WO2019166406A1 - Antriebseinheit für ein kraftfahrzeug, insbesondere für einen kraftwagen - Google Patents

Antriebseinheit für ein kraftfahrzeug, insbesondere für einen kraftwagen Download PDF

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WO2019166406A1
WO2019166406A1 PCT/EP2019/054677 EP2019054677W WO2019166406A1 WO 2019166406 A1 WO2019166406 A1 WO 2019166406A1 EP 2019054677 W EP2019054677 W EP 2019054677W WO 2019166406 A1 WO2019166406 A1 WO 2019166406A1
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WO
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rotor
stator
drive unit
centering
axial
Prior art date
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PCT/EP2019/054677
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Inventor
Thomas Lechthaler
Bernhard Ziegler
Tobias Schuster
Jan Velthaus
Bernd Koppitz
Lukas Rube
Martin Schwarz
Axel Lange
Original Assignee
Daimler Ag
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/16—Centering rotors within the stator; Balancing rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
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    • H02K15/0006—Disassembling, repairing or modifying dynamo-electric machines
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/006—Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention relates to a drive unit for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • Such a drive unit for a motor vehicle in particular for a motor vehicle, can already be seen, for example, from EP 2 806 541 A1 as known.
  • Drive unit comprises an electric machine, by means of which, for example, the motor vehicle is driven.
  • the electric machine has a stator and a rotor, which is drivable by the stator and thereby rotatable about an axis of rotation relative to the stator.
  • the drive unit further comprises at least one centering device which has at least one first centering element provided on the rotor and at least one second centering element provided on the stator.
  • EP 3 079 238 A1 discloses an electrical machine arrangement for a motor vehicle drive train.
  • Object of the present invention is to develop a drive unit of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous transport and a particularly simple, damage-free installation of the drive unit can be realized.
  • This object is achieved by a drive unit having the features of patent claim 1.
  • Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
  • the first centering element is covered in the radial outward direction by the second centering element at least in a region which has a continuously extending in the axial direction length, which corresponds at least to the axial play.
  • the length is greater than the axial play. It has proven to be particularly advantageous if the length is at least 1.5 times as large as the axial clearance.
  • the length is also referred to as overlap or axial overlap.
  • the axial overlap is for example also designated by Ü, wherein the axial play is also denoted by Z, for example. It has proved to be particularly advantageous if:
  • the rotor is non-rotatably connected to a starting element of the drive unit.
  • the starting element is designed as a hydrodynamic torque converter, wherein the rotor of the electric machine is rotatably connected to a pump or a pump impeller of the hydrodynamic torque converter.
  • the drive unit comprises in this embodiment of the invention, in particular at least the electric machine, the starting element and a transmission, in particular an automatic transmission.
  • Centering of the drive unit according to the invention allows particularly advantageous that a drive train concept for a motor vehicle with an electric machine with a radially in the gear housing (which rotatably with the
  • Control housing of the engine is connected) mounted rotor and in the operating state also on or in the output shaft of the internal combustion engine (VKM) radially and axially stored rotor is possible.
  • VKM internal combustion engine
  • In the transport state eliminates the VKM side bearing of the rotor.
  • the radial bearing takes over the centering unit and the axial bearing of the rotor is axially displaceable in the gear housing.
  • the stator is rotatably (and axially non-displaceable) connected to the transmission housing in each state.
  • Torque converter fixedly connected rotor in the transmission is provided to allow a swelling movement of the hydrodynamic torque converter in operation.
  • the drive unit In finished manufactured state of the motor vehicle, the drive unit is in an operating state in which the drive unit with the example as
  • Reciprocating engine trained internal combustion engine is coupled.
  • the described storage of the drive unit, in particular of the starting element and the rotor takes place in the form of a radial and axial bearing at a first location, so that, for example, the starting element and the rotor in the operating state at the first location, in particular in, the Output shaft of the internal combustion engine are stored. Since the drive unit in the operating state, for example, the described storage of the drive unit, in particular of the starting element and the rotor takes place in the form of a radial and axial bearing at a first location, so that, for example, the starting element and the rotor in the operating state at the first location, in particular in, the Output shaft of the internal combustion engine are stored. Since the drive unit in the
  • Transport state of the internal combustion engine is solved or separated, the previously described, provided in the operating state connection of the drive unit with the output shaft in the transport state and thus the radial and axial storage at the first location is not provided. Furthermore are
  • the starting element and the rotor in the operating state at at least one second point spaced from the first location at one as well
  • Triebkopfgetude designated housing of the drive device, in particular in the radial direction, stored.
  • storage is provided at a second location, but storage at the first location is not formed.
  • the rotor of the electric machine in the operation of the drive unit permanently rotatably with an output shaft of
  • the rotor of the electric machine is always indirectly with an output shaft of the
  • Drive unit is designed in particular as a starter generator for displaying a micro or mild hybrid functionality for a motor vehicle.
  • the drive unit according to this embodiment of the invention it is particularly advantageous possible to integrate the electric machine in a delivery drive unit and not in the scope of supply of the internal combustion engine, without technically consuming to provide an additional axial bearing of the rotor in the drive unit, while safe and damage-free transport and installation is possible.
  • the axial bearing of the rotor is obtained in the operating state. If an additional axial bearing point of the rotor in the drive unit present (for the transport state), the system would be stored axially overdetermined in the operating state.
  • the extension can be inventively designed in particular as a provided on the outer circumference of a connecting element sheet metal segment, wherein the connecting element fixed to the
  • Anfahrelement connected and is provided for a firm connection of the starting element to an internal combustion engine in the installed state in the motor vehicle.
  • the centering device is designed such that the second centering element is arranged radially surrounding and over an axially extending region overlapping the first centering element, the region extending over an axial length, which at least one means of the axial support and the extension between the stator and corresponds to the rotor formed axial play.
  • the Axialhalterung for limiting the axial degrees of freedom of the rotor in the transport and mounting state is required.
  • a drive train with a drive unit according to this embodiment of the invention advantageously has a smaller axial length than a drive train with a starter generator, which
  • internal combustion engine side is integrated into the drive train of the motor vehicle.
  • In one embodiment of the invention is in a transport state, in which the drive unit of a corresponding internal combustion engine of the
  • Axial holder turns out.
  • the rotation is, for example, by means of a Charge carrier in the transport representable, which is shaped so that this
  • a releasable connecting element with the stator.
  • a releasable connection element is to be understood in the context of the invention, in particular a screw connection.
  • a so-called flexplate screw which is provided in the operating state and in the transport state, however, is not formed.
  • the flexplate screw connection realizes in particular an axial fixation of the
  • the starting element and the rotor are fixed in the axial direction relative to the stator.
  • the starting element and the rotor which are collectively referred to as rotating components, occupy a working position relative to the stator.
  • the centering unit avoids contact between the rotor and the stator.
  • damage to the drive unit can be avoided in the transport state and in the assembly.
  • the centering unit allows pre-centering of the rotor relative to the stator.
  • the assembly of the drive unit, for example integrated in a transmission, to the internal combustion engine can be carried out particularly easily.
  • a so-called adhesion of the rotor to the stator resulting from magnetic forces is prevented and radial degrees of freedom of these rotating components are restricted.
  • Drive units offers. Due to the fact that in the case of the drive unit according to the invention in the transport state said axial clearance is provided, axial
  • Tension in a combustion engine and the drive unit comprehensive powertrain of the motor vehicle can be avoided.
  • dynamic, axial deformations of the flexplate during operation cause axial degrees of freedom of the rotating components of the drive unit.
  • FIG. 1 in fragmentary form a schematic longitudinal sectional view of a
  • FIG. 3 a detail of a schematic longitudinal sectional view of the
  • Fig. 1 shows a detail in a schematic longitudinal sectional view of a
  • Fig. 1 is an operating condition
  • the drive unit 10 assumes its operating state in the fully manufactured state of the motor vehicle, wherein the motor vehicle has a drive train in its completely manufactured state.
  • the motor vehicle is drivable by means of the drive train, wherein the drive train, the drive unit 10 and also as
  • Internal combustion engine has designated internal combustion engine.
  • Internal combustion engine is designed for example as a reciprocating piston engine and has a particular designed as a crankshaft 12 output shaft.
  • Drive unit 10 comprises, in particular, a transmission, which is not recognizable in FIG. 1, and an electric machine 14, which has a stator 16 and a rotor 18.
  • the electric machine 14 may provide 18 torques via its rotor, for example.
  • the internal combustion engine 12 can provide torques via the crankshaft.
  • respective wheels of the motor vehicle via the transmission of those of the electric machine 14 and of the
  • the rotor 18 is of the stator 16 driven and thereby rotatable about a recognizable from Fig. 2 rotation axis 20 relative to the stator 16.
  • a central axis 21 of the stator 16 can be seen.
  • An arrow 38 illustrates the gravitational acceleration.
  • the drive unit 10 further comprises a starting element 22, which as
  • hydrodynamic torque converter is formed. The of the electrical
  • Engine 14 and the torques provided by the internal combustion engine can be introduced via the starting element 22 in the transmission, whereby the transmission and the motor vehicle over this total are driven.
  • the drive train further comprises a plate 23, which is used as a connection plate.
  • the starting element 22 has a connection element 19, via which the starting element 22 can be connected to the plate 23.
  • the plate 23 is a so-called flexplate, which in the axial direction of the drive train or the drive unit 10 is elastically deformable.
  • the axial direction of the drive unit 10 coincides with the axial direction of the electric machine 14 and thereby with the axis of rotation 20.
  • the plate 23 (flexplate) is rotatably connected to the crankshaft 12.
  • the starting element 22 and the rotor 18 are also referred to as rotating components.
  • the rotor 18 is rotatably connected to the starting element 22.
  • the rotor 18 is rotatably connected to an input element of the starting element 22, wherein the provided by the electric machine 14 via the rotor 18 torques on the input element can be introduced into the starting element 22.
  • Starting element 22 in this case comprises an output element, which of the
  • the starting element 22 may be a hydrodynamic torque converter or a starting clutch.
  • the starting element 22 may be a hydrodynamic torque converter or a starting clutch.
  • Torques are transmitted from the rotor 18 in the input member and from the input member into the output member, so that the starting element 22 can provide the torque provided by the electric machine 14 via the rotor 18 via the output member.
  • the transmission is drivable via the output member of the input member.
  • Torque converter trained starting element 22 is an impeller, the output element is a driven by the impeller turbine wheel.
  • the drive unit 10 In the operating state, and thus in the finished raised state of the motor vehicle, the drive unit 10 is connected to the plate 23, in particular such that the rotating components at least indirectly rotating test are connected to the plate 23.
  • the rotating components are at least indirectly screwed to the plate 23, so that a Flexplate screw is provided by means of which the rotating components are at least indirectly connected to the plate 23.
  • Axial mounting of the rotating components is provided in the operating state via this flexplate screw connection, as a result of which the rotating components are fixed or fixed relative to the stator 16 in the axial direction of the drive unit 10.
  • the drive unit 10 is mounted in the operating state on, in particular, the crankshaft 12.
  • a radial bearing of the rotating components in particular, provided in the crankshaft 12, so that the rotating components are mounted at least indirectly in the radial direction, in particular in, the crankshaft 12.
  • the drive unit 10 further comprises a housing 24, which also as
  • Triebkopfgetude is called.
  • the electric machine 14 and the starting element 22 are each at least partially, in particular at least substantially completely, accommodated in the housing 24.
  • the rotating components are mounted at least indirectly in the radial direction on the housing 24.
  • the rotating components are mounted at a first location S1 in the radial direction, in particular in, the crankshaft 12.
  • a second location S2 which is at a distance from the first location S1 in the axial direction S1
  • the rotating components are mounted on the housing 24 in the radial direction.
  • respective radial bearings of the rotating components are provided at points S1 and S2.
  • a gap S between the stator 16 and the rotor 18 is set, wherein the gap S is arranged in the radial direction to the stator 16 and the rotor 18.
  • the defined gap S between the stator 16 and the rotor 18 is formed by the radial bearings, so that there is no contact between the stator 16 and the rotor 18.
  • Axialhalterung is provided which is fixedly connected to the stator.
  • the retaining clip 25 is over at least one as Screw connection formed connecting element 29 connected to the housing 24.
  • the Axialhalterung is for a recording of a fixed to the rotor
  • extension 27 is provided, the extension 27 is formed as a sheet metal segment, which is arranged on the outer circumference of the connecting element 19.
  • the retaining clip 25 is provided for limiting the axial degrees of freedom of the rotor in the transport and mounting state.
  • FIG. 2 illustrates an operating state
  • FIG. 3 illustrates a transport state of the drive unit 10 designated T.
  • the drive unit 10 is also referred to as the internal combustion engine
  • Transport state T is not supported on or in the crankshaft 12 so that degrees of freedom are provided in the radial direction, due to which the rotating components and thus in particular the rotor 18 in the radial direction can move relative to the stator 16, if no countermeasures are provided.
  • there may be a radial play between the rotating components and the stator 16 due to the radial clearance and in particular if this radial clearance is not otherwise limited to touch between the stator 16 and the rotor 18 can come.
  • Such touches may be due in particular to magnetic forces of the electric machine 14 and due to
  • the drive unit 10 comprises a centering device 26, which is also referred to as a centering unit.
  • the centering device 26 comprises at least one provided on the stator 16 first centering element 28, which has an outer ring 30 in the embodiment illustrated in the figures.
  • the centering element 28 may, for example, optionally have a wear layer 31, with which a radially inwardly facing,
  • Inner circumferential side surface 32 of the outer ring 30 is provided. Due to the radial sum tolerances, starting at the radial bearing point S1 over all
  • the centering element 28 comprises a wear layer 31, with which a radially inwardly facing, inner peripheral side shell surface 32 of the outer ring 30 is provided. This wear layer can wear in the operating condition and ensure the required radial clearance.
  • Preferred structural embodiment is a
  • the centering unit 26 further includes a second rotor 18 provided on the second
  • Centering element 34 which has an inner ring 36 in the embodiment shown in the figures.
  • the centering element 28 is provided on the stator 16, is to be understood in particular that the centering element 28 is at least indirectly rotatably connected to the stator 16.
  • the example is the example
  • Centering element 28 rotatably fixed to the housing 24, wherein the stator 16 is at least indirectly fixed non-rotatably on the housing 24.
  • the centering element 34 is provided on the rotor 18, it is to be understood that the centering element 34 is at least indirectly connected to the rotor 18 in a rotationally fixed manner. It is conceivable that the centering element 34 is at least indirectly or directly rotatably connected to the starting element 22. Thus, the centering element 34 is rotatable with the rotor 18.
  • the gap of the Gap S is greater than the gap of the gap SP, be sure by means of the centering elements 28 and 34, despite the fact that in the transport state T, the radial clearance between the stator 16 and the rotor 18 is provided, contact between the stator 16 and the rotor 18 safely avoided. If, for example, the rotor 18 moves toward the stator 16 in the radial direction, then the centering elements 28 and 34 move in
  • an axial clearance Z between the rotor 18 and the stator 16 is provided in the transport state T.
  • Under the axial play Z is to be understood in particular that extending in the axial direction
  • the first centering element 34 is in the radial direction outwards through the second
  • Centering element 28 at least covered in a region B, which has a continuous in the axial direction extending length L, which corresponds at least to the axial play Z.
  • the length L is also referred to as axial overlap of the centering device 26, wherein preferably:
  • the outer ring 30 is provided with the wear layer 31, the inner ring 36 is not in direct contact with the outer ring 30, but the inner ring 36 is supported on the wear ring 31 on the outer ring 30. As a result, excessive wear can be avoided.
  • the axis-shaped part is a non-rotating part with respect to the rotation axis 20.
  • the centering element 28 is thus, for example, a first ring or annular, wherein by means of the first ring, in particular by means of its inner diameter, a Centering is feasible, in the context of which the rotor 18 can be centered relative to the stator 16 in the radial direction.
  • the inner ring 36 is an axis-near part of the centering unit and thereby, for example, part of the rotor 18 or indirectly rotating test connected to the rotor 18, so that the near-axis part with respect to the rotation axis 20 is rotating.
  • the centering element 34 is a second ring or likewise annular, or the centering element 34 may be formed ringed segmented, wherein by means of the second ring, in particular by means of its outer diameter, the centering function described above is realized or feasible.
  • the outer diameter and the inner diameter are preferably one above the other in the axial direction or position, for example, during the
  • Transport state T the outer diameter of the inner diameter at least temporarily applied.
  • Axial dimensions of the centering unit are adjusted such that, despite the axial play Z in the transport state T, the axial overlap between the off-axis portion and the near-axis portion is always given to a radial bearing
  • a material combination between outer ring and inner ring of the centering unit is preferably chosen so that there is no metallic abrasion or wear during contact and relative movement.
  • the contact surface should have a sufficiently good surface quality or
  • the gap SP is also referred to as a centering gap, the dimensions of which are preferably designed such that the gap dimension of the centering gap is smaller than the gap dimension of the gap S of the electric machine 14 in every situation. As a result, an undesirable contact between the rotor 18 and the stator 16 safely prevented.
  • the gap of the centering gap is preferably designed so that it in no

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine (14), welche einen Stator (16) und einen von dem Stator (16) antreibbaren und dadurch relativ zu dem Stator (16) drehbaren Rotor (18) aufweist, und mit einer wenigstens ein an dem Rotor (18) vorgesehenes erstes Zentrierelement (34) und wenigstens ein an dem Stator (16) vorgesehenes zweites Zentrierelement (28) aufweisenden Zentriereinrichtung (26), mittels welcher ein Radialspiel zwischen dem Stator (16) und dem Rotor (18) vorgesehen ist, so dass der Rotor (18) und der Stator (16) gegen gegenseitige Berührungen gesichert sind, das zweite Zentrierelement (28) radial umgebend und über einen axial sich erstreckenden Bereich (B) überlappend zu dem ersten Zentrierelement (34) angeordnet ist, wobei eine Axialhalterung vorgesehen ist, welche fest mit dem Stator (16) verbunden ist und welche zu einer Aufnahme eines fest mit dem Rotor (18) verbundenen Fortsatzes (27) vorgesehen ist, wobei der Bereich (B) sich über eine axiale Länge (L) erstreckt, welche mindestens einem, mittels der Axialhalterung (25) und dem Fortsatz zwischen dem Stator (16) und dem Rotor (18) ausgebildeten, Axialspiel entspricht.

Description

Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der EP 2 806 541 A1 als bekannt zu entnehmen. Die
Antriebseinheit umfasst eine elektrische Maschine, mittels welcher beispielsweise das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf, welcher von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Die Antriebseinheit umfasst ferner wenigstens eine Zentriereinrichtung, welche wenigstens ein an dem Rotor vorgesehenes erstes Zentrierelement und wenigstens ein an dem Stator vorgesehenes zweites Zentrierelement aufweist. Mittels der Zentriereinrichtung, insbesondere mittels der Zentrierelemente, sind in einem
Transportzustand, in welchem die Antriebseinheit von einer korrespondierenden
Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs gelöst ist, sodass ein Radialspiel zwischen dem Stator und dem Rotor vorgesehen ist, der Rotor und der Stator gegen gegenseitige Berührung gesichert.
Außerdem offenbart die EP 3 079 238 A1 eine elektrische Maschinenanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Transport und eine besonders einfache, schadensfreie Montage der Antriebseinheit realisierbar sind. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Antriebseinheit der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Transport und eine besonders einfache Montage der Antriebseinheit realisiert werden können, ohne, dass die rotierenden Bauteile der Antriebseinheit im Betriebszustand überbestimmt gelagert sind, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Transportzustand ein Axialspiel zwischen dem Rotor und dem Stator vorgesehen ist. Unter dem Radialspiel ist ein in radialer Richtung verlaufendes erstes Spiel zwischen dem Stator und dem Rotor zu verstehen, wobei unter dem Axialspiel ein in axialer Richtung der Antriebseinheit verlaufendes zweites Spiel zwischen dem Stator und dem Rotor zu verstehen ist. Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das erste Zentrierelement in radialer Richtung nach außen durch das zweite Zentrierelement zumindest in einem Bereich überdeckt ist, welcher eine in axialer Richtung durchgängig verlaufende Länge aufweist, die mindestens dem Axialspiel entspricht. Vorzugsweise ist die Länge größer als das Axialspiel. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Länge mindestens 1 ,5 mal so groß wie das Axialspiel ist. Die Länge wird auch als Überdeckung oder als axiale Überdeckung bezeichnet. Die axiale Überdeckung wird beispielsweise auch mit Ü bezeichnet, wobei das Axialspiel beispielsweise auch mit Z bezeichnet wird. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn gilt:
Ü > 1 ,5 x Z
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor drehfest mit einem Anfahrelement der Antriebseinheit verbunden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Anfahrelement als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgebildet, wobei der Rotor der elektrischen Maschine drehfest mit einer Pumpe bzw. einem Pumpenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers verbunden ist. Die Antriebseinheit umfasst bei dieser Ausgestaltung der Erfindung insbesondere zumindest die elektrische Maschine, das Anfahrelement und ein Getriebe, insbesondere ein Automatikgetriebe. Die
Zentriereinrichtung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ermöglicht besonders vorteilhaft, dass ein Antriebsstrangkonzept für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine mit einem radial im Getriebegehäuse (welches drehfest mit dem
Steuergehäuse des Motors verbunden ist) gelagerten Rotor und im Betriebszustand auch an oder in der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine (VKM) radial und axial gelagerten Rotor möglich ist. Im Transportzustand entfällt die VKM-seitige Lagerung des Rotors. Die radiale Lagerung übernimmt die Zentriereinheit und die axiale Lagerung des Rotors ist im Getriebegehäuse axial verschiebbar ausgestaltet. Der Stator ist in jedem Zustand drehtest (und axial nicht verschiebbar) mit dem Getriebegehäuse verbunden. Die axial verschiebliche Ausgestaltung der Lagerung des mit dem hydrodynamischen
Drehmomentwandler fest verbundenen Rotors im Getriebe ist vorzusehen, um eine Blähbewegung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers im Betrieb zu ermöglichen.
In fertig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs befindet sich die Antriebseinheit in einem Betriebszustand, in welchem die Antriebseinheit mit der beispielsweise als
Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist. In dem Betriebszustand erfolgt beispielsweise die beschriebene Lagerung der Antriebseinheit, insbesondere des Anfahrelements und des Rotors, in Form einer radialen und axialen Lagerung an einer ersten Stelle, sodass beispielsweise das Anfahrelement und der Rotor in dem Betriebszustand an der ersten Stelle an, insbesondere in, der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine gelagert sind. Da die Antriebseinheit in dem
Transportzustand von der Verbrennungskraftmaschine gelöst beziehungsweise getrennt ist, ist die zuvor beschriebene, in dem Betriebszustand vorgesehene Verbindung der Antriebseinheit mit der Abtriebswelle in den Transportzustand und damit auch die radiale und axiale Lagerung an der ersten Stelle nicht vorgesehen. Des Weiteren sind
beispielsweise das Anfahrelement und der Rotor in dem Betriebszustand an wenigstens einer von der ersten Stelle beabstandeten zweiten Stelle an einem auch als
Triebkopfgehäuse bezeichneten Gehäuse der Antriebseinrichtung, insbesondere in radialer Richtung, gelagert. In dem Transportzustand ist die Lagerung an einer zweiten Stelle vorgesehen, während jedoch die Lagerung an der ersten Stelle nicht ausgebildet ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor der elektrischen Maschine im Betrieb der Antriebseinheit permanent drehfest mit einer Abtriebswelle der
Verbrennungskraftmaschine verbunden. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor der elektrischen Maschine stets mittelbar mit einer Abtriebswelle der
Verbrennungskraftmaschine verbunden. Im Rahmen der Erfindung ist die
Verbrennungskraftmaschine insbesondere als Hubkolbenmaschine ausgebildet, die Abtriebswelle insbesondere als Kurbelwelle. Die elektrische Maschine der
erfindungsgemäßen Antriebseinheit ist insbesondere als Startergenerator zur Darstellung einer Mikro- oder Mild-Hybrid-Funktionalität für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Für die Antriebseinheit gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es besonders vorteilhaft möglich, die elektrische Maschine in einen Lieferumfang Antriebseinheit zu integrieren und nicht in den Lieferumfang der Verbrennungskraftmaschine, ohne technisch aufwändig eine zusätzliche axiale Lagerstelle des Rotors in der Antriebseinheit vorsehen zu müssen, wobei trotzdem sicherer und schadensfreier Transport und Montage möglich ist. Durch die Verschraubung des Rotors mit der VKM zur Drehmomentübertragung (Flexplate-Verschraubung), wird im Betriebszustand die axiale Lagerung des Rotors erwirkt. Wäre eine zusätzliche axiale Lagerstelle des Rotors in der Antriebseinheit vorhanden (für den Transportzustand), wäre das System im Betriebszustand axial überbestimmt gelagert.
Für den Transportzustand und für die Montage des Antriebsstrangs ist erfindungsgemäß eine insbesondere als Halteklammer ausgebildete Axialhalterung vorgesehen, welche fest mit dem Stator verbunden ist. Die Axialhalterung ist für eine Aufnahme eines fest mit dem Rotor verbundenen Fortsatzes vorgesehen, Der Fortsatz kann erfindungsgemäß insbesondere als eine am äußeren Umfang eines Anbindungselements vorgesehenes Blechsegment ausgebildet sein, wobei das Anbindungselement fest mit dem
Anfahrelement verbunden und für eine feste Verbindung des Anfahrelements an eine Verbrennungskraftmaschine im eingebauten Zustand im Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
Die Zentriereinrichtung ist dergestalt ausgebildet, dass das zweite Zentrierelement radial umgebend und über einen axial sich erstreckenden Bereich überlappend zu dem ersten Zentrierelement angeordnet ist, wobei der Bereich sich über eine axiale Länge erstreckt, welche mindestens einem mittels der Axialhalterung und dem Fortsatz zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildeten Axialspiel entspricht. Mit anderen Worten ist die Axialhalterung für eine Begrenzung der axialen Freiheitsgrade des Rotors im Transport- und Montagezustand erforderlich. Ein Antriebsstrang mit einer Antriebseinheit gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung weist vorteilhaft eine geringere axiale Baulänge auf als ein Antriebsstrang mit einem Startergenerator, welcher
verbrennungskraftmaschinenseitig in den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs eingebunden ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in einem Transportzustand, in welchem die Antriebseinheit von einer korrespondierenden Verbrennungskraftmaschine des
Kraftfahrzeugs gelöst ist, eine Verdrehsicherung für den Rotor vorgesehen, welche den Rotor gegen radiale Verdrehung sichert. Vorteilhaft kann mit dieser Ausgestaltung der Erfindung sichergestellt werden, dass sich das Blechsegment des Anbindungselements während des Transports nicht verdreht und sich aus einem Umfangsbereich der
Axialhalterung hinausdreht. Die Verdrehsicherung ist beispielsweise mittels eines Ladungsträgers im Transport darstellbar, welcher so geformt ist, dass dieser das
Anbindungselement gegen Verdrehen sichert.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in die Axialhalterung mittels mindestens einem lösbaren Verbindungselement mit dem Stator fest verbunden. Unter einem lösbaren Verbindungselement ist im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Schraubverbindung zu verstehen. Vorteilhaft kann somit eine Befestigung der Axialhalterung an dem
Gehäuse des Getriebes nach einer Montage des Anfahrelements und des
Anbindungselements erfolgen.
Eine drehmomentfeste beziehungsweise drehmomentübertragende Verbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der Abtriebswelle, und dem
Anfahrelement und dem Rotor in einem fertig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs erfolgt beispielsweise über eine sogenannte Flexplate-Verschraubung, welche in dem Betriebszustand vorgesehen und in dem Transportzustand jedoch nicht ausgebildet ist. Die Flexplate-Verschraubung realisiert insbesondere eine axiale Fixierung des
Anfahrelements und des Rotors an einer sogenannten Flexplate, wodurch in dem
Betriebszustand das Anfahrelement und der Rotor in axialer Richtung relativ zu dem Stator fixiert sind. Somit nehmen in dem Betriebszustand das Anfahrelement und der Rotor, welche zusammenfassend auch als rotierende Bauteile bezeichnet werden, eine Arbeitsposition relativ zu dem Stator ein.
Somit ist erkennbar, dass erst in montiertem Zustand, das heißt erst in dem
Betriebszustand die rotierenden Bauteile relativ zu dem Stator zentriert und axial bestimmt gelagert sind. Zuvor, das heißt in dem Transportzustand jedoch, ist die
Lagerung der rotierenden Bauteile insbesondere relativ zu dem Stator unbestimmt, wobei insbesondere Freiheitsgrade in radialer Richtung vorgesehen sind. Somit ist der Rotor nicht zum Stator zentriert. Gleichzeitig führt die fehlende Flexplate-Verschraubung zu axialen Freiheitsgraden der rotierenden Bauteile relativ zum Stator.
Aufgrund der genannten Freiheitsgrade kann es zu einem Kontakt zwischen dem Stator und dem Rotor kommen, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Aus solchen Kontakten können mechanischer Verschleiß und Beschädigungen resultieren, insbesondere innerhalb eines Transport- und/oder Logistikprozesses und bei der Montage der Antriebseinheit an der Verbrennungskraftmaschine. Die Montage der Antriebseinheit an der Verbrennungskraftmaschine ist aufgrund der radialen
Freiheitsgrade sowie aufgrund von magnetischen Kräften der elektrischen Maschine sehr anspruchsvoll, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind.
Halteklammern können zwar die axialen Freiheitsgrade zwischen Stator und Rotor während des Transports einschränken, um übermäßige Relativbewegungen und
Kontakten zwischen den rotierenden Bauteilen und dem Stator zu vermeiden, jedoch stellen Halteklammern keine Gegenmaßnahme gegen Kontakte zwischen Rotor und Stator und damit möglichen Beschädigungen in der Montage dar.
Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun bei der erfindungsgemäßen Antriebseinheit vermieden werden, da die Zentriereinheit einen Kontakt zwischen dem Rotor und dem Stator vermeidet. Hierdurch können in dem Transportzustand und in der Montage Beschädigungen der Antriebseinheit vermieden werden. Des Weiteren ist es möglich, einen in radialer Richtung zwischen dem Stator und dem Rotor vorgesehenen Spalt der elektrischen Maschine besonders eng beziehungsweise klein auszuführen, da die Zentriereinheit einen Kontakt zwischen dem Stator und dem Rotor verhindert. Dies kann Vorteile bezüglich der Leistungsdichte beziehungsweise dem Wirkungsgrad der elektrischen Maschine bedeuten. Des Weiteren ermöglicht die Zentriereinheit eine Vorzentrierung des Rotors relativ zu dem Stator. Durch die Vorzentrierung der rotierenden Bauteile kann die Montage der beispielsweise in einem Getriebe integrierten Antriebseinheit an die Verbrennungskraftmaschine besonders einfach durchgeführt werden. Ein sogenanntes, aus Magnetkräften resultierendes Ankleben des Rotors an dem Stator wird verhindert, und radiale Freiheitsgrade dieser rotierenden Bauteile werden eingeschränkt.
Insgesamt ist erkennbar, dass die Erfindung ein Anbindungs- beziehungsweise
Lagerungskonzept der elektrischen Maschine darstellt, wobei das Anbindungs- und Lagerungskonzept Bauraum- und Kostenvorteile gegenüber herkömmlichen
Antriebseinheiten bietet. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Antriebseinheit in dem Transportzustand das genannte Axialspiel vorgesehen ist, können axiale
Verspannungen in einem die Verbrennungskraftmaschine und die Antriebseinheit umfassenden Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs vermieden werden. Zudem bedingen dynamische, axiale Verformungen der Flexplate im Betrieb axiale Freiheitsgrade der rotierenden Bauteile der Antriebseinheit.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer
erfindungsgemäßen Antriebseinheit in einem Betriebszustand;
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der
Antriebseinheit in einem Betriebszustand; und
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der
Antriebseinheit in einem Betriebszustand.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Längsschnittansicht eine
Antriebseinheit 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen, wobei in Fig. 1 ein Betriebszustand
beziehungsweise eine Betriebsposition der Antriebseinheit 10 veranschaulicht ist. Die Antriebseinheit 10 nimmt ihren Betriebszustand in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs an, wobei das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand einen Antriebsstrang aufweist. Das Kraftfahrzeug ist dabei mittels des Antriebsstrangs antreibbar, wobei der Antriebsstrang die Antriebseinheit 10 sowie eine auch als
Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine aufweist. Die
Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist eine insbesondere als Kurbelwelle 12 ausgebildete Abtriebswelle auf. Die
Antriebseinheit 10 umfasst insbesondere ein in Fig. 1 nicht erkennbares Getriebe und eine elektrische Maschine 14, welche einen Stator 16 und einen Rotor 18 aufweist. Die elektrische Maschine 14 kann beispielsweise über ihren Rotor 18 Drehmomente bereitstellen. Ferner kann die Verbrennungskraftmaschine über die Kurbelwelle 12 Drehmomente bereitstellen. Dabei sind jeweilige Räder des Kraftfahrzeugs über das Getriebe von den von der elektrischen Maschine 14 beziehungsweise von der
Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten Drehmomenten antreibbar, wodurch das Kraftfahrzeug insgesamt angetrieben werden kann. Der Rotor 18 ist dabei von dem Stator 16 antreibbar und dadurch um eine aus Fig. 2 erkennbare Drehachse 20 relativ zu dem Stator 16 drehbar. Außerdem ist in Fig. 3 eine Mittelachse 21 des Stators 16 erkennbar. Durch einen Pfeil 38 ist die Erdbeschleunigung veranschaulicht.
Die Antriebseinheit 10 umfasst ferner ein Anfahrelement 22, welches als
hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgebildet ist. Die von der elektrischen
Maschine 14 beziehungsweise die von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten Drehmomente sind über das Anfahrelement 22 in das Getriebe einleitbar, wodurch das Getriebe und über dieses das Kraftfahrzeug insgesamt antreibbar sind.
Der Antriebsstrang umfasst des Weiteren eine Platte 23, welche als Anbindungsplatte verwendet wird. Das Anfahrelement 22 weist ein Anbindungselement 19 auf, über welches das Anfahrelement 22 mit der Platte 23 verbindbar ist. Die Platte 23 ist eine sogenannte Flexplate, welche in axialer Richtung des Antriebsstrangs beziehungsweise der Antriebseinheit 10 elastisch verformbar ist. Die axiale Richtung der Antriebseinheit 10 fällt dabei mit der axialen Richtung der elektrischen Maschine 14 und dabei mit der Drehachse 20 zusammen. Die Platte 23 (Flexplate) ist drehfest mit der Kurbelwelle 12 verbunden. Im Folgenden werden das Anfahrelement 22 und der Rotor 18 auch als rotierende Bauteile bezeichnet. Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, ist der Rotor 18 drehfest mit dem Anfahrelement 22 verbunden. Insbesondere ist dabei der Rotor 18 drehfest mit einem Eingangselement des Anfahrelements 22 verbunden, wobei die von der elektrischen Maschine 14 über den Rotor 18 bereitgestellten Drehmomente über das Eingangselement in das Anfahrelement 22 eingeleitet werden können. Das
Anfahrelement 22 umfasst dabei ein Ausgangselement, welches von dem
Eingangselement des Anfahrelements 22 antreibbar ist. Das Anfahrelement 22 kann ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder aber eine Anfahrkupplung sein. Somit können die von der elektrischen Maschine 14 über den Rotor 18 bereitgestellten
Drehmomente von dem Rotor 18 in das Eingangselement und von dem Eingangselement in das Ausgangselement übertragen werden, sodass das Anfahrelement 22 die von der elektrischen Maschine 14 über den Rotor 18 bereitgestellten Drehmoment über das Ausgangselement bereitstellen kann. Somit ist das Getriebe über das Ausgangselement von dem Eingangselement antreibbar. Das Eingangselement des als
Drehmomentwandler ausgebildeten Anfahrelements 22 ist dabei ein Pumpenrad, das Ausgangselement ein von dem Pumpenrad antreibbares Turbinenrad.
In dem Betriebszustand und somit in dem fertighergesteilten Zustand des Kraftfahrzeugs ist die Antriebseinheit 10 an die Platte 23 angebunden, insbesondere derart, dass die rotierenden Bauteile zumindest mittelbar drehtest mit der Platte 23 verbunden sind.
Hierzu sind die rotierenden Bauteile zumindest mittelbar mit der Platte 23 verschraubt, sodass eine Flexplate-Verschraubung vorgesehen ist, mittels welcher die rotierenden Bauteile zumindest mittelbar an die Platte 23 angebunden sind. Über diese Flexplate- Verschraubung ist in dem Betriebszustand eine axiale Lagerung der rotierenden Bauteile vorgesehen, wodurch die rotierenden Bauteile in axialer Richtung der Antriebseinheit 10 relativ zu dem Stator 16 fixiert beziehungsweise festgelegt sind.
Darüber hinaus ist die Antriebseinheit 10 in dem Betriebszustand an, insbesondere in, der Kurbelwelle 12 gelagert. Hierdurch ist eine radiale Lagerung der rotierenden Bauteile an, insbesondere in, der Kurbelwelle 12 vorgesehen, sodass die rotierenden Bauteile zumindest mittelbar in radialer Richtung an, insbesondere in, der Kurbelwelle 12 gelagert sind.
Die Antriebseinheit 10 umfasst darüber hinaus ein Gehäuse 24, welches auch als
Triebkopfgehäuse bezeichnet wird. Die elektrische Maschine 14 und das Anfahrelement 22 sind jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest im Wesentlichen vollständig, in dem Gehäuse 24 aufgenommen. Dabei sind die rotierenden Bauteile zumindest mittelbar in radialer Richtung an dem Gehäuse 24 gelagert. Insgesamt ist aus Fig. 1 erkennbar, dass die rotierenden Bauteile an einer ersten Stelle S1 in radialer Richtung an, insbesondere in, der Kurbelwelle 12 gelagert sind. An einer in axialen Richtung von der ersten Stelle S1 beabstandeten zweiten Stelle S2 sind die rotierenden Bauteile in radialer Richtung an dem Gehäuse 24 gelagert. Somit sind an den Stellen S1 und S2 jeweilige radiale Lagerungen der rotierenden Bauteile vorgesehen. Durch diese radialen
Lagerungen sind die rotierenden Bauteile relativ zu dem Stator 16 gesichert
beziehungsweise gelagert, sodass insbesondere der Rotor 18 relativ zum Stator 16 in radialer Richtung positioniert beziehungsweise zentriert ist. Hierdurch ist ein Spalt S zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 18 eingestellt, wobei der Spalt S in radialer Richtung zu dem Stator 16 und dem Rotor 18 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist durch die radialen Lagerungen der definierte Spalt S zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 18 gebildet, sodass es zu keiner Berührung zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 18 kommt. Dadurch können Beschädigungen der elektrischen Maschine 14 vermieden werden.
Für den Transportzustand und für die Montage des Antriebsstrangs ist erfindungsgemäß eine als Halteklammer 25 ausgebildete Axialhalterung vorgesehen, welche fest mit dem Stator verbunden ist. Die Halteklammer 25 ist über mindestens ein als Schraubverbindung ausgebildetes Verbindungselement 29 mit dem Gehäuse 24 verbunden. Die Axialhalterung ist für eine Aufnahme eines fest mit dem Rotor
verbundenen Fortsatzes 27 vorgesehen, Der Fortsatz 27 ist als ein Blechsegment ausgebildet, welches am äußeren Umfang des Anbindungselements 19 angeordnet ist. Die Halteklammer 25 ist für eine Begrenzung der axialen Freiheitsgrade des Rotors im Transport- und Montagezustand vorgesehen.
Fig. 2 veranschaulicht einen Betriebszustand, während Fig. 3 einen mit T bezeichneten Transportzustand der Antriebseinheit 10 veranschaulicht. In dem Transportzustand T ist die Antriebseinheit 10 von der auch als Verbrennungsmotor bezeichneten
Verbrennungskraftmaschine gelöst beziehungsweise getrennt, sodass in dem
Transportzustand T die rotierenden Bauteile zwar an der zweiten Stelle S2 radial gelagert sind, jedoch sind die rotierenden Bauteile in dem Transportzustand T nicht an der Stelle S1 radial gelagert. Mit anderen Worten sind die rotierenden Bauteile in dem
Transportzustand T nicht an beziehungsweise in der Kurbelwelle 12 gelagert, sodass in radialer Richtung Freiheitsgrade vorgesehen sind, aufgrund derer sich die rotierenden Bauteile und somit insbesondere der Rotor 18 in radialer Richtung relativ zu dem Stator 16 bewegen können, falls keine Gegenmaßnahmen vorgesehen sind. Mit anderen Worten kann es aufgrund der fehlenden radialen Lagerung der rotierenden Bauteile an der Kurbelwelle 12 zu einem Radialspiel zwischen den rotierenden Bauteilen und dem Stator 16 kommen, wobei es aufgrund des Radialspiels und insbesondere dann, wenn dieses Radialspiel nicht anderweitig begrenzt ist, zu Berührungen zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 18 kommen kann. Zu solchen Berührungen kann es insbesondere aufgrund von Magnetkräften der elektrischen Maschine 14 sowie aufgrund von
Gewichtskräfte der rotierenden Bauteile kommen.
Um nun in dem Transportzustand T unerwünschte Berührungen zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 18 zu vermeiden, umfasst die Antriebseinheit 10 eine Zentriereinrichtung 26, welche auch als Zentriereinheit bezeichnet wird. Die Zentriereinrichtung 26 umfasst wenigstens ein an dem Stator 16 vorgesehenes erstes Zentrierelement 28, welches bei dem in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiel einen Außenring 30 aufweist. Ferner kann das Zentrierelement 28 beispielsweise optional eine Verschleißschicht 31 aufweisen, mit welcher eine in radialer Richtung nach innen weisende,
innenumfangsseitige Mantelfläche 32 des Außenrings 30 versehen ist. Aufgrund der radialen Summentoleranzen, beginnend an der radialen Lagerstelle S1 über alle
Einzelschnittstellen der Verbrennungskraftmaschine sowie der Antriebseinheit 10 ergibt sich der notwendige Zentrierspalt SPx (=SP ohne Verschleißschicht), damit es im Betriebszustand zu keinem Kontakt der Zentrierelemente 38 und 34 kommt.
Demgegenüber kann es im Transportzustand T zu einem solchen Kontakt K kommen.
Dabei gilt: SPx > radiale Summentoleranzen. Um die Montagesituation der
Antriebseinheit an Verbrennungskraftmaschine zu verbessern, ist es vorteilhaft den Zentrierspalt SPx weiter zu verkleinern (auf Zentrierspalt SP). In diesem Fall umfasst das Zentrierelement 28 eine Verschleißschicht 31 , mit welcher eine in radialer Richtung nach innen weisende, innenumfangsseitige Mantelfläche 32 des Außenrings 30 versehen ist. Diese Verschleißschicht kann im Betriebszustand verschleißen und den erforderlichen radialen Freigang sicherstellen. Bevorzugte konstruktive Ausführungsart ist eine
Ausführung ohne zusätzliche Verschleißschicht.
Die Zentriereinheit 26 umfasst ferner ein an dem Rotor 18 vorgesehenes zweites
Zentrierelement 34, welches bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel einen Innenring 36 aufweist. Unter dem Merkmal, dass das Zentrierelement 28 an dem Stator 16 vorgesehen ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das Zentrierelement 28 zumindest mittelbar drehfest mit dem Stator 16 verbunden ist. Dabei ist beispielsweise das
Zentrierelement 28 drehfest an dem Gehäuse 24 festgelegt, wobei auch der Stator 16 zumindest mittelbar drehfest an dem Gehäuse 24 festgelegt ist. Unter dem Merkmal, dass das Zentrierelement 34 an dem Rotor 18 vorgesehen ist, ist zu verstehen, dass das Zentrierelement 34 zumindest mittelbar drehfest mit dem Rotor 18 verbunden ist. Dabei ist es denkbar, dass das Zentrierelement 34 zumindest mittelbar oder direkt drehfest mit dem Anfahrelement 22 verbunden ist. Somit ist das Zentrierelement 34 mit dem Rotor 18 mitdrehbar.
Mittels der Zentriereinrichtung 26, insbesondere mittels der Zentrierelemente 28 und 34, ist in dem Transportzustand T, in welchem die Antriebseinheit 10 von der
Verbrennungskraftmaschine gelöst ist, sodass das zuvor genannte Radialspiel zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 18 vorgesehen ist, der Rotor 18 und der Stator 16 gegenseitige Berührungen gesichert. Sind beispielsweise in dem Transportzustand T der Stator 16 und der Rotor 18 koaxial zueinander angeordnet, so ist in radialer Richtung zwischen den Zentrierelementen 28 und 34 ein weiterer Spalt SP vorgesehen, welcher ein Spaltmaß aufweist, welches beispielsweise X beträgt. Dabei ist ferner der Spalt S zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 18 vorgesehen, wobei der Spalt S beispielsweise ein Spaltmaß aufweist, welches X + Y beträgt. Dabei bezeichnen X und Y Werte beziehungsweise Erstreckungen, die größer als Null sind. Da somit das Spaltmaß des Spalts S größer als das Spaltmaß des Spalts SP ist, werden mittels der Zentrierelemente 28 und 34 trotz des Umstands, dass in dem Transportzustand T das Radialspiel zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 18 vorgesehen ist, Berührungen zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 18 sicher vermieden. Bewegt sich beispielsweise der Rotor 18 in radialer Richtung auf den Stator 16 zu, so kommen die Zentrierelemente 28 und 34 in
gegenseitige Stützanlage, bevor der Rotor 18 den Stator 16 berührt. Somit ist auch dann, wenn sich die Zentrierelemente 28 und 34 gegenseitig berühren, ein beispielsweise mindestens Y betragender Spalt in radialer Richtung zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 18 vorgesehen, sodass Berührungen und Beschädigungen sicher vermieden werden können.
Um nun einen besonders vorteilhaften Transport sowie eine besonders vorteilhafte Montage der Antriebseinheit 10 realisieren zu können, ist in dem Transportzustand T ein Axialspiel Z zwischen dem Rotor 18 und dem Stator 16 vorgesehen. Unter dem Axialspiel Z ist insbesondere zu verstehen, dass in axialer Richtung verlaufende
Relativbewegungen zwischen dem Stator und dem Rotor 18 gezielt zugelassen werden, um dadurch unerwünschte Verspannungen im Betriebszustand zu vermeiden. Dabei ist das erste Zentrierelement 34 in radialer Richtung nach außen durch das zweite
Zentrierelement 28 zumindest in einem Bereich B überdeckt, welcher eine in axialer Richtung durchgängig verlaufende Länge L aufweist, die mindestens dem Axialspiel Z entspricht. Die Länge L wird auch als axiale Überdeckung der Zentriereinrichtung 26 bezeichnet, wobei vorzugsweise gilt:
L > 1 ,5*Z
Dadurch, dass der Außenring 30 mit der Verschleißschicht 31 versehen ist, kommt der Innenring 36 nicht in direkten Kontakt mit dem Außenring 30, sondern der Innenring 36 ist über die Verschleißschicht 31 an dem Außenring 30 abstützbar. Hierdurch kann ein übermäßiger Verschleiß vermieden werden.
Insgesamt ist erkennbar, dass bei der Antriebseinheit 10 die Zentriereinheit
(Zentriereinrichtung 26) in die elektrische Maschine 14 integriert ist. Dabei bildet der ein erstes ringförmiges Element darstellende Außenring 30 einen achsfernen Teil der Zentriereinheit, wobei dieser achsferne Teil Bestandteil des Stators 16 beziehungsweise zumindest mittelbar drehfest mit dem Stator 16 verbunden ist. Somit ist der achsförmige Teil ein bezüglich der Drehachse 20 nicht rotierendes Teil. Das Zentrierelement 28 ist somit beispielsweise ein erster Ring beziehungsweise ringförmig ausgebildet, wobei mittels des ersten Rings, insbesondere mittels dessen Innendurchmessers, eine Zentrierfunktion realisierbar ist, in deren Rahmen der Rotor 18 relativ zum Stator 16 in radialer Richtung zentrierbar ist.
Der Innenring 36 ist ein achsnaher Teil der Zentriereinheit und dabei beispielsweise Bestandteil des Rotors 18 beziehungsweise mittelbar drehtest mit dem Rotor 18 verbunden, sodass der achsnahe Teil bezüglich der Drehachse 20 rotierend ist. Dabei ist das Zentrierelement 34 ein zweiter Ring beziehungsweise ebenfalls ringförmig ausgebildet, oder das Zentrierelement 34 kann segmentiert ringförmig ausgebildet sein, wobei mittels des zweiten Rings, insbesondere mittels dessen Außendurchmessers, die zuvor beschriebene Zentrierfunktion realisiert beziehungsweise realisierbar ist. Der Außendurchmesser und der Innendurchmesser liegen vorzugsweise in axialer Richtung beziehungsweise Position übereinander, wobei beispielsweise während des
Transportzustands T der Außendurchmesser am Innendurchmesser zumindest vorübergehend anliegt.
Axiale Maße der Zentriereinheit sind dabei derart abgestimmt, dass trotz des axialen Spiels Z in dem Transportzustand T die axiale Überdeckung zwischen dem achsfernen Teil und dem achsnahen Teil stets gegeben ist, um eine radialer Lagerung
beziehungsweise Zentrierung der rotierenden Bauteile relativ zum Stator 16 durch die Zentriereinheit zu gewährleisten. Eine Materialkombination zwischen Außenring und Innenring der Zentriereinheit wird vorzugsweise so gewählt, dass es bei Kontakt und Relativbewegung zu keinem metallischen Abrieb beziehungsweise Verschleiß kommt. Hierbei sollten die Kontaktfläche eine hinreichend gute Oberflächengüte oder
Oberflächenhärte aufweisen.
Der Spalt SP wird auch als Zentrierspalt bezeichnet, dessen Maße vorzugsweise so ausgelegt sind, dass das Spaltmaß des Zentrierspalts in jeder Situation kleiner ist als das Spaltmaß des Spalts S der elektrischen Maschine 14. Hierdurch kann ein unerwünschter Kontakt zwischen dem Rotor 18 und dem Stator 16 sicher verhindert werden. Das Spaltmaß des Zentrierspalts ist vorzugsweise so ausgelegt, dass es in keiner
Betriebssituation zu einem Kontakt innerhalb der Zentriereinheit kommt. Mit anderen Worten, sind die rotierenden Bauteile an der Stelle S1 an der Kurbelwelle 12 gelagert, so sollte es zu keinem Kontakt der Zentrierelemente 28 und 34 kommen. Um einen möglichst kleinen Zentrierspalt zu ermöglichen, kann auf den nicht rotierenden Teil der Zentriereinheit eine nicht-metallische Verschleißschicht in Form der Verschleißschicht 31 aufgebracht werden. Dies bringt Vorteile bezüglich der Montage der Antriebseinheit 10 an der Verbrennungskraftmaschine, da der radiale Freiheitsgrad beim Finden der motorseitigen Lagerstelle S1 eingeschränkt wird.
Bezugszeichenliste
10 Antriebseinheit
12 Kurbelwelle
14 elektrische Maschine
16 Stator
18 Rotor
19 Anbindungselement
20 Drehachse
21 Mittelachse
22 Anfahrelement
23 Platte
24 Gehäuse
25 Axialhalterung
26 Zentriereinrichtung
27 Fortsatz
28 Zentrierelement
29 Verbindungselement
30 Au ßenring
31 Verschleißschicht
32 innenumfangsseitige Mantelfläche 34 Zentrierelement
36 Innenring
38 Pfeil
B Bereich
K Kontakt
L Länge
S Spalt
SP Spalt
T Transportzustand
z Axialspiel

Claims

Patentansprüche
1. Antriebseinheit (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine (14), welche einen Stator (16) und einen von dem Stator (16) antreibbaren und dadurch relativ zu dem Stator (16) drehbaren Rotor (18) aufweist, und mit einer wenigstens ein drehfest mit dem Rotor (18) verbundenes erstes Zentrierelement (34) und wenigstens ein drehfest mit dem Stator (16) verbundenes zweites Zentrierelement (28) aufweisenden Zentriereinrichtung (26), mittels welcher ein Radialspiel zwischen dem Stator (16) und dem Rotor (18) vorgesehen ist, so dass der Rotor (18) und der Stator (16) gegen gegenseitige Berührungen gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Zentrierelement (28) radial umgebend und über einen axial sich erstreckenden Bereich (B) überlappend zu dem ersten Zentrierelement (34) angeordnet ist, wobei eine Axialhalterung (25) vorgesehen ist, welche fest mit dem Stator (16) verbunden ist und welche zu einer Aufnahme eines fest mit dem Rotor (18) verbundenen Fortsatzes (27) vorgesehen ist, wobei der Bereich (B) sich über eine axiale Länge (L) erstreckt, welche mindestens einem, mittels der
Axialhalterung (25) und dem Fortsatz (27) zwischen dem Stator (16) und dem Rotor (18) ausgebildeten, Axialspiel (Z) entspricht.
2. Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Transportzustand (T), in welchem die Antriebseinheit (10) von einer korrespondierenden Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs gelöst ist, eine Verdrehsicherung für den Rotor (18) vorgesehen ist, welche den Rotor (18) gegen radiale Verdrehung sichert.
3. Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Axialhalterung (25) mittels mindestens einem lösbaren Verbindungselement (29) mit dem Stator (16) fest verbunden ist.
4. Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Länge (L) größer als das Axialspiel (Z) ist.
5. Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Länge (L) mindestens 1 ,5-mal so groß wie das Axialspiel (Z) ist.
6. Antriebseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (18) drehtest mit einem Anfahrelement (22) der Antriebseinheit (10) verbunden ist.
7. Antriebseinheit (10) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Anfahrelement (22) als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgebildet ist und der Rotor (18) drehfest mit dem Pumpenrad des hydrodynamischen
Drehmomentwandlers verbunden ist.
8. Antriebseinheit (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Betrieb der Antriebseinheit (10) der Rotor (18) permanent drehfest mit einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.
PCT/EP2019/054677 2018-03-02 2019-02-26 Antriebseinheit für ein kraftfahrzeug, insbesondere für einen kraftwagen WO2019166406A1 (de)

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DE102015211277A1 (de) * 2015-06-18 2016-12-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug

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