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Dokumentenidentifikation DE10000253A1 12.07.2001
Titel Antriebssystem
Anmelder Mannesmann Sachs AG, 97424 Schweinfurt, DE
Erfinder Denner, Armin, Dr., 97440 Werneck, DE;
Paulus-Neues, Jutta, 97070 Würzburg, DE;
Kundermann, Wolfgang, Dipl.-Ing., 97422 Schweinfurt, DE
Vertreter Weickmann & Weickmann, 81679 München
DE-Anmeldedatum 05.01.2000
DE-Aktenzeichen 10000253
Offenlegungstag 12.07.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.07.2001
IPC-Hauptklasse H02K 7/10
IPC-Nebenklasse H02K 15/02   F02N 11/04   
Zusammenfassung Ein Antriebssystem umfasst eine Elektromaschine (12) mit einer Rotoranordnung (22), welche mit einer Antriebswelle (18) zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, und mit einer Statoranordnung (20), sowie eine Kopplungseinrichtung (14), vorzugsweise hydrodynamische Kopplungseinrichtung, deren Eingangsbereich (16) mit der Antriebswelle (18) zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, wobei an der Antriebswelle (18) ein Kopplungselement (54) angebracht oder anbringbar ist, das einen Rotor-Wechselwirkungsbereich (42) der Rotoranordnung (22) trägt und das mit dem Eingangsbereich (16) der Kopplungseinrichtung (14) zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem, umfassend eine Elektromaschine mit einer Rotoranordnung, welche mit einer Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, und mit einer Statoranordnung, sowie eine Kopplungseinrichtung, vorzugsweise hydrodynamische Kopplungseinrichtung, deren Eingangsbereich mit der Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist.

Bei derartigen Antriebssystemen wirkt die Elektromaschine im Allgemeinen als Starter/Generator-Anordnung, d. h. sie kann zum einen im Wirkungszustand als Starteranordnung ein Drehmoment erzeugen, das zur Antriebswelle übertragen wird und beispielsweise zum Anlassen einer Brennkraftmaschine dient. Auch kann sie in diesem Zustand zum Liefern eines unterstützenden Drehmomentes oder eines Antriebsdrehmoments wirken. Im Generatorbetrieb bei laufender Antriebsmaschine kann diese Starter/Generator-Anordnung dann elektrische Energie erzeugen bzw. aktiv zur Schwingungsdämpfung beitragen. Ein Ziel derartiger Anordnungen ist es, eine möglichst geringe Baugröße bei größtmöglichem Leistungsvermögen zu erreichen. Dies führt im Allgemeinen dazu, dass die verschiedenen Baugruppen mit der kleinstmöglichen axialen Baulänge ausgebildet werden, was jedoch insbesondere bei der Elektromaschine häufig zu Problemen hinsichtlich deren Leistungsvermögen führt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Antriebssystem vorzusehen, das bei einfacher Montagemöglichkeit eine sehr geringe axiale Baugröße aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Antriebssystem, umfassend eine Elektromaschine mit einer Rotoranordnung, welche mit einer Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, und mit einer Statoranordnung, sowie eine Kopplungseinrichtung, vorzugsweise hydrodynamische Kopplungseinrichtung, deren Eingangsbereich mit der Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, wobei an der Antriebswelle ein Kopplungselement angebracht oder anbringbar ist, das einen Rotor-Wechselwirkungsbereich der Rotoranordnung trägt und das mit dem Eingangsbereich der Kopplungseinrichtung zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem dient also das Kopplungselement, welches letztendlich der Rotoranordnung als Träger für einen Rotorwechselwirkungsbereich zuzuordnen ist, gleichzeitig auch als ein Bauglied, das zur Herstellung der gemeinsamen Drehkopplung zwischen der Kopplungseinrichtung, also beispielsweise einem hydrodynamischen Drehmomentwandler, und der Antriebswelle genutzt wird. Es müssen für den Rotorwechselwirkungsbereich einerseits und die Kopplungseinrichtung andererseits dann nicht separate Kopplungsbaugruppen bereitgehalten werden, so dass diese Kopplungseinrichtung axial näher an die Elektromaschine heranrücken kann.

Zur Herstellung der Drehverbindung zwischen dem Kopplungselement und der Kopplungseinrichtung kann vorgesehen sein, dass an dem Kopplungselement eine erste Eingriffsformation vorgesehen ist und dass an dem Eingangsbereich der Kopplungseinrichtung eine zweite Eingriffsformation vorgesehen ist, wobei die erste Eingriffsformation und die zweite Eingriffsformation durch axiale Aufeinanderzubewegung in gegenseitigen Umfangsmitnahmeeingriff bringbar sind.

Dabei ist es dann vorteilhaft, wenn eine Eingriffsformation von erster Eingriffsformation und zweiter Eingriffsformation eine Mehrzahl von Eingriffsvorsprüngen aufweist, welche zum Herstellen des Umfangsmitnahmeeingriffs axial zwischen zwei Gegen-Mitnahmevorsprünge oder in eine Gegen-Mitnahmevertiefung der jeweils anderen Eingriffsformation eingreifen.

Es hat sich hier als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Eingriffsformation und die zweite Eingriffsformation nach Art einer Hirth-Verzahnung ausgebildet sind. Durch eine derartige Hirth-Verzahnung wird dann gleichzeitig ein selbstzentrierender Effekt erhalten. Zum definierten Beibehalten des Eingriffs der beiden Eingriffsformationen ist vorzugsweise eine Eingriff-Halteanordnung vorgesehen, durch welche die erste Eingriffsformation und die zweite Eingriffsformation in ihrem ineinander eingreifenden Zustand gehalten werden können.

Diese Eingriff-Halteanordnung kann beispielsweise umfassen:

  • - ein Halteelement, das an oder bezüglich einer Baugruppe von Kopplungselement und Eingangsbereich drehbar angeordnet ist und in axialer Richtung abgestützt ist und eine dritte Eingriffsformation aufweist,
  • - an oder im Bereich der jeweils anderen Baugruppe von Kopplungselement und Eingangsbereich eine vierte Eingriffsformation, welche durch Drehen des Halteelements bezüglich der einen Baugruppe in bzw. außer Halteeingriff mit der dritten Eingriffsformation bringbar ist.

Ein sehr einfacher, jedoch sicher wirkender Aufbau kann dabei dadurch erhalten werden, dass das Halteelement einen im Wesentlichen hülsenartigen Eingriffsabschnitt aufweist, an welchem die dritte Eingriffsformation angeordnet ist, sowie einen sich im Wesentlichen radial erstreckenden Abstützabschnitt, der an oder bezüglich der einen Baugruppe axial abstützbar ist. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die dritte und die vierte Eingriffsformation zum Herstellen eines Gewindeeingriffszustands ausgebildet sind. Das Bereitstellen eines Gewindeeingriffszustands ist insbesondere daher vorteilhaft, da letztendlich nicht darauf geachtet werden muss, dass zum Erhalt einer definierten axialen Verkopplung das Halteelement in einer vorgegebenen Drehstellung liegt.

Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die dritte und die vierte Eingriffsformation zum Herstellen eines Bajonettverschlusseingriffszustands ausgebildet sind.

Um die axiale Halterung herstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass an dem Halteelement eine Werkzeugangriffsformation vorgesehen ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Halteelement bezüglich wenigstens einer der Baugruppen Kopplungselement und Eingangsbereich gegen Drehung arretierbar ist. Es kann auf diese Art und Weise auch bei im Betrieb auftretenden Vibrationen ein ungewünschtes Lösen verhindert werden.

Um den axialen Zusammenhalt zwischen dem Kopplungselement und der Kopplungseinrichtung noch zu verstärken, d. h. diese Baugruppen gegeneinander vorspannen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Halteelement wenigstens in einem Bereich desselben elastisch verformbar ist.

Ein besonders einfach zu realisierender und kostengünstig herzustellender Aufbau kann dadurch erhalten werden, dass das Kopplungselement kreisscheibenartig ausgebildet ist und dass die erste Eingriffsformation durch von dem kreisscheibenartigen Kopplungselement axial vorstehende, vorzugsweise durch Umformung gebildete Eingriffsvorsprünge gebildet ist.

Um im Betrieb möglicherweise im Bereich der Kopplungseinrichtung auftretende Taumelbewegungen kompensieren bzw. auffangen zu können, kann vorgesehen sein, dass das Kopplungselement aus flexiblem Material, vorzugsweise Blechmaterial, gebildet ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Montagevorrichtung zur Montage einer Elektromaschine für ein Antriebssystem, wobei die Elektromaschine eine mit einer Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung zu verbindende Rotoranordnung und eine mit einer im Wesentlichen feststehenden Baugruppe zu verbindende Statoranordnung aufweist.

Beim Zusammenfügen derartiger Elektromaschinen, insbesondere bei als Synchronmaschinen mit Permanentmagneten ausgebildeten Elektromaschinen, besteht das Problem, dass zwischen der Rotoranordnung, d. h. dem Wechselwirkungsbereich derselben, und der Statoranordnung bzw. deren Wechselwirkungsbereich, im Allgemeinen zum Erhöhen des Wirkungsgrads der Elektromaschine nur ein geringer Luftspalt vorgesehen ist. Die Permanentmagnete, die beispielsweise an der Rotoranordnung vorgesehen sind, üben jedoch eine Anziehkraft auf die Statoranordnung aus, so dass die Gefahr besteht, dass die Statoranordnung an die Rotoranordnung angezogen wird und an dieser anhaftet und dann nur noch unter Beschädigung einer der Baugruppen gelöst werden kann.

Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß eine Montagevorrichtung vorgeschlagen, durch welche ein Montagevorgang vorgenommen werden kann, bei dem das ungewollte Aneinanderanhaften oder gegenseitige Berühren von Rotoranordnung und Statoranordnung in zuverlässiger Art und Weise verhindert werden kann. Zu diesem Zwecke umfasst die Montagevorrichtung:

  • - eine bezüglich der Statoranordnung feststehend angeordnete oder anzuordnende erste Führungsanordnung,
  • - eine an der Rotoranordnung vorgesehene zweite Führungsanordnung, welche bei axialer Heranführung der Rotoranordnung an die Statoranordnung in Führungswechselwirkung mit der ersten Führungsanordnung tritt, so dass bei Verlagerung der Rotoranordnung in ihre Einbaulage die Rotoranordnung bezüglich der Statoranordnung geführt ist, wobei nach Erreichen der Einbaulage die Wechselwirkung zwischen der ersten Führungsanordnung und der zweiten Führungsanordnung lösbar ist und die zweite Führungsanordnung von der Rotoranordnung entfernbar ist.

Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zweite Führungsanordnung eine Mehrzahl von an der Rotoranordnung lösbar vorgesehenen, sich im Wesentlichen in einer Führungsrichtung erstreckenden Führungsstiften umfasst und dass die erste Führungsanordnung jedem Führungsstift zugeordnet eine Führungsöffnung aufweist, in welche zur Führung der Rotoranordnung bezüglich der Statoranordnung ein jeweiliger Führungsstift eingreifen kann, vorzugsweise sich in der Führungsrichtung verschieben kann.

Um den Montagevorgang so leicht als möglich durchführen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Führungsstifte an einem Führungsstiftträger getragen sind. Es kann auf diese Art und Weise auch sichergestellt werden, dass nicht einzelne Führungsstifte unabsichtlicher Weise im System belassen werden und nach dem Integrieren desselben in einem gesamten Antriebsstrang zu Beschädigungen führen können.

Zum Erhöhen der Sicherheit, dass nach dem Zusammenfügen von Rotoranordnung und Statoranordnung nicht weitere Baugruppen herangeführt werden, bevor irgendwelche zum Erleichtern der Montage eingesetzten Hilfsmittel, die nicht in dem System verbleiben sollen, entfernt sind, wird vorgeschlagen, dass an dem Führungsstiftträger eine Montageverhinderungsanordnung vorgesehen ist, welche nach erfolgtem Zusammenfügen von Rotoranordnung und Statoranordnung die nachfolgende Kopplung der Rotoranordnung mit einer weiteren Baugruppe, vorzugsweise einer Kopplungseinrichtung, bei nicht entfernter zweiter Führungsanordnung verhindert.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn an der Rotoranordnung, vorzugsweise einem Kopplungselement derselben, für jeden Führungsstift eine Durchgriffsöffnung vorgesehen ist, durch welche hindurch ein jeweiliger Führungsstift zum lösbaren Zusammensetzen der Rotoranordnung mit der zweiten Führungsanordnung hindurchführbar ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese eine Elektromaschine für ein Antriebssystem, umfassend eine mit einer Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung zu koppelnde Rotoranordnung und eine mit einer im Wesentlichen feststehenden Baugruppe zu koppelnde Statoranordnung, wobei die Statoranordnung einen an der feststehenden Baugruppe anzubringenden Statorträger und einen an dem Statorträger getragenen Statorwechselwirkungsbereich aufweist, wobei der Statorträger wenigstens ein aus umgeformtem Blechmaterial gebildetes Statorträgerteil aufweist.

Eine derartige Elektromaschine weist einen sehr einfach herzustellenden Statorträger auf, so dass sich die Gesamtkosten für eine solche Maschine senken lassen.

Dabei ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass der Statorträger ein erstes Trägerteil und ein zweites Trägerteil umfasst, von welchen wenigstens eines aus Blechmaterial gebildet ist, wobei das erste Trägerteil und das zweite Trägerteil in einem ersten radialen Bereich, vorzugsweise radial innen, miteinander und mit der im Wesentlichen feststehenden Baugruppe verbunden sind, und in einem zweiten radialen Bereich, vorzugsweise radial außen, miteinander und dem Statorwechselwirkungsbereich verbunden sind.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Teil-Längsschnittansicht, teilweise nur schematisch, eines erfindungsgemäßen Antriebssystems, bei welchem eine Elektromaschine und eine Kopplungseinrichtung bereits zur gemeinsamen Drehung gekoppelt sind;

Fig. 2 das System der Fig. 1 in einem Zustand, in welchem die Elektromaschine bereits zusammengesetzt worden ist, eine Kopplungseinrichtung jedoch noch nicht herangeführt ist.

Ein erfindungsgemäßes Antriebssystem ist in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnet. Dieses Antriebssystem 10 umfasst zwei wesentliche Bereiche, nämlich zum einen die allgemein mit 12 bezeichnete Elektromaschine und zum anderen die allgemein mit 14 bezeichnete Kopplungseinrichtung. Diese Kopplungseinrichtung, welche in den Figuren nur schematisch dargestellt ist, nämlich in Form ihres nach außen hin sichtbaren Gehäuses 16, kann beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Fluidkupplung sein, bei welchem bzw. welcher das Gehäuse 16 in nachfolgend beschriebener Art und Weise mit einer angedeutet gezeigten Antriebswelle 18, beispielsweise Kurbelwelle, drehfest verbunden ist, und eine im Inneren angeordnetes und nicht erkennbares Turbinenrad mit einer Abtriebswelle, beispielsweise Getriebeeingangswelle, verbunden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau derartiger hydrodynamischer Kopplungseinrichtungen im Stand der Technik bekannt ist und hier nicht beschrieben wird.

Die Elektromaschine 12 umfasst grundsätzlich eine Statoranordnung 20 und eine Rotoranordnung 22. Die Statoranordnung 20 ist an einem feststehenden Bauteil bzw. einer feststehenden Baugruppe 24, beispielsweise einem Motorgehäuse, fest angebracht. Zu diesem Zwecke umfasst die Statoranordnung 20 einen Statorträger 26. Der Statorträger 26 umfasst zwei Trägerteile 28, 30. Diese sind in ihrem radialen inneren Bereich miteinander beispielsweise durch Vernietung fest verbunden, und sind in ihrem radial äußeren Bereich mit einem Wechselwirkungsbereich 32 der Statoranordnung 20, beispielsweise ebenfalls durch Vernietung, verbunden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Statorträger 26 bzw. die Trägerteile 28, 30 oder eines dieser Trägerteile 28, 30 durch Umformen eines Blechteils gebildet sein können, wodurch sich ein sehr kostengünstig herzustellender Aufbau ergibt. Der Statorträger 26 ist dann durch eine Mehrzahl von Schraubbolzen 34 an der Baugruppe 24 festgelegt. Im Inneren des Statorträgers 26 ist eine Kammer 36 gebildet, in welche Kühlfluid eingeleitet werden kann.

Der Statorwechselwirkungsbereich 32 umfasst ein Blechpaket 38, das in Verbindung mit einer Mehrzahl von Spulen 40 zur Erzeugung eines Magnetfelds ausgebildet ist.

Ein Wechselwirkungsbereich 42 der Rotoranordnung 22 ist im dargestellten Falle den Wechselwirkungsbereich 32 der Statoranordnung 20 radial außen umgebend angeordnet. Der Rotorwechselwirkungsbereich 42 umfasst ebenfalls eine Mehrzahl von Blechen 44, welche ein Joch für an deren radialer Innenseite getragene Permanentmagnete 46 bilden. Zwischen den Permanentmagneten 46 und dem Statorwechselwirkungsbereich 32 ist ein geringer Luftspalt 48 gebildet, der zum Erhöhen des Wirkungsgrades der Elektromaschine 12 so gering als möglich sein sollte.

Der Wechselwirkungsbereich 42 der Rotoranordnung 22 ist beispielsweise durch eine Mehrzahl von Nietbolzen 50 o. dgl. unter Zwischenlagerung einer Distanzscheibe 52 an einem scheibenartig ausgebildeten Kopplungselement 54 der Rotoranordnung 22 getragen. Das scheibenartig ausgebildete Kopplungselement 54 kann beispielsweise als aus Blechmaterial gestanzte und dann umgeformte Kreisscheibe ausgebildet sein, die radial innen über eine Distanzhülse 56 und eine Mehrzahl von Schraubbolzen 58 an der Antriebswelle 18 festgelegt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl zwischen dem Kopplungselement 54 und der Distanzhülse 56 als auch zwischen der Distanzhülse 56 und der Antriebswelle 18 jeweilige Zentrierschulteranordnungen wirken können, die eine richtige Lagepositionierung dieser Bauteile bezüglich einander ermöglichen.

Das Kopplungselement 54 dient nicht nur zur drehfesten Kopplung des Rotorwechselwirkungsbereichs 42 mit der Antriebswelle 18, sondern dient gleichzeitig auch zur drehfesten Kopplung des einen Eingangsbereich der Kopplungseinrichtung 14 bildenden Gehäuses 16 mit der Antriebswelle 18. Zu diesem Zwecke ist das Kopplungselement 54 mit einer ersten Eingriffsformation 60 ausgebildet. Diese erste Eingriffsformation 60 kann beispielsweise eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordneten und nach Art einer Hirth-Verzahnung ausgebildeten Kopplungsvorsprüngen 62 umfassen, die beispielsweise von radial innen nach radial außen sich in Umfangsrichtung erweiternd ausgebildet sein können und in Achsrichtung in Richtung auf das Gehäuse 16 zu sich verjüngend ausgebildet sein können. Dieser ersten Eingriffsformation 60 zugeordnet ist an dem Gehäuse 16 eine zweite Eingriffsformation 64 vorgesehen. Diese zweite Eingriffsformation 64 umfasst ein Mitnahmeelement 66, das beispielsweise kreisringartig ausgebildet sein kann oder auch mehrere separate Elementabschnitte umfassen kann, die in Umfangsrichtung verteilt am Gehäuse 16 beispielsweise durch Verschweißung festgelegt sein können. Das Mitnahmeelement 66 weist als zweite Eingriffsformation 64 ebenfalls eine Mehrzahl von Mitnahmevorsprüngen 68 auf, die zu den Mitnahmevorsprüngen 62 komplementär geformt sind. Das heißt, die erste und die zweite Eingriffsformation 62, 64 sind derart gebildet, dass sie bei axialer Annäherung ineinander eintreten können und dabei durch die nach Art einer Hirth-Verzahnung ausgebildeten Vorsprünge 62, 68 in selbstzentrierender Art und Weise ineinander eingreifen, wobei aufgrund der in Achsrichtung sich verjüngenden Ausgestaltung der Vorsprünge 62 bzw. 68 gleichzeitig auch die Vermeidung eines Umfangsbewegungsspiels erhalten wird.

Die beiden Eingriffsformationen 60, 64 können beim Formen der Elemente 54, 66 erzeugt werden, so dass durch Umformen von Blechteilen eine sehr stabile Konfiguration erhalten wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Vorsprünge 62, 68 ebenso mit nach radial außen hin zueinander parallel verlaufenden Flanken ausgebildet sein könnten.

Das Mitnahmeelement 66 ist in seinem radial äußeren Bereich bei Betrachtung in dem in Fig. 1 erkennbaren Längsschnitt bogenförmig abgekrümmt. Durch dieses Mitnahmeelement 66 ist ein Halteelement 70 an der Kopplungseinrichtung 14 getragen. Das Halteelement 70 weist einen flanschartig nach radial innen vorstehenden Haltevorsprung 72 auf, welcher letztendlich axial zwischen dem Mitnahmeelement 66 und dem Gehäuse 16 eingesperrt ist, so dass das Halteelement 70 nicht von der Kopplungseinrichtung 14 gelöst werden kann. Beim Zusammensetzen muss zunächst das Halteelement 70 an das Gehäuse 16 herangeführt werden und dann erst kann das Kopplungselement 66 bzw. die Elementabschnitte desselben am Gehäuse 16 festgelegt werden. Das Halteelement 70 weist ferner einen hülsenartigen Halteabschnitt 74 auf. Dieser weist an seiner Innenumfangsfläche eine dritte Eingriffsformation 76 beispielsweise in Form eines Innengewindes auf. An der Distanzscheibe 52, welche vorzugsweise kreisringartig ausgebildet ist und, wie man in Fig. 1 erkennt, im Bereich des Kopplungselementes 54 liegt bzw. mit diesem fest verbunden ist, oder/und am Außenumfangsbereich des Kopplungselements 54 ist eine vierte Eingriffsformation vorgesehen, welche zur dritten Eingriffsformation 76 des Halteelements 70 komplementär geformt ist, beispielsweise ein Außengewinde bildet.

Beim Zusammenfügen der Baugruppe Elektromaschine 12 mit der Baugruppe Kopplungseinrichtung 14 wird also beispielsweise die Kopplungseinrichtung 14, nachdem die Elektromaschine 12 an einem Antriebsaggregat montiert worden ist, in Richtung der Drehachse A herangeführt, so dass die beiden Eingriffsformationen 60, 62 axial miteinander in Eingriff treten können. Danach oder bei dieser Heranführbewegung werden die beiden Eingriffsformationen 76, 78 durch Drehen des Halteelements 72 bezüglich der Kopplungseinrichtung 14 miteinander in Eingriff gebracht. Ist beispielsweise bei gewindeartiger Ausbildung der Eingriffsformationen 76, 78 ein Anfangseingriff einmal hergestellt, so kann durch Drehen des Halteelements 70 dieses zwangsweise axial bezüglich der Rotoranordnung 22 verschoben werden, so dass auch die Kopplungseinrichtung 14 axial an die Elektromaschine 12 herangezogen wird. Zu diesem Zwecke können im Halteabschnitt 74 mehrere Werkzeugeingriffsöffnungen 80 vorgesehen sein, in welche von radial außen ein Werkzeug, beispielsweise ein stiftartiges Werkzeug, eingeführt wird, um dann das Halteelement 70 in Umfangsrichtung zu drehen.

Um nach hergestelltem Eingriff zwischen der ersten und der zweiten Eingriffsformation 60, 64 dafür zu sorgen, dass dieser feste und definierte Eingriffszustand beibehalten bleibt, ist es möglich, das Halteelement 80 gegen weitere Drehung in Umfangsrichtung zu arretieren. Zu diesem Zwecke können im Halteelement 80 und in dem Distanzelement 52 oder/und dem Mitnahmeelement 66 nach radial außen offene Durchgriffsöffnungen vorgesehen sein und eine derartige oder mehrere derartige Öffnungen des Halteelements 70 können mit an dem Mitnahmeelement 66 bzw. dem Distanzelement 52 vorgesehenen Öffnungen dann in Ausrichtung gebracht werden und es kann dann ein Sicherungsstift eingepresst werden. Weiter ist es möglich, bei dem Halteelement 70 beispielsweise im Übergangsbereich zwischen dem Halteabschnitt 74 und dem Abstütztabschnitt 72 durch bogenförmige Umformung, ähnlich wie im radial äußeren Bereich des Mitnahmeelements 66, eine gewisse Elastizität vorzusehen, so dass das Mitnahmeelement 66 unter elastischer Vorspannung des Halteelements 70 axial gegen das Kopplungselements 54 gepresst ist. Gleichwohl ist es auch möglich, das Mitnahmeelement 66 beispielsweise aufgrund seiner bogenartigen Konfiguration mit einer bestimmten Elastizität zu versehen, so dass eine Vorspannkraft, durch welche das Mitnahmeelement 66 und das Kopplungselement 54 dann in Eingriff gehalten werden, innerhalb des Mitnahmeelements 66 erzeugt wird.

Es sei darauf hingewiesen, dass das dargestellte Halteelement 70 in verschiedener Art und Weise variiert werden kann. So können die Eingriffsformationen 76, 78 auch nach Art einer Bajonettverbindung ausgebildet sein, so dass eine begrenzte Drehung in Umfangsrichtung mit Rastwirkung dann den axialen Zusammenhalt der Elektromaschine 12 mit der Kopplungseinrichtung 14 erzeugt. Auch ist es denkbar, das Halteelement 70 bezüglich der Rotoranordnung 12, d. h. beispielsweise an radial nach außen vorspringenden Bereichen des Kopplungselements 54 abzustützen und am Mitnahmeelement 66 in dessen Außenumfangsbereich dann die vierte Eingriffsformation vorzusehen.

Des Weiteren ist es auch möglich, das Mitnahmeelement 54 nicht als in Umfangsrichtung durchlaufend ausgebildete Kreisscheibe auszubilden, sondern dieses in seinem radial äußeren Bereich mit jeweils mindestens einen Vorsprung 66 tragenden Armabschnitten auszubilden. Es sei weiter darauf hingewiesen, dass bei der ersten und der zweiten Eingriffsformation 60, 64 die Ausgestaltung derart sein kann, dass anstelle von über den verbleibenden Bereich des Scheibenteils vorspringenden Vorsprüngen Einsenkungen gebildet sind, wobei dann gleichwohl in Umfangsrichtung zwischen zwei Einsenkungen wieder ein über den Einsenkungsboden vorspringender Vorsprungsbereich zur Umfangsmitnahme gebildet ist.

Wenn das Mitnahmeelement 54 nach Art einer Flexplatte, wie sie im Allgemeinen auch zur drehfesten Verbindung von hydrodynamischen Drehmomentwandlern mit Antriebswellen eingesetzt werden, elastisch ausgebildet ist, so ist diese auch dazu in der Lage, Taumelbewegungen, die beispielsweise im Bereich der Kopplungseinrichtung 14 auftreten oder Ausbauchungen des Gehäuses 16 durch im Inneren desselben vorherrschenden Fluiddruck, zu kompensieren, d. h. hier eine Entkopplung zur Antriebswelle 18 zu schaffen. Treten derartige Taumelbewegungen auf, so verkippt der Rotorwechselwirkungsbereich 42 dann zusammen mit dem Gehäuse 16 bezüglich der Drehachse A, was jedoch nur in einem begrenzten Bereich zulässig ist, da eine gegenseitige Berührung zwischen dem Rotorwechselwirkungsbereich 42 und dem Statorwechselwirkungsbereich 32 nicht auftreten darf. Bei axial längeren Wechselwirkungsbereichen 32, 42 ist es möglich, das Kopplungselement 54 als starres Bauteil auszugestalten und durch die vorangehend beschriebene Elastizität im Bereich des Halteelements 70 oder/und im Bereich des Mitnahmeelements 66 für eine gewisse Taumelentkopplung zwischen dem Rotorwechselwirkungsbereich 42 und dem Gehäuse 16 der Kopplungseinrichtung 14 zu sorgen. Des Weiteren sei noch darauf hingewiesen, dass an dem Halteelement 70 eine Drehzahlgeberformation, beispielsweise durch Bilden einer Mehrzahl von Vorsprüngen oder Einsenkungen, vorgesehen sein kann, die an einer feststehenden Sensoranordnung, beispielsweise einem magnetischen Aufnehmer, sich vorbeibewegen kann, um die Drehzahl des Systems erfassen zu können.

Mit Bezug auf die Fig. 2 wird im Folgenden eine Vorgehensweise beschrieben, mit welcher die Elektromaschine 12 zusammengefügt werden kann, wobei hier ein Montagewerkzeug 90 zum Einsatz kommt. Man erkennt in den Fig. 1 und 2, dass durch die Schraubbolzen 34 zusammen mit dem Statorträger 26 und somit der gesamten Statoranordnung 20 eine Führungshülse 92 bezüglich der Baugruppe 24 festgelegt wird. Diese Führungshülse 92 weist in einem axialen Endbereich einen flanschartigen Vorsprung 94 auf, durch welchen hindurch die Schraubbolzen 34 geschraubt sind. Im anderen axialen Endbereich weist die Führungshülse 92 ebenfalls einen flanschartigen, nach radial außen vorspringenden Bereich 96 auf, der entweder in denjenigen Bereichen, in welchen ein axialer Zugriff auf die Schraubbolzen 34 vorhanden sein muss, unterbrochen ist, oder dort Durchtrittsöffnungen aufweist. In Umfangsrichtung versetzt weist der flanschartige Vorsprung 96 eine Mehrzahl von Führungsöffnungen 98 auf.

In jede dieser Führungsöffnungen 98 wird beim Zusammenfügen der Rotoranordnung 22 mit der Statoranordnung 20 ein Führungsstift 100 eingeführt. Diese in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordneten Führungsstifte 100 durchsetzen jeweils eine ebenfalls diesen zugeordnete Öffnung 102 in dem Kopplungselement 54 und sind gemeinsam an einem Führungsstiftträger 104 getragen. Zum Zusammenfügen wird also zunächst der Führungsstiftträger 104 mit den daran getragenen Führungsstiften 100 in die Öffnungen 102 des Kopplungselements 54 eingeschoben, beispielsweise soweit, bis der Führungsstiftträger 104 am Kopplungselement 54 anstößt. Darauf folgend wird diese Baugruppe, bestehend aus Montagewerkzeug 90, Kopplungselement 54 und Rotorwechselwirkungsbereich 42 entweder zusammen mit dem Distanzring 56 oder nachdem dieser bereits an der Antriebswelle 18 positioniert worden ist, axial heranbewegt, so dass die Führungsstifte 100 in die Führungsöffnungen 98 eintreten. Da eine größere Anzahl an derartigen Führungsstiften 100 vorgesehen ist, können diese auch noch durch den Führungsstiftträger 104 in definierter Positionierung gehaltenen Führungsstifte nunmehr für eine definierte Bewegungsführung der Rotoranordnung 22 bezüglich der Statoranordnung 20 dienen. Die Führungsstifte 100 müssen so lang sein, dass sie, noch bevor der Rotorwechselwirkungsbereich 42 axial sich mit dem Statorwechselwirkungsbereich 32 überlappt, in die Führungsöffnungen 98 eintreten können. Danach kann dann entweder die Rotoranordnung 22 zusammen mit dem Montagewerkzeug 90 oder die Rotoranordnung 22 bei bezüglich der Statoranordnung 20 festgehaltenem Montagewerkzeug 90 axial verschoben werden, bis letztendlich die in Fig. 2 dargestellte Einbaulage erhalten ist. Darauf folgend werden die Schraubbolzen 58 eingeschraubt, so dass die Elektromaschine 12 nunmehr zusammengesetzt ist. Aufgrund der exakten Führung ist es möglich, auf diese Art und Weise bzw. mit einem derartigen Montagewerkzeug Elektromaschinen mit einem sehr kleinen Luftspeicher 48 und dementsprechend hoher Effizienz vorzusehen.

Für einen nachfolgenden Betrieb ist es jedoch unbedingt erforderlich, sämtliche Führungsstifte 100, d. h. das Montagewerkzeug 90, zu entfernen, da dieses grundsätzlich eine freie Drehbarkeit der Rotoranordnung 22 bezüglich der Statoranordnung 20 verhindern würde. Um sicherzustellen, dass eine Zusammenfügung der Elektromaschine 12 mit der Kopplungseinrichtung 14 nicht erfolgen kann, bevor das Montagewerkzeug 90 entfernt ist, weist dieses einen axial vorspringenden Bereich 106 auf, der in einen Bereich vorsteht, in welchen an sich die Kopplungseinrichtung 14 eintreten müsste. Das heißt, solange das Montagewerkzeug 90 nicht entfernt ist, kann die Kopplungseinrichtung 14 nicht in die erforderliche axiale Lage bezüglich der Elektromaschine 12 gebracht werden. Es muss also erst das Montagewerkzeug 90 mit den Führungsstiften 100 entfernt werden, um die Elektromaschine 12 dann axial mit der Kopplungseinrichtung 14 in der vorangehend beschriebenen Art und Weise zusammensetzen zu können.

Auch für Reparaturarbeiten, bei welchen die Elektromaschine 12 wieder auseinandergenommen werden muss, kann ein derartiges Montagewerkzeug 90 zum Einsatz kommen, nachdem zuvor die Kopplungseinrichtung 14 entfernt worden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich die Montagevorrichtung 90 auch separate Montagestifte 100 umfassen kann, die dann jeweils einzeln eingeführt und auch wieder entfernt werden müssen, wobei jedoch aufgrund der einfacheren Handhabung die Zusammenfassung dieser Führungsstifte 100 an dem Führungsstiftträger 104 bevorzugt ist.

Durch die vorliegende Erfindung ist ein Antriebssystem vorgesehen, das eine Elektromaschine und eine Kopplungseinrichtung umfasst, welches Antriebssystem aufgrund der hohen Systemintegration axial sehr kurz bauen kann. Wesentlich hierfür ist, dass die Kopplungseinrichtung und der Wechselwirkungsbereich der Rotoranordnung durch ein gemeinsames Kopplungselement mit einer Antriebswelle verbunden werden, wobei durch axial ineinander eingreifende Eingriffsanordnungen am Kopplungselement einerseits und an der Kopplungseinrichtung andererseits und durch Bereitstellung eines diesen axialen Eingriff zwangsweise beibehaltenen Halteelements ein sehr einfach durchzuführender Montagevorgang beim Zusammensetzen der Elektromaschine mit der Kopplungseinrichtung erhalten wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Antriebssystem, umfassend eine Elektromaschine (12) mit einer Rotoranordnung (22), welche mit einer Antriebswelle (18) zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, und mit einer Statoranordnung (20), sowie eine Kopplungseinrichtung (14), vorzugsweise hydrodynamische Kopplungseinrichtung, deren Eingangsbereich (16) mit der Antriebswelle (18) zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, wobei an der Antriebswelle (18) ein Kopplungselement (54) angebracht oder anbringbar ist, das einen Rotor-Wechselwirkungsbereich (42) der Rotoranordnung (22) trägt und das mit dem Eingangsbereich (16) der Kopplungseinrichtung (16) zur gemeinsamen Drehung verbunden oder verbindbar ist.
  2. 2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kopplungselement (54) eine erste Eingriffsformation (60) vorgesehen ist und dass an dem Eingangsbereich (16) der Kopplungseinrichtung (14) eine zweite Eingriffsformation (64) vorgesehen ist, wobei die erste Eingriffsformation (60) und die zweite Eingriffsformation (64) durch axiale Aufeinanderzubewegung in gegenseitigen Umfangsmitnahmeeingriff bringbar sind.
  3. 3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingriffsformation von erster Eingriffsformation (60) und zweiter Eingriffsformation (64) eine Mehrzahl von Eingriffsvorsprüngen (62) aufweist, welche zum Herstellen des Umfangsmitnahmeeingriffs axial zwischen zwei Gegen- Mitnahmevorsprünge (68) oder in eine Gegen-Mitnahmevertiefung der jeweils anderen Eingriffsformation eingreifen.
  4. 4. Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingriffsformation (60) und die zweite Eingriffsformation (64) nach Art einer Hirth-Verzahnung ausgebildet sind.
  5. 5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine Eingriff-Halteanordnung (70, 76, 78), durch welche die erste Eingriffsformation (60) und die zweite Eingriffsformation (64) in ihrem ineinander eingreifenden Zustand gehalten werden können.
  6. 6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriff-Halteanordnung (70, 76, 78) umfasst:
    1. - ein Halteelement (70), das an oder bezüglich einer Baugruppe (16) von Kopplungselement (54) und Eingangsbereich (16) drehbar angeordnet ist und in axialer Richtung abgestützt ist und eine dritte Eingriffsformation (76) aufweist,
    2. - an oder im Bereich der jeweils anderen Baugruppe (54) von Kopplungselement (54) und Eingangsbereich (16) eine vierte Eingriffsformation (78), welche durch Drehen des Halteelements (70) bezüglich der einen Baugruppe (54) in bzw. außer Halteeingriff mit der dritten Eingriffsformation (76) bringbar ist.
  7. 7. Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (70) einen im Wesentlichen hülsenartigen Eingriffsabschnitt (74) aufweist, an welchem die dritte Eingriffsformation (76) angeordnet ist, sowie einen sich im Wesentlichen radial erstreckenden Abstützabschnitt (72), der an oder bezüglich der einen Baugruppe (16) axial abstützbar ist.
  8. 8. Antriebssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und die vierte Eingriffsformation (76, 78) zum Herstellen eines Gewindeeingriffszustands ausgebildet sind.
  9. 9. Antriebssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und die vierte Eingriffsformation (76, 78) zum Herstellen eines Bajonettverschlusseingriffszustands ausgebildet sind.
  10. 10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Halteelement (70) eine Werkzeugangriffsformation (80) vorgesehen ist.
  11. 11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (70) bezüglich wenigstens einer der Baugruppen Kopplungselement (54) und Eingangsbereich (16) gegen Drehung arretierbar ist.
  12. 12. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (70) wenigstens in einem Bereich desselben elastisch verformbar ist.
  13. 13. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement(54) kreisscheibenartig ausgebildet ist und dass die erste Eingriffsformation (60) durch von dem kreisscheibenartigen Kopplungselement (54) axial vorstehende, vorzugsweise durch Umformung gebildete Eingriffsvorsprünge (62) gebildet ist.
  14. 14. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (54) aus flexiblem Material, vorzugsweise Blechmaterial, gebildet ist.
  15. 15. Montagevorrichtung zur Montage einer Elektromaschine für ein Antriebssystem, insbesondere für ein Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Elektromaschine (12) eine mit einer Antriebswelle (18) zur gemeinsamen Drehung zu verbindende Rotoranordnung (22) und eine mit einer im Wesentlichen feststehenden Baugruppe (24) zu verbindende Statoranordnung (20) aufweist, wobei die Montagevorrichtung (90) umfasst:
    1. - eine bezüglich der Statoranordnung feststehend angeordnete oder anzuordnende erste Führungsanordnung (98),
    2. - eine an der Rotoranordnung (22) vorgesehene zweite Führungsanordnung (100), welche bei axialer Heranführung der Rotoranordnung (22) an die Statoranordnung (20) in Führungswechselwirkung mit der ersten Führungsanordnung (98) tritt, so dass bei Verlagerung der Rotoranordnung (22) in ihre Einbaulage die Rotoranordnung (22) bezüglich der Statoranordnung (20) geführt ist, wobei nach Erreichen der Einbaulage die Wechselwirkung zwischen der ersten Führungsanordnung (98) und der zweiten Führungsanordnung (100) lösbar ist und die zweite Führungsanordnung (100) von der Rotoranordnung (22) entfernbar ist.
  16. 16. Montagevorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Führungsanordnung (100) eine Mehrzahl von an der Rotoranordnung (22) lösbar vorgesehenen, sich im Wesentlichen in einer Führungsrichtung erstreckenden Führungsstiften (100) umfasst und dass die erste Führungsanordnung (98) jedem Führungsstift(100) zugeordnet eine Führungsöffnung (98) aufweist, in welche zur Führung der Rotoranordnung (22) bezüglich der Statoranordnung (20) ein jeweiliger Führungsstift (100) eingreifen kann, vorzugsweise sich in der Führungsrichtung verschieben kann.
  17. 17. Montagevorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstifte (100) an einem Führungsstiftträger (104) getragen sind.
  18. 18. Montagevorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Führungsstiftträger (104) eine Montageverhinderungsanordnung (106) vorgesehen ist, welche nach erfolgtem Zusammenfügen von Rotoranordnung (22) und Statoranordnung (20) die nachfolgende Kopplung der Rotoranordnung (22) mit einer weiteren Baugruppe, vorzugsweise einer Kopplungseinrichtung (14), bei nicht entfernter zweiter Führungsanordnung (100) verhindert.
  19. 19. Montagevorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rotoranordnung (22), vorzugsweise einem Kopplungselement (54) derselben, für jeden Führungsstift (100) eine Durchgriffsöffnung (102) vorgesehen ist, durch welche hindurch ein jeweiliger Führungsstift (100) zum lösbaren Zusammensetzen der Rotoranordnung (22) mit der zweiten Führungsanordnung (100) hindurchführbar ist.
  20. 20. Elektromaschine für ein Antriebssystem, insbesondere ein Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend eine mit einer Antriebswelle (18) zur gemeinsamen Drehung zu koppelnde Rotoranordnung (22) und eine mit einer im Wesentlichen feststehenden Baugruppe (24) zu koppelnde Statoranordnung (20), wobei die Statoranordnung (20) einen an der feststehenden Baugruppe (24) anzubringenden Statorträger (26) und einen an dem Statorträger (26) getragenen Statorwechselwirkungsbereich (32) aufweist, wobei der Statorträger (26) wenigstens ein aus umgeformtem Blechmaterial gebildetes Statorträgerteil (28, 30) aufweist.
  21. 21. Elektromaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorträger (26) ein erstes Trägerteil (28) und ein zweites Trägerteil (30) umfasst, von welchen wenigstens eines aus Blechmaterial gebildet ist, wobei das erste Trägerteil (28) und das zweite Trägerteil (30) in einem ersten radialen Bereich, vorzugsweise radial innen, miteinander und mit der im Wesentlichen feststehenden Baugruppe (24) verbunden sind, und in einem zweiten radialen Bereich, vorzugsweise radial außen, miteinander und dem Statorwechselwirkungsbereich (32) verbunden sind.






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