werden. Aufgrund der besonders stabilen Ausgestaltung jeweiliger mit der Stahlbeschichtung stabilisierter Rippen kann der Grundkörper mit besonders wenigen Rippen bei gleichzeitiger besonders hoher Festigkeit ausgebildet werden. Infolgedessen kann der Grundkörper mit einer besonders einfachen Geometrie sowie mit besonders wenig Material bereitgestellt werden.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stahlbeschichtung in Form eines Stahlbands an dem Grundkörper aufgebracht ist. Das bedeutet, dass die Stahlbeschichtung die Form eines Stahlstreifens aufweist, über welchen zwei Punkte des Grundkörpers miteinander verbunden sind. Hierbei liegt die Stahlbeschichtung über ihre gesamte Erstreckung flächig an dem Grundkörper an. Über die Stahlbeschichtung in Form des Stahlbands können die beiden über das Stahlband miteinander verbundenen Punkte des Grundkörpers in ihrer Position zueinander fixiert werden. Ein ungewünschtes Verschieben der Punkte des Grundkörpers relativ zueinander, beispielsweise aufgrund von Wärmeausdehnung, kann somit zumindest im Wesentlichen vermieden werden. Dieses Stahlband kann als Zug-/ Druckband wirken und somit zur Übertragung von Zug- und Druckkräften über den Grundkörper dienen. Hierdurch kann der Grundkörper mittels der Stahlbeschichtung besonders gut in seiner Form gehalten werden. Verzüge des Grundkörpers beispielsweise in Folge von Wärmeausdehnung können somit besonders geringgehalten werden.
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In diesem Zusammenhang kann es in einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Stahlband wenigstens zwei Lagersitze des Gehäuses, insbesondere Lagersitze jeweiliger Wellen, miteinander verbindet. Hierdurch können die Lagersitze der Wellen mittels des Stahlbands zueinander fixiert werden. Drehende Komponenten des elektrischen Antriebs können Verzügen aufgrund einer hohen Wärmedehnung von Aluminium ausgesetzt sein, was zu akustischen Auffälligkeiten im Betrieb führen kann. Durch die gezielte lokale Beschichtung des Aluminium umfassenden Grundkörpers und somit von Aluminium-Gehäusebauteilen mit der Stahlbeschichtung kann durch das Herstellen der direkten Verbindung zwischen den Lagersitzen, insbesondere an einem Deckel des Gehäuses, aufgrund einer geringeren Wärmedehnung von Stahl im Vergleich zu Aluminium die Dehnung des Grundkörpers gezielt gehemmt beziehungsweise gesteuert werden. Ein Radsatz in dem elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs ist über Lagerstellen an dem Gehäuse befestigt. Durch Temperatureinflüsse kann sich ohne Vorsehen der Stahlbeschichtung ein Abstand zwischen den Lagersitzen an dem Grundkörper verändern und damit sich der Abstand zwischen den Wellen, welche Zahnräder tragen, verändern, was zu Achsversatz und Achsschiefstellungen führen kann. Dieser Achsversatz beziehungsweise diese Achsschiefstellung kann negative Auswirkungen auf eine Akustik des Kraftfahrzeugs haben. Werden nun die Lagerstellen durch das Kaltgasspritzen mittels der aufgetragenen Stahlbänder verbunden, verringert sich der Wärmedehnungskoeffizient des Aluminium-Stahl-Hybrid-Bauteils, vorliegend des Gehäuses, im Gegensatz zu einem reinen Aluminiumgehäuse und somit ein Achsversatz sowie Achsschiefstellungen im Betrieb.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stahlbeschichtung einen Formschluss mit dem Grundkörper ausbildet. Insbesondere kann die Stahlbeschichtung aufgrund des Kaltgasspritzens den Formschluss mit dem Grundkörper ausbilden. Über den Formschluss ist die Stahlbeschichtung besonders sicher und fest an dem Grundkörper gehalten. Hierdurch wird eine besonders lange Lebensdauer des Gehäuses ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb, welcher wiederum ein Gehäuse, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse beschrieben worden ist, umfasst. Das Kraftfahrzeug kann aufgrund des besonders geringen Gewichts des Gehäuses mit einem besonders geringen Gewicht bereitgestellt werden, wobei das Gehäuse aufgrund der bereichsweisen Beschichtung mit der Stahlbeschichtung eine besonders hohe Lebensdauer aufweist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Bereitstellen eines Gehäuses für einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse beschrieben worden ist. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass an einem Grundkörper des Gehäuses, welcher Aluminium umfasst und dazu eingerichtet ist, eine Komponente des elektrischen Antriebs zu umschließen, eine Stahlbeschichtung bereichsweise mittels Kaltgasspritzen aufgebracht wird. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gehäuses sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein 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:
- 1 eine schematische Draufsicht einer Außenseite eines Gehäusedeckels eines Gehäuses für einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer elektrischen Maschine des elektrischen Antriebs, wobei der Gehäusedeckel einen Grundkörper aus Aluminium umfasst, welcher bereichsweise mit einer Stahlbeschichtung beschichtet ist;
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Außenseite des Gehäuses, wobei auf dem Grundkörper die Stahlbeschichtung aufgetragen ist; und
- 3 eine Draufsicht auf eine Innenseite des Gehäusedeckels gemäß 1 mit der auf dem Grundkörper aufgetragenen Stahlbeschichtung, über welche jeweilige Lagersitze des Gehäuses, insbesondere Lagersitze jeweiliger Wellen, miteinander verbunden sind.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 bis 3 sind jeweilige Gehäuseteile 12 eines Gehäuses 10 für einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für eine elektrische Maschine, dargestellt. Diese elektrische Maschine ist dazu eingerichtet, das Kraftfahrzeug anzutreiben. Durch Zusammensetzen jeweiliger Gehäuseteile 12 kann das Gehäuse 10 bereitgestellt werden.
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Die Gehäuseteile 12 umfassen jeweils einen aus Aluminium gebildeten Teilgrundkörper 14. Bei einem Verbinden der jeweiligen Gehäuseteile 12 bilden die jeweiligen Teilgrundkörper 14 der Gehäuseteile 12 gemeinsam einen Grundkörper des Gehäuses 10. Durch das Bereitstellen der jeweiligen Teilgrundkörper 14 aus Aluminium sind diese besonders gewichtsarm ausgebildet. Um in jeweiligen Bereichen der Gehäuseteile 12 eine besonders große Festigkeit der Gehäuseteile 12 zu erreichen, ist es vorgesehen, dass die Gehäuseteile 12 bereichsweise mit einer Stahlbeschichtung 16 versehen sind. Diese Stahlbeschichtung 16 ist insbesondere durch Kaltgasspritzen auf den jeweiligen Teilgrundkörper 14 aufgetragen. Durch das Kaltgasspritzen bildet die Stahlbeschichtung 16 einen Formschluss mit dem Teilgrundkörper 14 aus.
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Wie in den 1 bis 3 besonders gut erkannt werden kann, ist die Stahlbeschichtung 16 vorliegend in Form jeweiliger Stahlbänder auf den jeweiligen Teilgrundkörper 14 aufgebracht. Hierbei können die Stahlbänder jeweilige Lagersitze 18 der Gehäuseteile 12 miteinander verbinden. Diese Lagersitze 18 sind insbesondere dazu eingerichtet, jeweilige Wellen, insbesondere jeweilige Getriebewellen, zu tragen. Alternativ oder zusätzlich können jeweilige Rippen 20 des jeweiligen Teilgrundkörpers 14 mit der Stahlbeschichtung 16 versehen sein. Hierdurch kann eine besonders hohe Festigkeit der Rippen 20 erzielt werden. Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann die Stahlbeschichtung 16 an jeweiligen Fahrzeuganbindungspunkten des jeweiligen Teilgrundkörpers 14 angeordnet sein, wobei über die jeweiligen Fahrzeuganbindungspunkte der jeweilige Teilgrundkörper 14 an einer Stützstruktur des Kraftfahrzeugs befestigt werden kann.
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Um das Gehäuse 10 bereitzustellen können somit der Grundkörper des Gehäuses 10 beziehungsweise die jeweiligen Teilgrundkörper 14 der zu dem Gehäuse 10 zu fügenden Gehäuseteile 12 bereichsweise mittels Kaltgasspritzen mit der Stahlbeschichtung 16 versehen werden.
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Dem beschriebenen Gehäuse 10 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Gehäusebauteile in einem Elektromotor und somit die Gehäuseteile 12 der elektrischen Maschine hohen Belastungen ausgesetzt sein können, welchen eine verwendete Aluminiumlegierung oft lediglich durch hohen Materialeinsatz standhalten kann. Dies kann zu mehr Gewicht führen und erhöhten Materialkosten. Im Bereich einer Getriebelagerung am Getriebedeckel kann es aufgrund von hohen Belastungen zum Bruch kommen. Um dies zu vermeiden, ist es bei dem Gehäuse 10 vorgesehen, dass hochbelastete Bereiche an den Gehäuseteilen 12 mittels Kaltgasspritzen mit der Stahlbeschichtung 16 versehen sind, wodurch an diesen Stellen Materialeigenschaften des Gehäuses 10 deutlich verbessert werden können. Die Stahlbeschichtung 16 kann als Zug- / Druckband aufgebracht werden, welches dazu eingerichtet ist, Zug- und Druckkräfte zu übertragen, und einen Formschluss mit dem Teilgrundkörper 14 eingeht. Aufgrund der im Vergleich zu Aluminium besseren Materialeigenschaften von Stahl ist eine intelligente Gestaltung der Gehäuseteile 12 möglich, da lediglich an den Stellen eine Festigkeits- und Steifigkeitserhöhung durch Auftragen der Stahlbeschichtung 16 durchgeführt wird, wo diese Festigkeits- und Steifigkeitserhöhung benötigt wird.
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Fahrzeuganbindungspunkte am Gehäuse 10 des elektrischen Antriebs können mit massiven Rippen ausgeführt werden, um gesamte Kräfte von einem Antrieb an das Kraftfahrzeug zu übertragen. Mittels Kaltgasspritzen können Stirnseiten der jeweiligen Rippen 20 mit der Stahlbeschichtung 16 versehen werden, wodurch diese Rippen 20 versteift werden. Hierdurch lassen sich besonders hohe Kräfte über die Rippen 20 übertragen, wodurch wiederum die Rippen 20 besonders filigran ausgeführt werden können, wodurch das Gehäuse 10 besonders gewichtsarm ausgeführt werden kann.
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Das beschriebene Verfahren zum Bereitstellen des Gehäuses 10 ermöglicht eine Verstärkung hochbelasteter Rippen 20 im Gehäuse 10. Weiterhin kann eine Verstärkung von Aggregatelageranbindungen erfolgen oder eine Verbindung von jeweiligen Lagersitzen 18 mittels der Stahlbeschichtung 16 erfolgen. Durch Verschlankung und/oder Weglassen von Rippen 20 können Gewichtspotenziale des Gehäuses 10 ausgeschöpft werden. Weiterhin ermöglicht die Stahlbeschichtung 16 eine Hemmung einer Wärmedehnung von Aluminium in kritischen Bereichen des Gehäuses 10. Es können somit Toleranzen in einem dynamischen Temperaturumfeld eingehalten werden. Insbesondere kann ein Achsabstand jeweiliger über Lagersitze 18 gehaltener Wellen gehalten werden, wodurch eine Beeinflussung eines Zahneingriffs durch Wärmedehnung besonders gering gehalten werden kann. Eine Zugänglichkeit zum Aufbringen der Stahlbeschichtung 16 auf den jeweiligen Teilgrundkörper 14 der Gehäuseteile 12 ist im Normalfall problemlos gegeben. Weiterhin ist eine Nacharbeit der Stahlbeschichtung 16 nicht notwendig.
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Insgesamt zeigt die Erfindung, wie eine lokale Festigkeitserhöhung von Aluminium-Gehäusebauteilen im elektrischen Antrieb mittels Kaltgasspritzen erreicht werden kann, wodurch eine Hemmung beziehungsweise eine gezielte Steuerung einer Wärmedehnung der Gehäuseteile 12 erreicht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 12
- Gehäuseteil
- 14
- Teilgrundkörper
- 16
- Stahlbeschichtung
- 18
- Lagersitz
- 20
- Rippe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009010177 B4 [0002]
- DE 102012205754 A1 [0003]
