WO2000019585A1 - Aufhängung für eine drehmoment erzeugende, aufnehmende und/oder übertragende baugruppe im antriebsstrang eines kraftfahrzeuges - Google Patents
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Definitions
- Fig. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the invention in longitudinal section.
- the solution according to the invention regardless of the specific configuration, as illustrated by the embodiments according to FIGS. 1-4, is very stiff against torsional moments and against moments oriented in the axial direction, while against radial oriented forces due to temperature-related expansions / Contractions of the electric motor with respect to the output flange or the housing of the transmission is very flexible.
- the solution according to the invention also effects a central mounting and positioning of the stator relative to the rotor or the output shaft of the internal combustion engine.
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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 Verbrennungsmotor (12) verbunden ist.
Description
Aufhängung für eine Drehmoment erzeugende, aufnehmende und/oder übertragende Baugruppe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufhängung für eine Drehmoment erzeugende, aufnehmende und/oder übertragende Bau- gruppe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Aufhängung eines Elektromotors zwischen dem Motorblock eines Verbrennungsmotors und dem Getriebegehäuse eines nachgeordneten Schalt- oder Automatikge- triebes. Dabei dient der Elektromotor wahlweise als Anlasser des Verbrenungsmotors, als Ladegenerator für die Autobatterie, als Drehschwingungstilger des Verbrenungsmotors oder bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor als elektrischer Antrieb. Dieses Konzept ist in unterschiedlicher Gewichtung der einzelnen Aspekte in einer Reihe von Patentanmeldungen (zum Bei- spiel DE 33 06 481, DE 44 06 482, DE 44 47 537, 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 gemeinsame, zu einem Schalt- oder Automatikgetriebe führende Abtriebswelle wirken.
Im Stand der Technik sind Anordnungen bekannt (siehe zum Beispiel DE 32 20 950 C2) , bei denen ein Statorrücken des Elektromotors (mit einem Stator, einer Statorwicklung und einem Rotor, der drehfest auf die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors kuppelbar ist) durch einen Statorträger zwischen einem Abtriebsflansch des Verbrennungsmotors und einem Gehäuse des Getriebes verschraubt ist. Dabei erfolgt keine kräftemäßige Entkopplung zwischen dem Statorrücken und der Einspannung des
Statorträgers zwischen dem Motorblock/Getriebegehäuse.
Zu erheblichen Problemen führt hierbei jedoch der Umstand, daß bei modernen Fahrzeugen sowohl das Gehäuse des Getriebes als auch der Motorblock des Verbrennungsmotors aus Aluminiumlegierungen besteht, während Elektromotoren (insbesondere der Stator) einen sehr hohen Eisenanteil aufweisen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium ist etwa doppelt so groß wie der von Eisen. Zwischen dem Elektromotor und dem Verbren- nungsmotor treten je nach Betriebsart der jeweiligen Komponenten überdies erhebliche Temperaturdifferenzen auf. Auch die Temperaturschwankungen, denen ein solches Antriebsaggre- gat eines Kraftfahrzeuges aufgrund der Betriebserwärmung und der Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, reichen von etwa -50 °C bis etwa +200 °C.
Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten 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/Getriebe-einheit (Verformung der Flansche, Spannungsrisse, Kolbenklemmen, etc.) haben können.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Aufhängung für eine Drehmoment erzeugende, aufnehmende und/oder übertragende 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 Verbrennungsmo- tor, wobei ein erstes, sich nicht drehendes Teil der Baugruppe durch eine Koppelelement im wesentlichen drehfest mit dem Motorblock verbunden ist und ein zweites, sich drehendes Teil
der Baugruppe mit einer aus dem Motorblock ragenden Abtriebswelle verbunden ist, und wobei das erste und das zweite Teil die Abtriebswelle zumindest teilweise umgebend ausgestaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe Materialien aufweist, die einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben als das Material des Motorblocks des Verbrennungsmotors, und das Koppelelement in radialer Richtung sehr nachgiebig ist, so daß es sich unter Wärmeausdehnung/Kontraktion leicht verformt.
Durch diese Ausgestaltung der Aufhängung werden auf raumsparende 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 vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen dieses erfindungsgemäßen 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 Koppelelement eine sich in im wesentlichen radialer Richtung erstreckende Scheibe, an der wenigstens ein zur Abtriebswelle im wesentlichen koaxial orientierter Flansch ausgebildet 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 An-
ordnung realisierbar, da die radialen Abmessungen der Scheibe ohnehin möglichst klein sein sollen. Gleiches gilt für den Bereich der Scheibe in radialer Richtung. Der zur Abtriebswelle im wesentlichen koaxial orientierte und an seinem frei- en Ende mit dem Stator verbundene Flansch erlaubt eine Expansion/Kontraktion des Stators relativ zu dem Motorblock aufgrund von Temperatureinwirkungen 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 radialer Richtung festgelegt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufhängung ist an dem von der Scheibe abliegen- den Ende jedes Flansches zumindest ein radial orientierter und zumindest entlang eines Teils des Umfangs des Flansches angeordneter Steg ausgebildet, der den Flansch mit dem ersten, sich nicht drehenden Teil der Baugruppe verbindet.
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 begrenzen, der von einem Kühlfluid durchströmbar ist.
Alternativ dazu ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Scheibe durch zwei ringförmige aneinandergefügte Blechteile gebildet, an deren radial innenliegenden 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 einstückig 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 Umfangs mehrere Langlöcher aufweist, neben denen radial weiter außen- liegende Befestigungslöcher angeordnet sind und radial weiter innenliegende in radialer Richtung nachgiebige Stege ausgebildet sind.
Weitere Eigenschaften, Merkmale, Vorteile und Abwandlungen werden anhand der nachstehenden Beschreibung der Zeichnung deutlich, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Aus- führungsform 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 erfindungsge- mäßen Aufhängung längs der Linie Z Z in Fig. 3 in einer
Draufsicht.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt, 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 angedeuteten Statorwicklung 20) auf. Den Stator umgibt ein warm aufge-
schrumpfter ringförmiger Statorrücken 22. Der Elektromotor 10 ist mittels eines im Detail nachstehend erläuterten Koppelelementes 30 zwischen dem Abtriebsflansch 32 des Verbrennungsmotors 12 und dem Gehäuse 34 eines (nicht näher veranschau- lichten) Automatik- oder Schaltgetriebes 36 zentriert und verdrehsicher gehalten. Der Elektromotor 10 besteht im wesentlichen aus Eisen (und Kupferwicklungen) , während der Motorblock des Verbrennungsmotors und das Gehäuse 34 des Getriebes 36 aus einer Aluminiumlegierung besteht, wobei die beiden Materialien unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Daher bewirkt das Koppelelement 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 Motorblock des Verbrennungsmotors 12 verbunden ist.
Dazu weist das Koppelelement 30 eine sich in im wesentlichen radialer Richtung erstreckende (kreisrunde) Ringscheibe 40 auf, an der an ihrem radial innenliegenden Rand wenigstens 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 Ringscheibe 40 zwischen dem Abtriebsflansch 32 des Motorblocks des Verbrennungsmotors 12 und dem Gehäuse 34 des Ge- triebes 36 (durch nicht weiter gezeigte Verschraubungen) eingespannt. Der von der Ringscheibe 40 abliegende Rand des Flansches 42 ist bei der vorliegenden Ausführungsform einstückig mit dem Statorrücken 22 verbunden. Alternativ dazu kann der von der Ringscheibe 40 abliegende Rand des Flansches 42 auch mit dem Stator 18 oder dem Statorrücken 22 durch Ver- schrauben, Vernieten, Verkleben, Verschweißen oder dergl. verbunden sein.
Der Flansch 42 ist vorzugsweise eine dünner, biegsamer Blech- ring, der zum Beispiel durch Tiefziehen einstückig mit der Ringscheibe 40 hergestellt ist. Außerdem ist der Flansch 42 in axialer Richtung so dimensioniert, daß bei einer tempera-
turbedingten 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 Ringscheibe 40 angrenzen- der 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 wesent- licher 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 verschweißt.
Somit begrenzen die äußere Oberfläche des Statorrückens 22, die Flansche 42', 42" und die Stege 44', 44" einen ringförmigen Raum 46, 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 Falle einer temperaturbedingten Kontraktion des Stators 18 bzw. des Statorrückens 22 die Flansche 42', 42" sich im Bereich der Stege 44', 44" in der entgegengesetzten Richtung radial verjüngen. Neben der Ausführungsform gemäß Fig. 2, in der die Flansche 42', 42" unterschiedlich breit dargestellt sind, können die beiden Flansche 42', 42" auch gleich breit sein. Dies ist bei der abgewandelten Ausführungsform 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 orientierter Bund 50 als Koppelelement angeformt. Anstelle der rohr- förmigen, federnd nachgiebigen Flansche aus den vorherigen Ausführungsbeispielen der Fig. 1, 2, und 2A ist bei der Aus- führungsform 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 radialer 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 Verbrennungsmotors 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 vorherigen Ausführungsformen vorgesehen sein kann.
Sollte es erforderich sein, kann auch noch bei allen Ausführungsformen 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 konkreten Ausgestaltung, wie sie durch die Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 - 4 veranschaulicht ist, gegen Torsionsmomente und ge- gen 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 Wicklung 20 aufweisen. Damit ist auch ein sicherer Wicklungsschutz realisiert.
Claims
1. Aufhängung für eine Drehmoment erzeugende, aufnehmende und/oder übertragende Baugruppe im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor, wobei
- ein erstes, sich nicht drehendes Teil (18, 22) der Baugruppe (10) mit dem Motorblock des Verbrennungsmotors (12) durch ein Koppelelement (40; 50) im wesentlichen drehfest 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, da- durch gekennzeichnet, daß
- die Baugruppe (10) Materialien aufweist, die einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben als das Material des Motorblocks des Verbrennungsmotors (12), und
- das Koppelelement (40; 50) in radialer Richtung nachgiebig ist, so daß es sich unter Wärmeausdehnung/Kontraktion leicht verformt.
2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Baugruppe ein Elektromotor (10), vorzugsweise ein Asyn- chronmotor ist, und wobei das erste, sich nicht drehende Teil der Stator (18) und das zweite, sich drehende Teil der Rotor (16) des Elektromotors ist.
3. Aufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
- das Koppelelement eine sich in im wesentlichen radialer Richtung erstreckende Scheibe (40) ist, an der wenigstens ein zur Abtriebswelle (14) im wesentlichen koaxial orientierter Flansch (42) ausgebildet ist, der in radialer Richtung ver- formbar ist, wobei die Scheibe (40) mit dem Motorblock verbunden ist und der Flansch (42) mit dem Stator (18) verbunden ist.
4. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß
- an dem von der Scheibe (40) abliegenden Ende jedes Flansches (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 ersten, sich nicht drehenden Teil (18) der Baugruppe (10) verbindet.
5. Aufhängung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
- die äußere Oberfläche des ersten, sich nicht drehenden Teils der Baugruppe, der oder jeder Flansch und die Stege ei- nen ringförmigen Raum (46) begrenzen, der von einem Kuhlfluid durchströmbar ist.
6. Aufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Scheibe durch zwei ringförmige aneinandergefügte Blech- teile 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
- an dem von der Scheibe abliegenden Ende des Flansches dieser mit dem ersten, sich nicht drehenden Teil der Baugruppe einstückig verbunden ist.
8. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- 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) angeordnet sind und radial weiter innenliegende in radialer Richtung nachgiebige Stege (56) ausgebildet sind.
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