DE102021213284B3

DE102021213284B3 - Antriebsmodul für einen Antriebsstrangprüfstand, Antriebsstrangprüfstand und Verfahren zur Herstellung des Antriebsmoduls

Info

Publication number: DE102021213284B3
Application number: DE102021213284.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Hell
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2023-02-23
Anticipated expiration: 2041-11-26
Also published as: CN118119833A; WO2023094428A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul (10) für einen Antriebsstrangprüfstand, wobei das Antriebsmodul (10) einen Elektromotor (12) und ein Grundgestell (11) umfasst und wobei das Grundgestell (11) den Elektromotor (12) trägt. Das erfindungsgemäße Antriebsmodul (10) zeichnet sich dadurch aus, dass das Antriebsmodul (10) ein Gehäuse (13) des Elektromotors (12) entlang einer Umfangsrichtung des Gehäuses (12) auf 360° umlaufend einfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Antriebsstrangprüfstand sowie ein Verfahren zur Herstellung des Antriebsmoduls.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen entsprechenden Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge sowie ein Verfahren zur Herstellung des Antriebsmoduls.
Getriebeprüfstände bzw. Antriebsstrangprüfstände zum Prüfen von Kraftfahrzeuggetrieben bzw. von vollständigen Kraftfahrzeugantriebssträngen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Neben derartigen Prüfständen zum Prüfen von verbrennerkraftgetriebenen Antriebssträngen treten im Stand der Technik zunehmend häufig auch Prüfstände zum Prüfen von elektrischen Kraftfahrzeugantriebssträngen in Erscheinung, deren Aufbau sich in verschiedener Hinsicht von den Prüfständen für verbrennerkraftgetriebene Antriebsstränge unterscheidet. Insbesondere muss ein elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstrang beispielsweise für deutlich größere Eingangsdrehzahlen ausgelegt sein, was besondere Anforderungen an das Geräuschverhalten bei sehr hohen Drehzahlen und insbesondere die Schwingungsdämpfung stellt. Ein Antriebsstrangprüfstand für einen elektrischen Kraftfahrzeugantriebsstrang muss dementsprechend hohe Drehzahlen bereitstellen können und zudem eine Antriebseinheit aufweisen, die auch bei hohen und sehr hohen Drehzahlen nur minimale mechanische Schwingungen erzeugt bzw. in den Prüfling einleitet.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2016 224 138 A1 einen Elektromotor für eine Antriebseinheit eines elektrischen Antriebsstrangprüfstands, bei dem das Gehäuse über ein mechanisches vorderes Joch und ein mechanisches hinteres Joch abgestützt werden kann. Die Jocharme strecken sich vom oberen Bereich des Gehäuses ausgehend seitlich radial ab, so dass unterhalb und seitlich des Motors Freiräume bestehen, durch welche beispielsweise Abtriebswellen eines Prüflings am Elektromotor vorbeigeführt werden können. Das vordere Joch ist dabei einstückig mit einem vorderen Lagerschild des Elektromotors ausgebildet und das hintere Joch ist einstückig mit einem hinteren Lagerschild Elektromotors ausgebildet. Da somit die Lagerungen der Motorwelle sehr fest und steif mit der Aufhängung des Elektromotors verbunden sind, kann das Auftreten von Schwingungen weitgehend vermieden werden, insbesondere auch bei sehr hohen Motordrehzahlen, wie sie zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge erforderlich sind.
Aus der DE 10 2019 216 750 A1 ist ein Prüfstand mit einem Grundgestell bekannt, auf welchem ein Prüfstandsantrieb angeordnet ist. Eine Prüfwelle des Prüfstandsantriebs ist koaxial mit einer um die Drehachse drehbar gelagerten Lagerwelle einer Lagereinheit verbindbar. Die Lagereinheit ist ihrerseits in einer zur Drehachse koaxialen Ausnehmung eines mit dem Grundgestell fest verbundenen Lagergehäuses lösbar angeordnet. Die koaxiale Ausnehmung ist dabei eine zur Drehachse symmetrische und kegelabschnittförmige Ausnehmung.
Die DE 10 2018 216 382 A1 offenbart einen Prüfstand zum Testen eines Prüflings mit drehmomentübertragenden Komponenten eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs umfassend, einen Träger zum Aufnehmen eines Antriebsmotors und des Prüflings, ein Gestell, an dem der Träger vertikal verstellbar geführt ist, und eine Verstelleinheit zum vertikalen Verstellen des Trägers gegenüber dem Gestell. Das Gestell weist zwei Seitenwangen auf, die aus Mineralguss gefertigt sind.
Die bekannten Antriebsmodule für Antriebsstrangprüfstände sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass insbesondere bei zunehmend hohen Drehzahlen eine erhöhte Steifigkeit und Schwingungsdämpfungsfähigkeit des Antriebsmoduls wünschenswert ist, um die erforderlichen maschinendynamischen Eigenschaften gewährleisten zu können. Zudem ist eine einfache Austauschbarkeit des Elektromotors des Antriebsmoduls ohne zeit- und montageaufwendige Neuausrichtung wünschenswert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Antriebsmodul für einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Antriebsmodul für einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für einen Antriebsstrangprüfstand, wobei das Antriebsmodul einen Elektromotor und ein Grundgestell umfasst und wobei das Grundgestell den Elektromotor trägt. Das erfindungsgemäße Antriebsmodul zeichnet sich dadurch aus, dass das Antriebsmodul ein Gehäuse des Elektromotors entlang einer Umfangsrichtung des Gehäuses auf 360° umlaufend einfasst
Die Erfindung beschreibt also ein Antriebsmodul für einen Antriebsstrangprüfstand, wobei der Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen von Kraftfahrzeugantriebssträngen, insbesondere von elektrischen Kraftfahrzeugantriebssträngen, ausgebildet ist. Der zu prüfende Prüfling ist somit bevorzugt ein elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstrang. Elektrische Kraftfahrzeugantriebsstränge unterscheiden sich von konventionell angetriebenen Kraftfahrzeugantriebssträngen insbesondere durch die sehr viel höhere Eingangsdrehzahl, welche wiederum vergleichsweise höhere Anforderungen an die Schwingungsdämpfung bzw. Steifigkeit des Kraftfahrzeugantriebsstrangs sowie an das Geräuschverhalten des Kraftfahrzeugantriebsstrangs stellt.
Der Antriebsstrangprüfstand umfasst neben dem Antriebsmodul bevorzugt auch eine Halterung zum Halten des Prüflings sowie ggf. ein oder mehrere Abtriebsmodule, welche eine einstellbare Belastung des Prüflings gegenüber dem Antriebsmodul erzeugen können.
Das Antriebsmodul umfasst seinerseits einen Elektromotor, wobei der Elektromotor den Prüfling mit einer Eingangsdrehzahl und einem Eingangsdrehmoment nach Maßgabe einer Ansteuerung des Elektromotors beaufschlagen kann.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Elektromotor dazu ausgebildet ist, Drehzahlen von bis zu 25000 U/min, besonders bevorzugt von bis zu 30000 U/min und ganz besonders bevorzugt von bis zu 35000 U/min zu erreichen. Derartige Drehzahlen entsprechen den Drehzahlen, die im Betrieb eines elektrischen Kraftfahrzeugantriebs von dessen elektrischem Antrieb, also von dessen Elektromotor, aktuell oder zukünftig erzeugt werden. Somit wird eine realitätsnahe Prüfung des elektrischen Kraftfahrzeugantriebs ermöglicht.
Weiterhin umfasst das Antriebsmodul ein Grundgestell, welches den Elektromotor trägt, d.h., der Elektromotor ist am oder im Grundgestell angeordnet.
Dazu weist das Antriebsmodul bzw. das Grundgestell vorteilhaft eine Motoraufnahme auf, welche der in der Regel zylindrischen Form des Gehäuses kongruent entspricht. D.h. bei einem zylinderförmigen Gehäuse des Elektromotors ist die Motoraufnahme als zylinderförmige Öffnung ausgebildet, welche hinsichtlich ihrer Länge und ihres Durchmessers dem Gehäuse entspricht.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Elektromotor über seinen vollen Umfang von 360 ° spielfrei im Grundgestell angeordnet werden kann und mit der Motoraufnahme im Grundgestell in Anlage gebracht werden kann. Dementsprechend ergeben sich eine hohe Steifigkeit und eine maschinendynamisch sehr robuste Anbindung an das Grundgestell, so dass das Antriebsmodul eine vergleichsweise sehr hohe Strukturresonanzfrequenz aufweist, wodurch wiederum das Auftreten von mechanischen Schwingungen wirksam verhindert werden kann.
Obwohl es erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Grundgestell über die Motoraufnahme das Gehäuse entlang dessen vollen Umfangs, also über 360°, einfasst, muss die Motoraufnahme nicht gleichzeitig zwingend auch über die volle axiale Länge des Gehäuses in Anlage mit dem Gehäuse stehen. Vielmehr ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die Motoraufnahme lediglich im Bereich einer vorderen Lagerung der Motorwelle und im Bereich einer hinteren Lagerung der Motorwelle über den vollen Umfang an das Gehäuse anliegt. Da üblicherweise im Bereich der Lagerungen der Motorwelle die Schwingungen der Motorwelle auf das Gehäuse übertragen werden, können sie durch die erfindungsgemäße steife Anbindung an genau diesen Stellen auch besonders wirkungsvoll reduziert werden. Zudem wird die Herstellung der Motoraufahme vereinfacht, wenn sie nur in zwei Axialbereichen an das Gehäuse anliegt, da die Motoraufnahme in allen Bereichen, in denen sie mit dem Gehäuse in Anlage steht, besonders toleranzarm gearbeitet sein muss.
Das vordere Lagerschild des Gehäuses hält vorteilhaft eine vordere Lagerung der Motorwelle und das hintere Lagerschild des Gehäuses hält vorteilhaft eine hintere Lagerung der Motorwelle. Somit stützt sich die Motorwelle also über die vordere bzw. hintere Lagerung am vorderen bzw. hinteren Lagerschild ab.
In der Motoraufnahme kann der Elektromotor gegen ein Verdrehen gesichert werden, indem er beispielsweise entweder reibschlüssig an die Motoraufnahme anliegt oder indem beispielsweise eine Längsnut vorgesehen ist, in welche der Elektromotor formschlüssig eingreifen kann und sich somit radial abstützen kann.
Bevorzugt ist auch ein Anschlag in der Motoraufnahme vorgesehen, welcher eine axiale Position des Elektromotors in der Motoraufnahme begrenzt bzw. fixiert.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Antriebsmodul durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine erste Eigenfrequenz oberhalb der ersten Drehordnung des Elektromotors aufweist. Bei einer Motordrehzahl von 30.000 U/min liegt die Eigenfrequenz des Antriebsmoduls somit oberhalb von ca. 500 Hz. Dies hat sich zur Prüfung von hochdrehenden elektrischen Kraftfahrzeugantriebssträngen als besonders geeignet erwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Gehäuse eine konische Form aufweist und das Grundgestell eine konische Motoraufnahme aufweist, über welche der Elektromotor im Grundgestell anordbar ist.
Unter einem konischen Gehäuse wird im Sinne der Erfindung nicht verstanden, dass das Gehäuse zwangsläufig geometrisch einen vollständigen Kegel darstellt, sondern vielmehr, dass das Gehäuse zumindest einen axialen Kegelabschnitt darstellt, dessen Kegelspitze in der Regel fehlt.
Beispielsweise besteht das Gehäuse aus einem Mantelkörper, der einem Kegelabschnitt geometrisch entspricht. Anstelle einer Kegelspitze weist das Gehäuse jedoch ein vorderes Lagerschild auf, dessen Durchmesser geringer ist als der Durchmesser des hinteren Lagerschilds.
Das bedeutet also, dass das Gehäuse des Elektromotors vorteilhaft von der für Elektromotoren üblichen Zylinderform abweicht, indem es ein erstes Lagerschild mit einem geringeren Durchmesser und ein zweites Lagerschild mit einem größeren Durchmesser aufweist.
Das Grundgestell weist in diesem Fall bevorzugt eine der konischen Form des Gehäuses kongruent entsprechende Motoraufnahme auf. Beispielsweise kann der Elektromotor mit seinem ersten axialen Ende, welches den geringeren Durchmesser aufweist, über das axiale Ende der Motoraufnahme, welches den größeren Durchmesser aufweist, bis zum Anschlag in die Motoraufnahme eingeschoben werden und dort fixiert werden.
Der Anschlag kann in diesem Fall vorteilhaft dadurch erzeugt werden, dass das Gehäuse des Elektromotors mit der Innenseite der Motoraufnahme in Anlage kommt. Aufgrund des mit der axialen Länge zunehmenden Durchmessers des Gehäuses ist dann ein weiteres Einschieben des Elektromotors in die Motoraufnahme nicht möglich.
Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass durch die konische Gehäuseform, welche mit der konischen Motoraufnahme in Anlage gebracht werden kann, eine sehr hohe Positionsgenauigkeit des Elektromotors sowie entsprechend einer Welle des Elektromotors erzielt werden kann. Insbesondere entfällt dadurch eine aufwändige Ausrichtung des Elektromotors in der Motoraufnahme über sog. Einschleifleisten, wie es im Stand der Technik bei gattungsgemäßen Antriebsmodulen insbesondere mit Fußanbindung üblich ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Motoraufnahme als Bohrung ausgebildet ist. Die Ausbildungsform als Bohrung ermöglicht einerseits eine einfache Herstellbarkeit der Motoraufnahme sowie andererseits eine sehr präzise Fertigung. Eine präzise Fertigung ist vorteilhaft erforderlich, weil der Elektromotor in der Motoraufnahme ohne zusätzlichen Aufwand nur schwer auszurichten ist. Jede Abweichung von der optimalen Ausrichtung des Elektromotors bzw. der Motorwelle des Elektromotors vom Prüfling führt zur Entstehung von Schwingungen, da derartige Abweichungen - auch wenn sie noch so gering sind - über Ausgleichskupplungen ausgeglichen werden müssen, welche wiederum abhängig von ihrer Auslenkung Rückstellkräfte erzeugen, die in Folge zum Auftreten von Schwingungen führen können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Kegelwinkel der Motoraufnahme sowie des Gehäuses jeweils zwischen 1° und 5° beträgt. Vorzugsweise beträgt der Kegelwinkel zwischen 1° und 3°, insbesondere 2°. Dadurch erfolgt nicht nur eine exakte koaxiale Ausrichtung des Elektromotors in der Motoraufnahme, sondern auch eine gute Krafteinleitung der Lagerkräfte in die Motoraufnahme.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Außenseite des Gehäuses an eine Innenseite der Motoraufnahme anliegt. Indem die Außenseite des Gehäuses des Elektromotors, d.h. insbesondere die vollständige Mantelfläche des Gehäuses, an die Innenseite der Motoraufnahme anliegt, besteht eine maximale Anlagefläche zwischen dem Elektromotor und dem Grundgestell und damit eine maximale Steifigkeit der Anbindung. Somit kann das Auftreten von Schwingungenweitestgehend optimal vermieden werden.
Da bei gleicher axialer Länge eine konische Gehäuseform zudem eine größere Mantelfläche besitzt als eine zylindrische Gehäuseform, kann der Elektromotor in diesem Fall über eine vergleichsweise größere Anlagefläche in Kontakt mit dem Grundgestell stehen, was die Steifigkeit der Anbindung des Elektromotors an das Grundgestell weiter verbessert.
Gemäß einer alternativ bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Motoraufnahme mindestens zwei Lagerringe umfasst, über welche der Elektromotor im Grundgestell anordbar ist. In diesem Fall kommt der Elektromotor also nicht vollflächig über die Mantelfläche seines Gehäuses in Anlage mit dem Grundgestell, sondern die Kontaktflächen beschränken sich auf diejenigen Bereiche des Gehäuses, welche mit den mindestens zwei Lagerringen in Kontakt stehen. Somit ist zwar die Steifigkeit der Anbindung gegenüber einer vollflächigen Anlage der Mantelfläche am Grundgestell reduziert, jedoch kann über die Lagerringe auf einfache Weise eine vergleichsweise präzisere Ausrichtung des Elektromotors insbesondere im Hinblick auf eine mit der Motorwelle zu koppelnde Abtriebswelle erzielt werden. Die Ausrichtung und feste Anordnung der Lagerringe ist dabei in der Regel einfacher als die präzise Anbringung einer Bohrung als Motoraufnahme.
Vorteilhaft ist bei einer konischen Ausbildung des Gehäuses des Elektromotors jeweils eine innere Anlagefläche der Lagerringe, welche mit dem Gehäuse in Kontakt bringbar ist, als Kegelabschnittsfläche ausgebildet, so dass die inneren Anlageflächen jeweils vollständig an das Gehäuse anliegen, wenn der Elektromotor in der Motoraufnahme aufgenommen ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die mindesten zwei Lagerringe dazu ausgebildet sind, eine Messung einer Kraft und/oder eines Drehmoments zu ermöglichen, welches zwischen dem Gehäuse und der Motoraufnahme wirkt. Da die Lagerringe bevorzugt den Elektromotor halten, insbesondere radial einfassen, kann somit vergleichsweise genau und ohne zusätzlichen Bauraumbedarf ein am Gehäuse des Elektromotors wirkendes Drehmoment bzw. eine am Gehäuse des Elektromotors wirkende Kraft erfasst werden. Da das am Gehäuse wirkende Drehmoment identisch zum über die Motorwelle abgegebenen Drehmoment ist, kann somit das vom Elektromotor an den Antriebsstrangprüfstand abgegebene Drehmoment weitestgehend exakt ermittelt werden. Gegenüber üblicherweise im Antriebsstrang angeordneten Messflanschen zum Messen des Drehmoments ergibt sich der Vorteil, dass im Antriebsstrang kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Zudem wird durch den Verzicht auf den Messflansch auch keine zusätzliche Masse in den Antriebsstrang eingebracht, welche auch bei einer nur minimalen Unwucht bereits zum Auftreten von Schwingungen führen würde.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Gehäuse an seinem axialen Ende größeren Durchmessers über einen Klemmring in der Motoraufnahme gehalten ist. Der Klemmring kann dabei z.B. die Motoraufnahme hinter dem in die Motoraufnahme eingeschobenen Elektromotor axial verschließen, so dass der Elektromotor axial fixiert ist. Bevorzugt weist der Klemmring mindestens ein Abdrückgewinde auf, über welches der Klemmring auf einfache Weise wieder aus der Motoraufnahme entnommen werde kann. Über das mindestens eine Abdrückgewinde kann beispielsweise eine Abdrückvorrichtung auf einer Vorderseite in den Klemmring eingeschraubt werden, bis sie auf einer Rückseite aus dem Klemmring herausragt und den Klemmring somit aus der Motoraufnahme stemmt.
Der Klemmring kann z.B. reibschlüssig an das Gehäuse des Elektromotors anliegen oder z.B. über eine Formschlussverbindung drehfest mit dem Gehäuse verbunden sein, so dass der Elektromotor gleichermaßen axial wie radial vom Klemmring fixiert ist. Insbesondere bei einer Formschlussverbindung, beispielsweise über eine Schraubengewinde, kann zudem der Elektromotor über das Abdrückgewinde des Klemmrings gemeinsam mit dem Klemmring aus der Motoraufnahme entnommen werden.
Weiterhin bevorzugt kann der Klemmring auch reibschlüssig mit der Motoraufnahme oder z.B. über eine Formschlussverbindung axialfest bzw. drehfest mit der Motoraufnahme verbunden sein, so dass der Klemmring insbesondere auch vom Elektromotor auf den Klemmring wirkende Drehmomente an der Motoraufnahme abstützen kann.
Besonders bevorzugt können der Klemmring und das Gehäuse des Elektromotors auch einstückig ausgebildet sein. In diesem Fall kann es ggf. erforderlich sein, den Elektromotor über Einschleifleisten bzw. Einschleifringe in der Motoraufnahme auszurichten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Grundgestell als schwingungsdämpfender Körper ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Grundgestell ganz oder teilweise aus mineralischem Beton, Polymerbeton oder einem ähnlichen, schwingungsdämpfenden Material bestehen.
Bevorzugt weist das Grundgestell zudem ein metallisches Skelett auf, welches von dem schwingungsdämpfenden Material umgeben ist, insbesondere vergossen ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Antriebsmodul weiterhin eine Vorrichtung zur Zuleitung von elektrischer Leistung umfasst. Eine derartige Vorrichtung kann insbesondere ein sog. Klemmenkasten sein, welcher üblicherweise auf oder an dem Antriebsmodul montierbar ist. Die Vorrichtung nimmt dabei die zur elektrischen Versorgung des Elektromotors sowie die zur Ansteuerung des Elektromotors benötigten externen Leitungen auf und führt die elektrische Leistung sowie die Signale zur Ansteuerung des Elektromotors - ggf. in gewandelter Form - an den Elektromotor weiter.
Weiterhin kann die Vorrichtung Leistungselektronikelemente in ihrem Inneren umfassen. Bei den Leistungselektronikelementen kann es sich beispielsweise um leistungsfähige Halbleiterschaltelemente handeln, die gemeinsam einen Inverter zur Ansteuerung des Elektromotors bilden. Insbesondere kann somit beispielsweise ein einphasig zugeführter elektrischer Wechselstrom oder ein zugeführter elektrischer Gleichstrom in einen dreiphasigen elektrischen Strom für den Elektromotor gewandelt werden.
Die elektrischen Zuleitungen werden dem Elektromotor also nicht unmittelbar zugeführt sondern vielmehr über die Vorrichtung zugeführt. Die Vorrichtung umfasst dazu in ihrem Inneren vorteilhaft eine Reihe von elektrischen Kontakten, die sog. Klemmleisten, über welche die einzelnen Spulen des Elektromotors bestromt werden können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Grundgestell einen von einer Öffnung der Motoraufnahme ausgehend und längs der Motoraufnahme verlaufenden Schlitz aufweist, welcher die Motoraufnahme zu einer Außenseite des Grundgestells hin öffnet. Dieser Schlitz ermöglicht es vorteilhaft, dass eine elektrische Kontaktierung des Elektromotors, welche bevorzugt in Form von metallischen Bolzen, insbesondere drei metallischen Bolzen, ausgebildet ist, von außerhalb des Grundgestells durch den Schlitz zugänglich ist. Jeder Bolzen ist dabei einer Spule des Elektromotors zugeordnet.
Bevorzugt ist der Schlitz an einer Oberseite des Grundgestells angebracht und öffnet somit die Motoraufnahme entsprechend nach oben. Wenn der Elektromotor also in die Motoraufnahme eingeführt wird, kann er mit den drei Bolzen nach oben ausgerichtet sein. Die Bolzen ragen dann zumindest in den Schlitz hinein bzw. je nach ihrer Länge auch oben aus dem Schlitz heraus. In jedem Fall sind die Bolzen aber zur elektrischen Kontaktierung durch den Schlitz zugänglich.
Durch das Vorsehen des Schlitzes wird die Struktur des Grundgestells und damit dessen Steifigkeit und Fähigkeit zur Schwingungsdämpfung nur minimal beeinträchtigt.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung auf einer Oberseite des Grundgestells angeordnet ist. Somit ist die Vorrichtung vergleichsweise nahe am Elektromotor angeordnet und kann insbesondere direkt die drei Bolzen, welche bevorzugt die elektrischen Kontakte des Elektromotors darstellen, durch den Schlitz kontaktieren.
Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung mittels einer Vielzahl von Schraubverbindungen oder Klemmverbindungen auf der Oberseite befestigt. Beide Möglichkeiten erlauben eine vergleichsweise steife Befestigung.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass benachbart zur Öffnung der Motoraufnahme eine Versteifungsstrebe am Grundgestell angeordnet ist. Die Versteifungsstrebe ist insbesondere quer zum Schlitz angeordnet und verbindet gegenüberliegende Seiten des Schlitzes im Bereich der Öffnung der Motoraufnahme. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass gerade im Bereich Schlitzes, welcher prinzipiell eine Reduzierung der Steifigkeit bewirkt, über die Versteifungstrebe dennoch eine hohe Steifigkeit gewährleistet werden kann.
Die Steifigkeit des Antriebsmoduls kann durch die Versteifungsstrebe vorteilhaft soweit erhalten bzw. sogar erhöht werden, dass vom Elektromotor erzeugte Schwingungen keine Eigenfrequenz des Antriebsmoduls treffen, also insbesondere keine Resonanzeffekte auftreten. Somit gelingt es vorteilhaft, die maschinendynamisch eigentlich negativen Auswirkungen des Schlitzes durch das Vorsehen der Versteifungsstrebe mindestens auszugleichen.
Die Versteifungsstrebe besteht bevorzugt aus massivem Stahl oder aus mineralischem Beton oder Polymerbeton.
Vorteilhaft können auch direkt in oder an der Vorrichtung zur Zuleitung von elektrischer Leistung bzw. im oder am Klemmenkasten eine oder mehrere Versteifungsstreben vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Antriebsmodul weiterhin eine Abtriebswelle umfasst, welche koaxial zu einer Motorwelle des Elektromotors gelagert ist und über ihr erstes Axialende drehfest mit der Motorwelle koppelbar ist und über ihr zweites Axialende drehfest mit einem Prüfling koppelbar ist. Die Abtriebswelle kann dabei vorteilhaft über jeweils eine Flanschverbindung mit der Motorwelle des Elektromotors und mit dem Prüfling gekoppelt werden. Alternativ bevorzugt kann die Abtriebswelle auch über eine Ausgleichskupplung mit der Motorwelle bzw. mit dem Prüfling gekoppelt werden, wobei die Ausgleichskupplung das Ausgleichen von geringfügigen radialen Versätzen zwischen der Abtriebswelle und der Motorwelle bzw. zwischen der Abtriebswelle und dem Prüfling ermöglicht.
Vorteilhaft ist die Abtriebswelle über einen weiten Teil ihrer axialen Länge radial gelagert und somit eingefasst, um so eine möglichst hohe Steifigkeit im Bereich der Abtriebswelle zu gewährleisten.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge, umfassend ein erfindungsgemäßes Antriebsmodul.
Somit ergeben sich die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit genannten Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Antriebsstrangprüfstand.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Antriebsmoduls für einen Antriebsstrangprüfstand. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Schritt ein metallisches Skelett des Grundgestells hergestellt wird und in einem zweiten Schritt das metallische Skelett mit einem Mineralguss vergossen wird. Das metallische Skelett gibt dabei bereits zumindest in Grundzügen bereits die endgültige Form des Grundgestells vor. Zudem trägt es den Mineralguss, mit dem das Skelett im zweiten Schritt vergossen wird. Der Mineralguss weist eine vergleichsweise hohe Schwingungsdämpfungsfähigkeit auf und ist besonders steif. Durch die hohe Steifigkeit des Mineralgusses können auch die elastischen und somit schwingungstechnisch nachteiligen Eigenschaften des metallischen Skeletts ausgeglichen werden.
Somit kann auf sehr einfache und kostengünstige Weise ein hochsteifes Grundgestell für das erfindungsgemäße Antriebsmodul hergestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass während des zweiten Schritts eine Motoraufnahme im Grundgestell erzeugt wird, indem ein Platzhalter, welcher einer äußeren Form eines Gehäuses eines Elektromotors des Antriebsmoduls entspricht, im Mineralguss positioniert wird. Der Platzhalter kann dabei zylinderförmig oder kegelförmig sein, je nachdem für welche Gehäuseform die Motoraufnahme ausgebildet sein soll. Der Platzhalter kann beispielsweise vor dem Vergießen zum metallischen Skelett ausgerichtet und positioniert werden. Dies stellt eine ebenso einfache wie schnelle und kostengünstige Möglichkeit zur präzisen Herstellung der Motoraufnahme dar. Ein vergleichsweise aufwändiger Herstellprozess der Motoraufnahme, beispielsweise durch Bohren, entfällt somit vorteilhaft.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Mineralguss schrumpffrei ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Motoraufnahme während des Aushärtens des Mineralgusses in der ursprünglich durch den Platzhalter definierten Form bleibt. Weder entstehen mechanische Spannungen zwischen der Motoraufnahme und dem Platzhalter noch verengt sich die Motoraufnahme während des Aushärtens.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:

1 beispielhaft und schematisch in zwei unterschiedlichen Ansichten eine im Stand der Technik bekannte Ausführungsform eines Antriebsmoduls,
2 beispielhaft und schematisch ein erfindungsgemäßes Antriebsmodul,
3 beispielhaft und schematisch einen ausschnittweisen Schnitt durch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsmoduls und
4 beispielhaft und schematisch einen ausschnittweisen Schnitt durch eine weitere mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsmoduls.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
1a und 1b zeigen beispielhaft und schematisch in zwei unterschiedlichen Ansichten eine im Stand der Technik bekannte Ausführungsform eines Antriebsmoduls 10 für einen in 1 nicht dargestellten Antriebsstrangprüfstand, der zum Prüfen eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs geeignet ist. Das Antriebsmodul 10 umfasst ein Grundgestell 11 und einen Elektromotor 12 mit einem Gehäuse 13, welcher auf dem Grundgestell 11 angeordnet ist und vom Grundgestell 11 getragen wird. Weiterhin umfasst das bekannte Antriebsmodul 10 eine Abtriebswelle 14, welche mit einer nicht dargestellten Motorwelle des Elektromotors 12 trieblich verbunden ist und von einer Abdeckung 15 eingehaust ist. Auf dem Elektromotor 12 ist ein Klemmenkasten 16 angeordnet. Wie zu sehen ist, liegt das Gehäuse 13 des Elektromotors 12 nur mit einer Seite auf dem Grundgestell 11 auf. Dementsprechend neigt der Elektromotor 12 im Betrieb des bekannten Antriebsmoduls 10 zum Schwingen.
2 zeigt beispielhaft und schematisch ein erfindungsgemäßes Antriebsmodul 10, umfassend einen Elektromotor 12, ein Grundgestell 11, einen Klemmenkasten 16 sowie eine in 2 durch eine Außenhülle des Grundgestells 11 verborgene Abtriebswelle 14.
Wie zu sehen ist, ist der Elektromotor 12 vollständig vom Grundgestell 11 eingefasst, so dass nur ein hinteres Lagerschild 13' des Elektromotors 12 zu sehen ist. Ein Gehäuse 13 des Elektromotors 12 weist dabei eine konische Gehäuseform auf und ist vollkommen innerhalb einer ebenfalls konischen Motoraufnahme 18 des Grundgestelles 11 angeordnet. Durch dieses vollständige Einfassen auf 360° in Umfangsrichtung ergibt sich gegenüber den bekannten Antriebsmodulen 10 somit der Vorteil, dass die Anbindung des Elektromotors 12 an das Grundgestell 11 vergleichsweise steifer und fester ist, wodurch sich maschinendynamische Vorteile ergeben.
Das Grundgestell 11 besteht beispielsgemäß aus einem metallischen Skelett, dass mit mineralischem Beton vergossen ist.
3 zeigt beispielhaft und schematisch einen ausschnittweisen Schnitt durch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsmoduls 10. Wie zu sehen ist, weist das Gehäuse 13 des Elektromotors 12 eine konische Form auf und ist über seine gesamte Mantelfläche in Anlage mit einer Innenfläche der Motoraufnahme 18, welche beispielsgemäß während eines Gussvorgangs erzeugt wurde. Der Kegelwinkel der Motoaufnahme 18 sowie der Gehäuses 13 beträgt beispielsgemäß jeweils 3°. Lediglich im Bereich des Schlitzes 17 steht die Mantelfläche des Gehäuses 13 nicht in Anlage mit der Motoraufnahme 18, da hier Bolzen 22, 23 und 24 des Elektromotors 12 für die Ansteuerung des Elektromotors 12 bzw. für die Versorgung mit elektrischer Leistung des Elektromotors 12 durch den Klemmenkasten 16 kontaktierbar sind. Die Bolzen 22, 23 und 24 stellen die elektrische Kontaktierung des Elektromotors 12 dar. Um die Steifigkeit des Grundgestells insbesondere im Bereich des Schlitzes 17 zu vergrößern, ist unmittelbar benachbart zum Schlitz 17 und neben dem Klemmenkasten 16 eine Versteifungsstrebe 25 angeordnet, die beispielsgemäß aus Stahl besteht und massiv ausgebildet ist. Die Versteifungsstrebe 25 ist mit dem Grundgestell 11 verschraubt.
Weiterhin zu sehen ist ein Klemmring 19, welcher den Elektromotor 12 axial in der Motoraufnahme 18 sichert. An dem dem Klemmring 19 gegenüberliegenden axialen Ende des Elektromotors 12 ist die Motorwelle 20 über einen Messflansch 21 mit der Abtriebswelle 14 gekoppelt.
4 zeigt beispielhaft und schematisch einen ausschnittweisen Schnitt durch eine weitere mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsmoduls 10. Das Antriebsmodul 10 der 4 unterscheidet sich vom Antriebsmodul 10 der 3 durch die Ausgestaltung der Motoraufnahme 18. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 umfasst die Motoraufnahme 18 nämlich zwei Lagerringe 18` , welche den Elektromotor 12 halten und lagern. Die Lagerringe 18' fassen das Gehäuse 13 des Elektromotors 12 somit entlang einer Umfangsrichtung des Gehäuses 13 auf 360° umlaufend ein. Somit steht das Gehäuse 13 des Elektromotors 12 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 also nur über die Lagerringe 18' indirekt in Kontakt mit der Motoraufnahme 18. Wie zu sehen ist, sind die Lagerringe 18' im Bereich der Lagerungen der Motorwelle 20 im Elektromotor 12 angeordnet. Da im Betrieb des Elektromotors 12 auftretende Schwingungen vor allem an den Lagerungen entstehen, kann durch das Vorsehen der Lagerringe 18' im Bereich der Lagerungen die Steifigkeit lokal erhöht werden, was in Folge dem Auftreten von Schwingungen entgegenwirkt. Somit kann auch gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 ein besonders steifes und schwingungsarmes Antriebsmodul 10 zur Verfügung gestellt werden.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsmodul
11: Grundgestell
12: Elektromotor
13: Gehäuse
13': Lagerschild
14: Abtriebswelle
15: Abdeckung
16: Vorrichtung zur Zuleitung von elektrischer Leistung, Klemmenkasten
17: Schlitz
18: Motoraufnahme
18': Lagerring
19: Klemmring
20: Motorwelle
21: Messflansch
22, 23, 24: Bolzen, elektrische Kontaktierung des Elektromotors
25: Versteifungsstrebe

Claims

Antriebsmodul (10) für einen Antriebsstrangprüfstand, wobei das Antriebsmodul (10) einen Elektromotor (12) und ein Grundgestell (11) umfasst und wobei das Grundgestell (11) den Elektromotor (12) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmodul (10) ein Gehäuse (13) des Elektromotors (12) entlang einer Umfangsrichtung des Gehäuses (12) auf 360° umlaufend einfasst.
Antriebsmodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (13) eine konische Form aufweist und das Grundgestell (11) eine konische Motoraufnahme (18) aufweist, über welche der Elektromotor (12) im Grundgestell (11) anordbar ist.
Antriebsmodul (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kegelwinkel der Motoraufnahme (18) zwischen 1 ° und 5° beträgt.
Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoraufnahme (18) als Bohrung ausgebildet ist.
Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenseite des Gehäuses (13) an eine Innenseite der Motoraufnahme (18) anliegt.
Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoraufnahme (18) mindestens zwei Lagerringe (18', 18") umfasst, über welche der Elektromotor (12) im Grundgestell (11) anordbar ist.
Antriebsmodul (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Lagerringe (18', 18") dazu ausgebildet sind, eine Messung einer Kraft und/oder eines Drehmoments zu ermöglichen, welches zwischen dem Gehäuse (13) und der Motoraufnahme (18) wirkt.
Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (13) an einem Ende größeren Durchmessers über einen Klemmring (25) in der Motoraufnahme (18) gehalten ist.
Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgestell (11) als schwingungsdämpfender Körper ausgebildet ist.
Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmodul (10) weiterhin eine Vorrichtung (16) zur Zuleitung von elektrischer Leistung umfasst.
Antriebsmodul (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgestell (11) einen von einer Öffnung der Motoraufnahme ausgehend und längs der Motoraufnahme (18) verlaufenden Schlitz (17) aufweist, welcher die Motoraufnahme zu einer Außenseite des Grundgestells hin öffnet.
Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (16) auf einer Oberseite des Grundgestells (11) angeordnet ist.
Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zur Öffnung der Motoraufnahme (18) eine Versteifungsstrebe (25) am Grundgestell (11) angeordnet ist.
Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmodul (10) weiterhin eine Abtriebswelle (14) umfasst, welche koaxial zu einer Motorwelle (20) des Elektromotors (12) gelagert ist und über ihr erstes Axialende drehfest mit der Motorwelle (20) koppelbar ist und über ihr zweites Axialende drehfest mit einem Prüfling koppelbar ist.
Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge, umfassend mindestens ein Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verfahren zur Herstellung eines Antriebsmoduls (10) für einen Antriebsstrangprüfstand nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt ein metallisches Skelett des Grundgestells (11) hergestellt wird und in einem zweiten Schritt das metallische Skelett mit einem Mineralguss vergossen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass während des zweiten Schritts eine Motoraufnahme (18) im Grundgestell (11) erzeugt wird, indem ein Platzhalter, welcher einer äußeren Form eines Gehäuses (13) eines Elektromotors (12) des Antriebsmoduls (10) entspricht, im Mineralguss positioniert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralguss schrumpffrei ist.