EP4437317A1 - Antriebsmodul für einen antriebsstrangprüfstand, antriebsstrangprüfstand und verfahren zur herstellung des antriebsmoduls - Google Patents

Antriebsmodul für einen antriebsstrangprüfstand, antriebsstrangprüfstand und verfahren zur herstellung des antriebsmoduls

Info

Publication number
EP4437317A1
EP4437317A1 EP22821968.9A EP22821968A EP4437317A1 EP 4437317 A1 EP4437317 A1 EP 4437317A1 EP 22821968 A EP22821968 A EP 22821968A EP 4437317 A1 EP4437317 A1 EP 4437317A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive module
electric motor
base frame
housing
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22821968.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Hell
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP4437317A1 publication Critical patent/EP4437317A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/025—Test-benches with rotational drive means and loading means; Load or drive simulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof

Definitions

  • the invention relates to a drive module for a drive train test stand for testing electric motor vehicle drive trains according to the preamble of claim 1, a corresponding drive train test stand for testing electric motor vehicle drive trains and a method for producing the drive module.
  • Transmission test benches or drive train test benches for testing motor vehicle transmissions or complete motor vehicle drive trains are known from the prior art.
  • test benches for testing electric motor vehicle drive trains are increasingly appearing in the prior art, the structure of which differs from the test benches for drive trains driven by internal combustion engines in various respects.
  • an electric motor vehicle drive train must be designed, for example, for significantly higher input speeds, which places special demands on the noise behavior at very high speeds and, in particular, vibration damping.
  • a drive train test stand for an electric motor vehicle drive train must be able to provide high speeds and also have a drive unit that generates only minimal mechanical vibrations or introduces them into the test object even at high and very high speeds.
  • DE 10 2016 224 138 A1 describes an electric motor for a drive unit of an electric drive train test bench, in which the housing can be supported via a mechanical front yoke and a mechanical rear yoke.
  • the yoke arms extend radially to the side, so that there are free spaces below and to the side of the motor, through which, for example, output shafts of a test specimen can be routed past the electric motor.
  • the front yoke is designed in one piece with a front bearing plate of the electric motor and the rear yoke is designed in one piece with a rear bearing plate of the electric motor. Since thus the Bearings of the motor shaft are very firmly and rigidly connected to the suspension of the electric motor, the occurrence of vibrations can be largely avoided, especially at very high engine speeds, as they are required for testing electric motor vehicle drive trains.
  • test bench with a base frame on which a test bench drive is arranged.
  • a test shaft of the test bench drive can be connected coaxially to a bearing shaft of a bearing unit that is mounted so as to be rotatable about the axis of rotation.
  • the bearing unit is detachably arranged in a recess, which is coaxial with the axis of rotation, of a bearing housing which is firmly connected to the base frame.
  • the coaxial recess is a conical section-shaped recess that is symmetrical to the axis of rotation,
  • the known drive modules for drive train test benches are disadvantageous in that, particularly at increasingly high speeds, increased rigidity and vibration damping capability of the drive module is desirable in order to be able to ensure the necessary machine dynamic properties.
  • easy replacement of the electric motor of the drive module without time-consuming and assembly-intensive realignment is desirable.
  • this object is achieved by the drive module for a drive train test stand for testing electrical motor vehicle drive trains according to claim 1 .
  • Advantageous refinements result from the dependent claims.
  • the invention relates to a drive module for a drive train test bench, the
  • Drive module comprises an electric motor and a base frame and wherein the base frame carries the electric motor.
  • the drive module according to the invention is characterized characterized in that the drive module surrounds a housing of the electric motor along a circumferential direction of the housing over 360°
  • the invention thus describes a drive module for a drive train test stand, the drive train test stand being designed for testing motor vehicle drive trains, in particular electric motor vehicle drive trains.
  • the test item to be tested is therefore preferably an electric motor vehicle drive train.
  • Electric motor vehicle drive trains differ from conventionally driven motor vehicle drive trains in particular by the much higher input speed, which in turn places comparatively higher demands on the vibration damping or rigidity of the motor vehicle drive train and on the noise behavior of the motor vehicle drive train.
  • the drive train test stand preferably also includes a holder for holding the test specimen and, if necessary, one or more drive modules, which can generate an adjustable load on the test specimen in relation to the drive module.
  • the drive module comprises an electric motor, the electric motor being able to apply an input speed and an input torque to the test object in accordance with a control of the electric motor.
  • Such speeds correspond to the speeds that are currently or will be generated in the operation of an electric motor vehicle drive by its electric drive, ie by its electric motor. This enables a realistic test of the electric motor vehicle drive.
  • the drive module includes a base frame which carries the electric motor, ie the electric motor is arranged on or in the base frame.
  • the drive module or the base frame advantageously has a motor mount which corresponds congruently with the generally cylindrical shape of the housing.
  • the motor mount is designed as a cylindrical opening which corresponds to the housing in terms of its length and diameter.
  • the base frame encloses the housing along its full circumference, i.e. over 360°, via the motor mount
  • the motor mount does not necessarily have to be in contact with the housing over the full axial length of the housing at the same time. Rather, it is advantageously provided that the motor mount bears against the housing over the full circumference only in the area of a front bearing of the motor shaft and in the area of a rear bearing of the motor shaft. Since the vibrations of the motor shaft are usually transmitted to the housing in the area of the bearings of the motor shaft, they can also be particularly effectively reduced at exactly these points by the rigid connection according to the invention.
  • the manufacture of the motor mount is simplified if it rests against the housing in only two axial areas, since the motor mount must be manufactured with particularly low tolerances in all areas in which it is in contact with the housing.
  • the front end shield of the housing advantageously holds a front bearing of the motor shaft and the rear end shield of the housing advantageously holds a rear bearing of the motor shaft.
  • the motor shaft is therefore supported on the front or rear end shield via the front or rear bearing.
  • the electric motor can be secured against twisting in the motor mount, for example by either frictionally engaging the motor mount or by providing, for example, a longitudinal groove into which the electric motor can engage in a form-fitting manner and can thus be radially supported.
  • a stop is preferably also provided in the motor mount, which limits or fixes an axial position of the electric motor in the motor mount.
  • the drive module to have a first natural frequency above the first rotational order of the electric motor as a result of the configuration according to the invention.
  • the natural frequency of the drive module is above approx. 500 Hz. This has proven to be particularly suitable for testing high-speed electric motor vehicle drive trains.
  • the housing has a conical shape and the base frame has a conical motor mount, via which the electric motor can be arranged in the base frame.
  • a conical housing is not understood to mean that the housing necessarily represents a complete geometric cone, but rather that the housing represents at least one axial cone section, the apex of which is usually absent.
  • the housing consists of a shell body that corresponds geometrically to a cone section.
  • the housing instead of a cone tip, the housing has a front end shield that is smaller in diameter than the diameter of the rear end shield.
  • the housing of the electric motor advantageously deviates from the cylindrical shape that is usual for electric motors, in that it has a first bearing plate with a smaller diameter and a second bearing plate with a larger diameter.
  • the base frame preferably has a motor mount that corresponds congruently to the conical shape of the housing.
  • the first axial end of the electric motor which has the smaller diameter, can be inserted over the axial end of the motor mount, which has the larger diameter, as far as it will go into the motor mount and fixed there.
  • the stop can advantageously be produced in that the housing of the electric motor comes into contact with the inside of the motor mount. Due to the diameter of the housing increasing with the axial length, further insertion of the electric motor into the motor mount is then not possible.
  • the motor mount is designed as a bore.
  • the design as a bore makes it easy to manufacture the motor mount and, on the other hand, it enables very precise manufacture. Precise manufacturing is advantageously required because the electric motor in the motor mount is difficult to align without additional effort. Any deviation from the optimal alignment of the electric motor or the motor shaft of the electric motor from the test object leads to the development of vibrations, since such deviations - no matter how small - have to be compensated for via compensating couplings, which in turn generate restoring forces depending on their deflection can lead to the occurrence of vibrations.
  • a cone angle of the motor mount and of the housing is between 1° and 5°.
  • the cone angle is preferably between 1° and 3°, in particular 2°. This not only results in an exact coaxial alignment of the electric motor in the motor mount, but also a good introduction of the bearing forces into the motor mount.
  • an outside of the housing bears against an inside of the motor mount. Since the outside of the housing of the electric motor, i.e. in particular the entire lateral surface of the housing, rests against the inside of the motor mount, there is a maximum contact surface between the electric motor and the base frame and thus maximum rigidity of the connection. In this way, the occurrence of vibrations can be optimally avoided as far as possible.
  • a conical housing shape also has a larger surface area than a cylindrical housing shape, the electric motor can in this case be in contact with the base frame via a comparatively larger contact surface, which further improves the rigidity of the connection of the electric motor to the base frame.
  • the motor mount comprises at least two bearing rings, via which the electric motor can be arranged in the base frame.
  • the electric motor does not come into contact with the base frame over the entire surface of its housing, but the contact surfaces are limited to those areas of the housing which are in contact with the at least two bearing rings.
  • the rigidity of the connection is reduced compared to a full-surface contact of the lateral surface on the base frame, a comparatively more precise alignment of the electric motor can be achieved in a simple manner via the bearing rings, in particular with regard to an output shaft to be coupled to the motor shaft. the.
  • the alignment and fixed arrangement of the bearing rings is usually easier than the precise attachment of a bore as a motor mount.
  • an inner contact surface of the bearing rings which can be brought into contact with the housing, is advantageously designed as a cone section surface, so that the inner contact surfaces in each case bear completely against the housing when the electric motor is accommodated in the motor mount .
  • the at least two bearing rings are designed to allow a measurement of a force and/or a torque acting between the housing and the motor mount. Since the bearing rings preferably hold the electric motor, in particular enclose it radially, a torque acting on the housing of the electric motor or a force acting on the housing of the electric motor can be detected comparatively precisely and without requiring additional installation space. Since the torque acting on the housing is identical to the torque delivered via the motor shaft, the torque delivered by the electric motor to the drive train test bench can be determined as precisely as possible. Compared to measuring flanges usually arranged in the drive train for measuring the torque, there is the advantage that no additional installation space is required in the drive train. In addition, by doing without the measuring flange, no additional mass is introduced into the drive train, which would lead to the occurrence of vibrations even with just a minimal imbalance.
  • the housing is held at its axial end with the larger diameter via a clamping ring in the motor mount.
  • the clamping ring can, for example, axially close the motor mount behind the electric motor pushed into the motor mount, so that the electric motor is fixed axially.
  • the clamping ring preferably has at least one forcing thread, via which the clamping ring can be easily removed from the motor mount.
  • a pull-off can be made via the at least one pull-off thread pushing device are screwed into the clamping ring on a front side until it protrudes from the clamping ring on a back side and thus presses the clamping ring out of the motor mount.
  • the clamping ring can, for example, be in frictional contact with the housing of the electric motor or, for example, be connected to the housing in a rotationally fixed manner via a positive connection, so that the electric motor is fixed both axially and radially by the clamping ring.
  • the electric motor can also be removed from the motor mount together with the clamping ring via the forcing thread of the clamping ring.
  • the clamping ring can also preferably be connected to the motor mount by friction or, for example, via a form-fitting connection in an axially fixed or non-rotatable manner with the motor mount, so that the clamping ring can also support torques acting on the clamping ring from the electric motor on the motor mount.
  • the clamping ring and the housing of the electric motor can also be designed in one piece. In this case, it may be necessary to align the electric motor using grinding strips or grinding rings in the motor mount.
  • the base frame is designed as a vibration-damping body.
  • the base frame can consist entirely or partially of mineral concrete, polymer concrete or a similar vibration-damping material.
  • the base frame preferably also has a metallic skeleton which is surrounded by the vibration-damping material, in particular cast.
  • the drive module also includes a device for supplying electrical power.
  • a device for supplying electrical power can in particular be a so-called Be terminal box, which is usually mounted on or on the drive module.
  • the device accepts the external lines required for the electrical supply of the electric motor and for controlling the electric motor and forwards the electrical power and the signals for controlling the electric motor—possibly in a modified form—to the electric motor.
  • the device can include power electronics elements in its interior.
  • the electronic power elements can be powerful semiconductor switching elements, for example, which together form an inverter for driving the electric motor.
  • it is thus possible, for example, to convert a single-phase electrical alternating current or a supplied direct current into a three-phase electrical current for the electric motor.
  • the electrical supply lines are therefore not fed directly to the electric motor, but are rather fed via the device.
  • the device advantageously comprises a number of electrical contacts in its interior, the so-called terminal strips, via which the individual coils of the electric motor can be supplied with current.
  • the base frame has a slot starting from an opening in the motor mount and running along the motor mount, which slot opens the motor mount to an outside of the base frame.
  • This slot advantageously makes it possible for electrical contacting of the electric motor, which is preferably in the form of metal bolts, in particular three metal bolts, to be accessible from outside the base frame through the slot.
  • Each bolt is associated with a coil of the electric motor.
  • the slot is preferably attached to an upper side of the base frame and thus opens the motor mount correspondingly upwards. So when the electric motor is inserted into the motor mount, it can be oriented with the three bolts facing up. The bolts then protrude at least into the slot or depending on their Length also out of the slit at the top. In any case, however, the bolts are accessible for electrical contacting through the slot.
  • the provision of the slot minimally affects the structure of the base frame and hence its rigidity and vibration dampening ability.
  • the device is arranged on an upper side of the base frame.
  • the device is thus arranged comparatively close to the electric motor and can in particular directly contact the three bolts, which preferably represent the electrical contacts of the electric motor, through the slot.
  • the device is particularly preferably fastened on the upper side by means of a large number of screw connections or clamp connections. Both options allow a comparatively stiff attachment.
  • a stiffening strut is arranged on the base frame adjacent to the opening of the motor mount.
  • the stiffening strut is arranged in particular transversely to the slot and connects opposite sides of the slot in the area of the opening of the motor mount.
  • the rigidity of the drive module can advantageously be maintained or even increased by the stiffening strut to such an extent that vibrations generated by the electric motor do not affect any natural frequency of the drive module, ie in particular no resonance effects occur. It is thus advantageously possible to at least compensate for the actually negative effects of the slot in terms of machine dynamics by providing the stiffening strut.
  • the stiffening strut is preferably made of solid steel or of mineral concrete or polymer concrete.
  • one or more stiffening struts can also be provided directly in or on the device for supplying electrical power or in or on the terminal box.
  • the drive module further comprises an output shaft, which is mounted coaxially to a motor shaft of the electric motor and can be coupled to the motor shaft in a torque-proof manner via its first axial end and can be coupled to a test object in a torque-proof manner via its second axial end .
  • the output shaft can advantageously be coupled to the motor shaft of the electric motor and to the test object via a flange connection in each case.
  • the output shaft can also be coupled to the motor shaft or to the test object via a compensating coupling, the compensating coupling enabling the compensation of slight radial offsets between the output shaft and the motor shaft or between the output shaft and the test object.
  • the output shaft is advantageously mounted radially over a large part of its axial length and is thus enclosed in order to ensure the highest possible rigidity in the area of the output shaft.
  • the invention further relates to a drive train test stand for testing electric motor vehicle drive trains, comprising a drive module according to the invention.
  • a drive train test stand for testing electric motor vehicle drive trains, comprising a drive module according to the invention.
  • the invention also relates to a method for producing a drive module according to the invention for a drive train test bench.
  • the method according to the invention is characterized in that a metallic skeleton of the base frame is produced in a first step and the metallic skeleton is cast with a mineral casting in a second step.
  • the metallic skeleton already specifies the final shape of the base frame, at least in outline. It also carries the mineral cast with which the skeleton is cast in the second step.
  • the mineral cast has a comparatively high vibration damping capacity and is particularly stiff. Due to the high rigidity of the mineral casting, the elastic properties of the metallic skeleton, which are disadvantageous in terms of vibration technology, can also be compensated for.
  • a highly rigid base frame for the drive module according to the invention can thus be produced in a very simple and cost-effective manner.
  • a motor mount is created in the base frame by positioning a placeholder, which corresponds to an outer shape of a housing of an electric motor of the drive module, in the mineral casting.
  • the placeholder can be cylindrical or conical, depending on the housing shape for which the motor mount is to be designed.
  • the placeholder can, for example, be aligned and positioned in relation to the metallic skeleton before casting. This represents a simple, quick and cost-effective possibility for the precise production of the motor mount. A comparatively complex production process for the motor mount, for example by drilling, is thus advantageously eliminated.
  • the mineral casting is non-shrinking. This results in the advantage that the motor mount remains in the shape originally defined by the placeholder while the mineral casting is hardening. There are no mechanical stresses between the motor mount and the spacer, nor does the motor mount narrow during curing.
  • Show it: 1 shows an embodiment of a drive module known in the prior art in two different views by way of example and diagrammatically,
  • FIG. 2 shows a drive module according to the invention by way of example and diagrammatically
  • FIG. 3 shows a schematic and exemplary section through a possible embodiment of a drive module according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic and exemplary section through a further possible embodiment of a drive module according to the invention.
  • FIG. 1 a and 1 b show, by way of example and schematically, in two different views, an embodiment of a drive module 10 known in the prior art for a drive train test stand, not shown in FIG. 1 , which is suitable for testing a motor vehicle drive train.
  • the drive module 10 comprises a base frame 11 and an electric motor 12 with a housing 13 which is arranged on the base frame 11 and is carried by the base frame 11 .
  • the known drive module 10 includes an output shaft 14 which is drivingly connected to a motor shaft, not shown, of the electric motor 12 and is enclosed by a cover 15 .
  • a terminal box 16 is arranged on the electric motor 12 .
  • the housing 13 of the electric motor 12 rests on the base frame 11 with only one side. Accordingly, the electric motor 12 tends to oscillate when the known drive module 10 is in operation.
  • Fig. 2 shows an example and diagrammatically of a drive module 10 according to the invention, comprising an electric motor 12, a base frame 11, a terminal box 16 and an output shaft 14 hidden in Fig. 2 by an outer casing of the base frame 11.
  • the electric motor 12 is completely enclosed by the base frame 11, so that only a rear bearing plate 13' of the electric motor 12 can be seen.
  • a housing 13 of the electric motor 12 has a conical housing shape and is arranged completely within a likewise conical motor mount 18 of the base frame 11 . This complete enclosing over 360° in the circumferential direction results in the advantage over the known drive modules 10 that the connection of the electric motor 12 to the base frame 11 is comparatively stiffer and stronger, resulting in advantages in terms of machine dynamics.
  • the base frame 1 1 consists, for example, of a metallic skeleton that is cast with mineral concrete.
  • Fig. 3 shows, by way of example and schematically, a partial section through a possible embodiment of a drive module 10 according to the invention.
  • the housing 13 of the electric motor 12 has a conical shape and is in contact over its entire lateral surface with an inner surface of the motor mount 18 which was generated, for example, during a casting process.
  • the cone angle of the motor mount 18 and the housing 13 is 3° in each case, for example. Only in the area of the slot 17 does the outer surface of the housing 13 not rest against the motor mount 18, since here bolts 22, 23 and 24 of the electric motor 12 for the activation of the electric motor 12 or for the supply of electric power to the electric motor 12 by the Terminal box 16 can be contacted.
  • the bolts 22, 23 and 24 represent the electrical contacting of the electric motor 12.
  • a stiffening strut 25 is arranged immediately adjacent to the slot 17 and next to the terminal box 16 and is made of steel, for example exists and is massive.
  • the stiffening strut 25 is screwed to the base frame 11.
  • a clamping ring 19 can also be seen, which secures the electric motor 12 axially in the motor mount 18 .
  • the motor shaft 20 is coupled to the output shaft 14 via a measuring flange 21 .
  • Fig. 4 shows, by way of example and diagrammatically, a partial section through a further possible embodiment of a drive module 10 according to the invention.
  • the drive module 10 of Fig. 4 differs from the drive module 10 of Fig. 3 in the design of the motor mount 18.
  • the motor mount 18 includes two bearing rings 18' and 18'', which hold and mount the electric motor 12.
  • the bearing rings 18′, 18′′ thus surround the housing 13 of the electric motor 12 along a circumferential direction of the housing 13 over 360°.
  • the housing 13 of the electric motor 12 according to the exemplary embodiment in FIG. 4 is therefore only indirectly in contact with the motor mount 18 via the bearing rings 18′, 18′′.
  • the bearing rings 18′, 18′′ are in the region of the bearings the motor shaft 20 is arranged in the electric motor 12. Since vibrations that occur during operation of the electric motor 12 primarily occur in the bearings, the provision of the bearing rings 18', 18'' in the region of the bearings can locally increase the rigidity, which consequently counteracts the occurrence of vibrations.
  • a particularly rigid and low-vibration drive module 10 can also be made available according to the exemplary embodiment in FIG.

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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

Antriebsmodul für einen Antriebsstranqprüfstand, Antriebsstranqprüfstand und Verfahren zur Herstellung des Antriebsmoduls
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 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 Mo- toraufahme 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 wer- den. 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 Ab- drückvorrichtung 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: Fig. 1 beispielhaft und schematisch in zwei unterschiedlichen Ansichten eine im Stand der Technik bekannte Ausführungsform eines Antriebsmoduls,
Fig. 2 beispielhaft und schematisch ein erfindungsgemäßes Antriebsmodul,
Fig. 3 beispielhaft und schematisch einen ausschnittweisen Schnitt durch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsmoduls und
Fig. 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.
Fig. 1 a und Fig. 1 b zeigen beispielhaft und schematisch in zwei unterschiedlichen Ansichten eine im Stand der Technik bekannte Ausführungsform eines Antriebsmoduls 10 für einen in Fig. 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.
Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch ein erfindungsgemäßes Antriebsmodul 10, umfassend einen Elektromotor 12, ein Grundgestell 11 , einen Klemmenkasten 16 sowie eine in Fig. 2 durch eine Außenhülle des Grundgestells 11 verborgene Abtriebswelle 14. Wie zu sehen ist, ist der Elektromotor 12 vollständig vom Grundgestell 1 1 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 1 1 vergleichsweise steifer und fester ist, wodurch sich maschinendynamische Vorteile ergeben.
Das Grundgestell 1 1 besteht beispielsgemäß aus einem metallischen Skelett, dass mit mineralischem Beton vergossen ist.
Fig. 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 1 1 verschraubt.
Weiterhin zu sehen ist ein Klemmring 19, weicher 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.
Fig. 4 zeigt beispielhaft und schematisch einen ausschnittweisen Schnitt durch eine weitere mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsmoduls 10. Das Antriebsmodul 10 der Fig. 4 unterscheidet sich vom Antriebsmodul 10 der Fig. 3 durch die Ausgestaltung der Motoraufnahme 18. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 umfasst die Motoraufnahme 18 nämlich zwei Lagerringe 18‘ und 18“, welche den Elektromotor 12 halten und lagern. Die Lagerringe 18‘, 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 Fig. 4 also nur über die Lagerringe 18‘, 18“ indirekt in Kontakt mit der Motoraufnahme 18. Wie zu sehen ist, sind die Lagerringe 18‘, 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‘, 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 Fig.4 ein besonders steifes und schwingungsarmes Antriebsmodul 10 zur Verfügung gestellt werden.
Bezuqszeichen
Antriebsmodul
Grundgestell
Elektromotor
Gehäuse ‘ Lagerschild
Abtriebswelle
Abdeckung
Vorrichtung zur Zuleitung von elektrischer Leistung, Klemmenkasten
Schlitz
Motoraufnahme ‘, 18“ Lagerring
Klemmring
Motorwelle
Messflansch , 23, 24 Bolzen, elektrische Kontaktierung des Elektromotors
Versteifungsstrebe

Claims

Patentansprüche
1 . 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.
2. 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.
3. Antriebsmodul (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kegelwinkel der Motoraufnahme (18) zwischen 1 ° und 5° beträgt.
4. Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoraufnahme (18) als Bohrung ausgebildet ist.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgestell (1 1 ) als schwingungsdämpfender Körper ausgebildet ist.
10. 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.
1 1 . Antriebsmodul (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgestell (1 1 ) 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. .
12. Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 10 und 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (16) auf einer Oberseite des Grundgestells (1 1 ) angeordnet ist.
13. Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zur Öffnung der Motoraufnahme (18) eine Versteifungsstrebe (25) am Grundgestell (1 1 ) angeordnet ist.
14. 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.
15. Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge, umfassend mindestens ein Antriebsmodul (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14.
16. Verfahren zur Herstellung eines Antriebsmoduls (10) für einen Antriebsstrangprüfstand nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt ein metallisches Skelett des Grundgestells (1 1 ) hergestellt wird und in einem zweiten Schritt das metallische Skelett mit einem Mineralguss vergossen wird.
17. 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.
18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralguss schrumpffrei ist
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