DE19845019A1 - Aufhängung für eine Drehmoment erzeugende oder übertragende Baugruppe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Aufhängung für eine Drehmoment erzeugende, aufnehmende und/oder übertragende Baugruppe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor, wobei die Baugruppe 10 Materialien aufweist, die einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben als das Material des Motorblocks des Verbrennungsmotors 12, und ein erstes, sich nicht drehendes Teil 18, 22 der Baugruppe 10 mit dem Motorblock verbunden ist und ein zweites, sich drehendes Teil 16 der Baugruppe 10 mit einer aus dem Motorblock ragenden Abtriebswelle 14 verbunden ist, und wobei das erste und das zweite Teil 18, 22; 16 die Abtriebswelle 14 zumindest teilweise umgebend ausgestaltet sind, und wobei das erste, sich nicht drehende Teil 18, 22 der Baugruppe 10 durch ein Koppelelement 40 im wesentlichen drehfest und in radialer Richtung nachgiebig mit dem Motorblock des Verbrennungsmotors 12 verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufhängung für eine Drehmoment erzeugende oder übertragende Baugruppe im An­ triebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Aufhängung eines Elektromotors zwischen dem Motorblock eines Verbrennungsmotors und dem Getriebege­ häuse eines nachgeordneten Schalt- oder Automatikgetriebes. Dabei dient der Elektromotor wahlweise als Anlasser des Verbrennungsmotors, als Ladegenerator für die Autobatterie, als Drehschwingungstilger des Verbrennungsmotors oder bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor als elektrischer Antrieb. Dieses Konzept ist in unterschiedlicher Gewichtung der ein­ zelnen Aspekte einer Reihe von Patentanmeldungen (zum Bei­ spiel DE 33 06 481, DE 44 06 482, DE 44 47 573, DE 44 47 574, DE 195 32 135, DE 195 32 128, DE 195 32 136, DE 195 32 163, DE 195 49 259, DE 195 32 164, DE 32 129 der Clouth Gummiwerke AG, Köln, Deutschland) erläutert.

Dabei ist die Antriebsanordnung in der Regel so gestaltet, daß der Verbrennungsmotor und der Elektromotor auf eine ge­ meinsame, zu einem Schalt- oder Automatikgetriebe führende Abtriebswelle wirken.

Zu erheblichen Problemen führt hierbei jedoch der Umstand, daß bei modernen Fahrzeugen sowohl das Gehäuse des Getrie­ bes als auch der Motorblock des Verbrennungsmotors aus Alu­ miniumlegierungen besteht, während Elektromotoren (insbe­ sondere der Stator) einen sehr hohen Eisenanteil aufweisen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium ist etwa dop­ pelt so groß wie der von Eisen. Zwischen dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor treten je nach Betriebsart der jeweiligen Komponenten überdies erhebliche Temperaturdiffe­ renzen auf. Auch die Temperaturschwankungen, denen ein sol­ ches Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges aufgrund der Betriebserwärmung und der Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, reichen von etwa -50°C bis etwa +200°C.

Im Stand der Technik sind Anordnungen bekannt (siehe zum Beispiel Fig. 5), bei denen der Statorrücken a des Elektro­ motors b (mit dem Stator s, der Statorwicklung w und dem Rotor r, der drehfest auf der Abtriebswelle x des Verbren­ nungsmotors e sitzt) durch einen ringscheibenförmigen Statorträger c zwischen dem Abtriebsflansch d des Verbren­ nungsmotors und das Gehäuse f des (nicht weiter veranschau­ lichten) Getriebes eingespannt (verschraubt) ist. Dabei er­ folgt keine kräftemäßige Entkopplung zwischen dem Stator­ rücken a und der Einspannung des Statorträgers c zwischen dem Motorblock/Getriebegehäuse. Die unterschiedlichen Wär­ meausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien und die Temperaturschwankungen rufen Ausdehnungen/Kontraktionen hervor, die Auswirkungen auf den Stator des Elektromotors (Veränderung des Luftspaltes, Unrund-werden etc.) und/oder die Verbrennungsmotor/Getriebeeinheit (Verformung der Flan­ sche, Spannungsrisse, Kolbenklemmen, etc.) haben können.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Aufhängung für eine Drehmoment erzeugende oder über­ tragende Baugruppe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen, bei der die vorstehenden Probleme nicht auftreten.

Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß folgende Lösung vorgeschlagen: Eine Aufhängung für eine Drehmoment erzeugende, aufnehmende und/oder übertragende Baugruppe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbren­ nungsmotor, wobei die Baugruppe Materialien aufweist, die einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben als das Material des Motorblocks des Verbrennungsmotors, und ein erstes, sich nicht drehendes Teil der Baugruppe mit dem Mo­ torblock verbunden ist und ein zweites, sich drehendes Teil der Baugruppe mit einer aus dem Motorblock ragenden Ab­ triebswelle verbunden ist, und wobei das erste und das zweite Teil die Abtriebswelle zumindest teilweise umgebend ausgestaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, sich nicht drehende Teil der Baugruppe durch ein Koppelele­ ment im wesentlichen drehfest und in radialer Richtung nachgiebig mit dem Motorblock verbunden ist.

Durch diese Ausgestaltung der Aufhängung werden auf raum­ sparende und stabile Weise Rückwirkungen der Ausdehnung des ersten, sich nicht drehenden Teils auf die Befestigung am Motorblock praktisch vollständig beseitigt. Dabei kann die Steifigkeit der Anordnung in den entsprechenden Richtungen bzw. Freiheitsgraden je nach Anforderung festgelegt werden, indem die Materialeigenschaften und -abmessungen bzw. -nachgiebigkeit entsprechend dimensioniert werden.

Nachstehend sind einige Weiterbildungen und besonders vor­ teilhafte Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen dieses er­ findungsgemäßen Prinzips erläutert.

Mit besonders großem Effekt kann die Erfindung eingesetzt werden, wenn die Baugruppe ein Elektromotor, vorzugsweise ein Asynchronmotor ist, und wobei das erste, sich nicht drehende Teil der Stator und das zweite, sich drehende Teil der Rotor des Elektromotors ist.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Kop­ pelelement eine sich in im wesentlichen radialer Richtung erstreckende Scheibe, an der wenigstens ein zur Abtriebs­ welle im wesentlichen koaxial orientierter Flansch ausge­ bildet ist, der in radialer Richtung verformbar ist, wobei die Scheibe mit dem Motorblock verbunden ist und der Flansch mit dem Stator verbunden ist. Damit ist eine in axialer Richtung (parallel zur Abtriebsachse) eine sehr verformungssteife Anordnung realisierbar, da die radialen Abmessungen der Scheibe ohnehin möglichst klein sein sol­ len. Gleiches gilt für den Bereich der Scheibe in radialer Richtung. Der zur Abtriebswelle im wesentlichen koaxial orientierte und an seinem freien Ende mit dem Stator ver­ bundene Flansch erlaubt eine Expansion/Kontraktion des Sta­ tors relativ zu dem Motorblock aufgrund von Temperaturein­ wirkungen oder -Unterschiede sowie der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Dabei kann in Abhängigkeit von der Materialwahl und Dimensionierung des Flansches auch die Steifigkeit oder Nachgiebigkeit der Aufhängung in ra­ dialer Richtung festgelegt werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Aufhängung ist an dem von der Scheibe ablie­ genden Ende jedes Flansches zumindest ein radial orientier­ ter und zumindest entlang eines Teils des Umfangs des Flan­ sches angeordneter Steg ausgebildet, der den Flansch mit dem ersten, sich nicht drehenden Teil der Baugruppe verbin­ det.

Zusätzlich ist es möglich, daß die äußere Oberfläche des ersten, sich nicht drehenden Teils der Baugruppe, der oder jeder Flansch und die Stege einen ringförmigen Raum begren­ zen, der von einem Kühlfluid durchströmbar ist.

Alternativ dazu ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Scheibe durch zwei ringförmige aneinan­ dergefügte Blechteile gebildet, an deren radial innenlie­ genden Rändern jeweils ein (ko-)axial orientierter Flansch angeformt ist, an dessen von der Scheibe abliegendem Rand ein radial orientierter Steg angeformt ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist an dem von der Scheibe abliegenden Ende des Flansches dieser mit dem ersten, sich nicht drehenden Teil der Baugruppe ein­ stückig verbunden. Im Fall des Elektromotors ist der sich nicht drehende Teil der Baugruppe zum Beispiel der Stator- Rückenring.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist an dem äußeren Umfang des ersten, sich nicht drehenden Teils ein radial orientierter Bund angeordnet, der entlang seines Um­ fangs mehrere Langlöcher aufweist, neben denen radial wei­ ter außenliegende Befestigungslöcher angeordnet sind und radial weiter innenliegende in radialer Richtung nachgiebi­ ge Stege ausgebildet sind.

Weitere Eigenschaften, Merkmale, Vorteile und Abwandlungen werden anhand der nachstehenden Beschreibung der Zeichnung deutlich, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar­ gestellt sind.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt.

Fig. 2A zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungs­ gemäßen Aufhängung längs des Linie Z-Z in Fig. 3 in einer Draufsicht.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer herkömmli­ chen Aufhängung.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung ge­ zeigt, wobei eine Aufhängung für einen Asynchronmotor 10 im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem (nicht im Detail gezeigten) Verbrennungsmotor 12 vorgesehen ist. Der Elektromotor 10 weist einen auf der Abtriebswelle 14 des Verbrennungsmotors 12 drehfest angeordneten Rotor 16, und einen den Rotor umgebenden Stator 18 (mit einer ange­ deuteten Statorwicklung 20) auf. Den Stator umgibt ein warm aufgeschrumpfter ringförmiger Statorrücken 22. Der Elektro­ motor 10 ist mittels eines im Detail nachstehend erläuter­ ten Koppelelementes 30 zwischen dem Abtriebsflansch 32 des Verbrennungsmotors 12 und dem Gehäuse 34 eines (nicht näher veranschaulichten) Automatik- oder Schaltgetriebes 36 zen­ triert und verdrehsicher gehalten. Der Elektromotor 10 be­ steht im wesentlichen aus Eisen (und Kupferwicklungen), während der Motorblock des Verbrennungsmotors und das Ge­ häuse 34 des Getriebes 36 besteht aus einer Aluminiumlegie­ rung, wobei die beiden Materialien unterschiedliche Wärme­ ausdehnungskoeffizienten haben. Daher bewirkt das Koppele­ lement 30, daß der sich nicht drehende Stator 18 bzw. der mit diesem fest verbundene Statorrücken 22 im wesentlichen drehfest und in radialer Richtung nachgiebig mit dem Motor­ block des Verbrennungsmotors 12 verbunden ist.

Dazu weist das Koppelelement 30 eine sich in im wesentli­ chen radialer Richtung erstreckende (kreisrunde) Ringschei­ be 40 auf, an der an ihrem radial innenliegenden Rand we­ nigstens ein zur Abtriebswelle 14 im wesentlichen koaxial orientierter Flansch 42 ausgebildet ist, der in radialer Richtung verformbar ist. An ihrem radial außenliegenden Randbereich ist die Scheibe 40 zwischen dem Abtriebsflansch 32 des Motorblocks des Verbrennungsmotors 12 und dem Gehäu­ se 34 des Getriebes 36 (durch nicht weiter gezeigte Ver­ schraubungen) eingespannt. Der von der Ringscheibe 40 ab­ liegende Rand des Flansches 42 ist bei der vorliegenden Ausführungsform einstückig mit dem Statorrücken 22 verbun­ den. Alternativ dazu kann der von der Ringscheibe 40 ablie­ gende Rand des Flansches 42 auch mit dem Stator 18 oder dem Statorrücken 22 durch Verschrauben, Vernieten, Verkleben, Verschweißen oder dergl. verbunden sein.

Der Flansch 42 ist vorzugsweise eine dünner, biegsamer Blechring, der zum Beispiel durch Tiefziehen einstückig mit der Ringscheibe 40 hergestellt ist. Außerdem ist der Flansch 42 in axialer Richtung sodimensioniert, daß bei ei­ ner temperaturbedingten Expansion des Stators 18 bzw. des Statorrückens 22 der ringförmige Flansch 42 sich konisch erweitern kann, wobei sein am Statorrücken 22 angrenzender Rand einen größeren Durchmesser hat als sein an der Ring­ scheibe 40 angrenzender Rand.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen und nicht nochmals erläutert. Ein wesentlicher Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 besteht darin, daß nicht nur eine Ringscheibe 40 und ein daran angeformter (rohrförmiger) Flansch 42 vorgesehen ist, sondern zwei Ringscheiben 40', 40" bzw. zwei Flansche 42', 42" die "Rücken an Rücken" angeordnet sind. Außerdem sind an dem von der Scheibe 40', 40" abliegenden Ende jedes Flansches 42', 42" ein radial orientierter und entlang des jeweiligen Flansches 42', 42" angeordneter Steg 44', 44" ausgebildet, der den jeweiligen Flansch 42', 42" mit dem Statorrücken 22 verbindet. Dazu ist der Steg 44', 44" mit dem Statorrücken 22 an dessen äußerem Rand durchgehend ver­ schweißt.

Somit begrenzen die äußere Oberfläche des Statorrückens 22, die Flansche 42', 42" und die Stege 44', 44" einen ringför­ migen Raum 46 begrenzen, der (über nicht gezeigte Zu- und Abflüsse) von einem Kühlfluid durchströmbar ist.

Die beiden Flansche 42', 42" sind so dimensioniert, daß bei einer temperaturbedingten Expansion des Stators 18 bzw. des Statorrückens 22 die Flansche 42', 42" sich im Bereich der Stege 44', 44" trichterförmig radial aufweiten, und im Fal­ le einer temperaturbedingten Kontraktion des Stators 18 bzw. des Statorrückens 22 die Flansche 42', 42" sich im Be­ reich der Stege 44', 44" in der entgegengesetzten Richtung radial verjüngen. Neben der Ausführungsform gemäß Fig. 2, in der die Flansche 42', 42" unterschiedlich breit darge­ stellt sind, können die beiden Flansche 42', 42" auch gleich breit sein. Dies ist bei der abgewandelten Ausfüh­ rungsform von Fig. 2A realisiert. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform die effektive Breite der Flansche 42', 42" auch dadurch verlängert, daß diese S-förmig bzw. Z-förmig gefaltet sind.

In einer weiteren, in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist an dem äußeren Umfang des Statorrückens 22 ein radial ori­ entierter Bund 50 als Koppelelement angeformt. Anstelle der rohrförmigen, federnd nachgiebigen Flansche aus den vorhe­ rigen Ausführungsbeispiele der Fig. 1, 2, und 2A ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 der Bund 50 entlang seines Umfangs mit mehreren ringsegmentförmigen Langlöchern 52 versehen, neben denen radial weiter außenliegende Löcher 54 angeordnet sind und radial weiter innenliegende in ra­ dialer Richtung nachgiebige Stege 56 ausgebildet sind (siehe hierzu auch Fig. 4).

Der Bereich zwischen zwei benachbarten Langlöchern 52 dient zur radialen und axialen Abstützung des Elektromotors an dem Abtriebsflansch 32 des Motorblocks des Verbrennungsmo­ tors 12, während die Stege 56 die radiale Nachgiebigkeit für einen expandierenden/kontrahierenden Stator(rücken) 18 (22) aufgrund von Temperaturschwankungen sicherstellen. Zur Erhöhung der Nachgiebigkeit kann auch im Bereich zwischen zwei benachbarten Langlöchern 52 radial weiter außenliegend jeweils ein Loch (rund oder auch als Langloch gestaltet) vorgesehen sein (siehe Fig. 4).

Es versteht sich, daß hier auch ein zusätzlicher Kühlkanal an der Außenseite des Statorrückens 22 wie bei den vorheri­ gen Ausführungsformen vorgesehen sein kann.

Sollte es erforderich sein, kann auch noch bei allen Aus­ führungsformen ein Zentrierband 60 vorgesehen sein. Anstelle des/der Zentrierbänder 60 können auch Spannhülsen zur Zen­ trierung verwenden werden.

Das für die Herstellung der Koppelelemente verwendete Blech sollte so weich bzw. elastisch sein, daß es sich unter der Wärmeausdehnung/kontraktion leicht verformt. Dazu kann zum Beispiel auch ein Edelstahlblech, Kupferblech oder dergl. dienen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist unabhängig von der konkre­ ten Ausgestaltung, wie sie durch die Ausführungsformen ge­ mäß den Fig. 1-4 veranschaulicht ist, gegen Torsionsmo­ mente und gegen in axialer Richtung orientierte Momente sehr steif, während sie gegen radial orientierte Kräfte aufgrund von temperaturbedingten Expansionen/Kontraktionen des Elektromotors gegenüber dem Abtriebsflansch bzw. dem Gehäuse des Getriebes sehr nachgiebig ist. Außerdem bewirkt die erfindungsgemäße Lösung auch eine zentrische Halterung und Positionierung des Stators relativ zu dem Rotor bzw. der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors.

Der Statorrücken 22 kann in axialer Richtung die Wicklungen 20 des Stators 18 und den Rotor 16 überragen und an beiden Enden eine radial nach innen reichende Abdeckung der Wick­ lung 20 aufweisen. Damit ist auch ein sicherer Wicklungs­ schutz realisiert.

Claims (10)

1. Aufhängung für eine Drehmoment erzeugende, aufnehmende und/oder übertragende Baugruppe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor, wobei

• 1. die Baugruppe (10) Materialien aufweist, die einen ande­ ren Wärmeausdehnungskoeffizienten haben als das Material des Motorblocks des Verbrennungsmotors (12), und
• 2. ein erstes, sich nicht drehendes Teil (18, 22) der Bau­ gruppe (10) mit dem Motorblock verbunden ist und ein zwei­ tes, sich drehendes Teil (16) der Baugruppe (10) mit einer aus dem Motorblock ragenden Abtriebswelle (14) verbunden ist, und wobei
• 3. das erste und das zweite Teil (18, 22; 16) die Abtriebs­ welle (14) zumindest teilweise umgebend ausgestaltet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das erste, sich nicht drehende Teil (18, 22) der Baugrup­ pe (10) durch ein Koppelelement (40; 50) im wesentlichen drehfest und in radialer Richtung nachgiebig mit dem Motor­ block des Verbrennungsmotor (12) verbunden ist.

2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Baugruppe ein Elektromotor (10), vorzugsweise ein Asynchronmotor ist, und wobei das erste, sich nicht drehen- de Teil der Stator (18) und das zweite, sich drehende Teil der Rotor (16) des Elektromotors ist.

3. Aufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - das Koppelelement eine sich in im wesentlichen radialer Richtung erstreckende Scheibe (40) ist, an der wenigstens ein zur Abtriebswelle (14) im wesentlichen koaxial orien­ tierter Flansch (42) ausgebildet ist, der in radialer Rich­ tung verformbar ist, wobei die Scheibe (40) mit dem Motor­ block verbunden ist und der Flansch (42) mit dem Stator (18) verbunden ist.

4. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• 1. an dem von der Scheibe (40) abliegenden Ende jedes Flan­ sches (42) zumindest ein radial orientierter und zumindest entlang eines Teils des Umfangs des Flansches angeordneter Steg (44) ausgebildet ist, der den Flansch (42) mit dem er­ sten, sich nicht drehenden Teil (18) der Baugruppe (10) verbindet.

5. Aufhängung nach einer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• 1. die äußere Oberfläche des ersten, sich nicht drehenden Teils der Baugruppe, der oder jeder Flansch und die Stege einen ringförmigen Raum (46) begrenzen, der von einem Kühl­ fluid durchströmbar ist.

6. Aufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Scheibe durch zwei ringförmige aneinandergefügte Blechteile gebildet ist, an deren radial innenliegenden Rändern jeweils ein axial orientierter Flansch angeformt ist, an dessen von der Scheibe abliegendem Rand ein radial orientierter Steg angeformt ist.

7. Aufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. an dem von der Scheibe abliegenden Ende des Flansches dieser mit dem ersten, sich nicht drehenden Teil der Bau­ gruppe einstückig verbunden ist.

8. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. an dem äußeren Umfang des ersten, sich nicht drehenden Teils ein radial orientierter Bund (50) angeordnet ist, der entlang seines Umfangs mehrere Langlöcher (52) aufweist, neben denen radial weiter außenliegende Löcher (54) ange­ ordnet sind und radial weiter innenliegende in radialer Richtung nachgiebige Stege (56) ausgebildet sind.

9. Koppelelement, gekennzeichnet durch die strukturellen Merkmale eines oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche.

10. Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ver­ brennungsmotor und einem mit dessen Abtriebswelle verbunde­ nen Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. der Elektromotor mit dem Motorblock des Verbrennungsmo­ tors durch ein Koppelelement mit den strukturellen Merkma­ len eines oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche gegen Torsionsmomente und in axialer Richtung orientierte Momente sehr steif und gegen radiale orientierte Kräfte aufgrund von temperaturbedingten Expansionen/Kontraktionen des Elek­ tromotors gegenüber dem Motorblock oder dem Gehäuse des Ge­ triebes sehr nachgiebig verbunden ist.