DE102017212060A1

DE102017212060A1 - Kopplungseinrichtung

Info

Publication number: DE102017212060A1
Application number: DE102017212060.6A
Authority: DE
Inventors: Dominik Birle
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2019-01-17
Also published as: WO2019011730A1; CN110621898A; CN110621898B; US11242895B2; US20200132123A1

Abstract

Eine Kopplungseinrichtung (10) zur drehmomentübertragenden Verbindung eines Getriebes mit einer E-Maschine hat ein Antriebselement (16) und ein Abtriebselement (20), die miteinander drehmomentübertragend gekoppelt sind. Dabei sind das Antriebselement (16) und das Abtriebselement (20) mittels eines elektrischen Isolators (34) elektrisch voneinander getrennt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung zur drehmomentübertragenden Verbindung eines Getriebes mit einer E-Maschine.
Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) nimmt in allen Bereichen, in denen Elektronik eingesetzt wird, einen zunehmend größeren Stellenwert ein, um elektromagnetische Störeinflüsse zu reduzieren. Besonders im Automobilbereich, in dem Fahrzeuge mit einer Vielzahl an sensibler Elektronik einerseits und kraftvollen E-Maschinen und Hochleistungsspeichern andererseits zum Einsatz kommen, ist eine hohe EMV entscheidend, um die Funktionssicherheit aller Systeme gewährleisten und damit Gefährdungen im Straßenverkehr ausschließen zu können.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Erdungsringe zu verwenden, um Lagerströme und Wellenspannungen von drehmomentübertragenden Getriebeteilen abzuleiten. Hierdurch werden die elektromagnetischen Störeinflüsse zwischen den Bauteilen reduziert und die EMV verbessert.
Zur drehmomentübertragenden Verbindung eines Getriebes mit einer E-Maschine werden hülsenförmige Kopplungseinrichtungen eingesetzt, die die Antriebskraft der E-Maschine auf die Eingangswelle des Getriebes übertragen. Auf dem Außenumfang der hülsenförmigen Kopplungseinrichtung läuft ein Erdungsring zum Ableiten elektromagnetischer Ströme bzw. Wellen. Der Außenumfang ist hierzu beschichtet, um einen besseren Leitwert bereitzustellen. Mit der Zeit wird die Beschichtung jedoch abgerieben, wodurch sich die EMV mit zunehmendem Alter der Kopplungseinrichtung verschlechtert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Kopplungseinrichtung zur drehmomentübertragenden Verbindung eines Getriebes mit einer E-Maschine bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist eine Kopplungseinrichtung zur drehmomentübertragenden Verbindung eines Getriebes mit einer E-Maschine, mit einem Antriebselement und einem Abtriebselement vorgesehen, die miteinander drehmomentübertragend gekoppelt sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind hierbei mittels eines elektrischen Isolators elektrisch voneinander getrennt. Im Sinne der Erfindung weist ein elektrischer Isolator eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf. Unter diese Kategorie fällt insbesondere ein Isolator aus Edelstahl. Das Antriebselement ist dazu vorgesehen, mit der E-Maschine drehmomentübertragend gekoppelt zu werden, und das Abtriebselement ist dazu vorgesehen, mit dem Getriebe drehmomentübertragend gekoppelt zu werden. Auf diese Weise stellt das Kopplungselement eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem Getriebe und der E-Maschine her. Dadurch, dass das Antriebselement und das Abtriebselement durch den elektrischen Isolators elektrisch voneinander getrennt sind, wird verhindert, dass Lagerströme und Wellenspannungen von der E-Maschine auf das Getriebe oder umgekehrt weitergeleitet werden. Somit werden elektromagnetische Einflüsse isoliert und die EMV verbessert.
Der elektrische Isolator kann durch eine elektrisch isolierende Schicht gebildet sein. Insbesondere kann der elektrische Isolator in Form einer Beschichtung vorgesehen sein, beispielsweise aus Korund oder Edelstahl. Somit ist die Kopplungseinrichtung kostengünstig herstellbar. Ferner kann die Kopplungseinrichtung hierdurch einen geringen Verschleiß und damit eine hohe Standzeit aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der elektrische Isolator eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10⁷ S/m, vorzugsweise von weniger als 10⁶ S/m, bevorzugt von weniger als 10⁴ S/m haben. Nichtleidende Werkstoffe bzw. Werkstoffe mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit sind besonders für den elektrischen Isolator geeignet, da mit sinkender elektrischer Leitfähigkeit die Übertragung von elektromagnetischen Strömen zunehmend gehemmt und somit die EMV verbessert wird.
Das Antriebselement und das Abtriebselement können jeweils eine Verzahnung aufweisen, mittels derer das Antriebselement mit dem Abtriebselement drehmomentübertragend gekoppelt ist. Die Verzahnung kann hierbei beliebig gestaltet sein und stellt eine formschlüssige Verbindung her, die auch bei hohen Drehmomenten eine sichere Drehmomentübertragung gewährleistet.
In einer Ausführungsform ist die Verzahnung jeweils eine Hirth-Verzahnung, wodurch große Drehmomente bei einer gleichzeitig kompakten Bauweise übertragen werden können.
Der elektrische Isolator kann eine Beschichtung sein, die zumindest abschnittsweise auf der Verzahnung des Antriebselements und/oder des Abtriebselements vorgesehen ist. Auf diese Weise ist die Beschichtung an den Kontaktflächen des Antriebselements und/oder des Abtriebselements vorgesehen, sodass diese elektrisch voneinander isoliert sind. Den elektrischen Isolator in Form einer Beschichtung auf die Verzahnung aufzubringen, hat den Vorteil, dass der elektrische Isolator einfach und fest mit dem Antriebselement bzw. dem Abtriebselement verbunden werden kann. Besteht die Beschichtung ferner aus einem widerstandsfähigen Material, wie Korund oder Edelstahl, so hält die Beschichtung auch hohen Beanspruchungen stand und gewährleistet eine hohe EMV über die Lebensdauer der Kopplungseinrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Kopplungseinrichtung ein Befestigungsmittel umfassen, mittels dem das Antriebselement und das Abtriebselement aneinander befestigt sind. Dabei ist das Befestigungsmittel gegenüber dem Antriebselement und dem Abtriebselement elektrisch isoliert, wodurch das Befestigungsmittel keine elektrische Leitungsbrücke zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bildet. Das Befestigungsmittel gewährleistet, dass das Antriebselement und das Abtriebselement fest miteinander verbunden sind, sodass auch große Drehmomente mittels der Kopplungseinrichtung übertragbar sind.
In einer weiteren Ausführungsform sind das Antriebselement und das Abtriebselement jeweils hülsenförmig gestaltet. Rotationssymmetrische Bauteile haben den Vorteil, dass sie einfach ohne Unwucht herstellbar sind und sich daher besonders gut als rotierendes Bauteil zur Drehmomentübertragung eignen.
Das Antriebselement und das Abtriebselement können koxial zueinander angeordnet sein, um eine direkte und einfach Drehmomentübertragung bereitstellen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

- 1 in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Kopplungseinrichtung, die ein Getriebe mit einer E-Maschine verbindet, und
- 2 in einer Schnittdarstellung die Kopplungseinrichtung aus 1.

In 1 ist eine Kopplungseinrichtung 10 gezeigt, die ein Getriebe 12 mit einer E-Maschine 14 in einem Fahrzeug drehmomentübertragend koppelt.
Die Kopplungseinrichtung 10 umfasst ein Antriebselement 16, das mit einer Motorwelle 18 der E-Maschine 14 drehmomentübertragend gekoppelt ist, und ein Abtriebselement 20, das mit einer Getriebewelle 22 des Getriebes 12 drehmomentübertragend gekoppelt ist.
Das Antriebselement 16 und das Abtriebselement 20 sind über eine Hirth-Verzahnung 24 drehmomentübertragend miteinander gekoppelt. Alternativ können Antriebselement 16 und das Abtriebselement 20 über eine beliebige Verzahnung oder formschlüssige Verbindung miteinander verbunden sein, die eine drehmomentübertragende Kopplung des Antriebselements 16 und des Abtriebselements 20 bereitstellt.
In 2 ist die Kopplungseinrichtung 10 in einem axialen Schnitt entlang der Rotationsachse R gezeigt. Das Antriebselement 16 und das Abtriebselement 20 haben jeweils ein U-Profil und sind, abgesehen von der Verzahnung 24, rotationssymmetrisch zur Rotationsachse R gebildet, d.h. sie sind hülsenförmig. Ferner sind das Antriebselement 16 und das Abtriebselement 20 koaxial sowie um 180° gedreht zueinander angeordnet, sodass der scheibenförmige Boden 26 des Antriebselements 16 an den scheibenförmigen Boden 27 des Abtriebselements 20 angrenzt.
Die Hirth-Verzahnung 24 ist an den scheibenförmigen Böden 26, 27 vorgesehen, wobei der Boden 26 des Antriebselements 16 eine Verzahnung 28 und der Boden 27 des Abtriebselements 20 eine entsprechende Gegenverzahnung 30 aufweist, die formschlüssig ineinandergreifen und die Hirth-Verzahnung 24 bilden.
Die Verzahnung 28 sowie die Gegenverzahnung 30 haben jeweils eine Beschichtung 32 aus Korund, die einen elektrischen Isolator 34 bildet. Die elektrisch isolierende Schicht 32 erstreckt sich hierbei über die gesamte Verzahnung 28 und Gegenverzahnung 30, sodass das Antriebselement 16 vollständig durch den elektrischen Isolator 34 von dem Abtriebselement 20 elektrisch isoliert ist. Das bedeutet, dass das Antriebselement 16 und das Abtriebselement 20 nur über die isolierende Schicht 32 in direktem Kontakt stehen. Alternativ kann lediglich die Verzahnung 28 oder die Gegenverzahnung 30 die isolierende Schicht 32 aufweisen oder es weist jeweils nur eine Seite von komplementären Abschnitten der Verzahnung 28 bzw. der Gegenverzahnung 30 die isolierende Schicht 32 auf, sodass auch in diesem Fall gewährleistet ist, dass es keine Kontaktflächen zwischen dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 20 ohne eine elektrisch isolierende Schicht 32 gibt.
In einer alternativen Ausführungsform kann der elektrische Isolator 34 ein separates Bauteil sein, das zwischen dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 20 angeordnet ist. Dieses Bauteil kann beispielsweise ein Ring aus isolierendem Material sein, der eine komplementäre Verzahnung zu der Verzahnung 28 bzw. der Gegenverzahnung 30 aufweist und jeweils an der Verzahnung 28 bzw. der Gegenverzahnung 30 formschlüssig anliegt.
Der elektrische Isolator 34 kann alternativ aus einem beliebigen, vorzugsweise hochfesten, Werkstoff mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10⁷ S/m, bevorzugt von weniger als 10⁶ S/m, insbesondere von weniger als 10⁴ S/m gebildet sein.
Um Drehmomente sicher übertragen zu können, ist ein Befestigungsmittel 36 vorgesehen, dass das Antriebselement 16 und das Abtriebselement 20 miteinander befestigt. Das Befestigungsmittel 36 umfasst eine Schraube 38, die sich in axialer Richtung durch ein Durchgangsloch 40 erstreckt, das sowohl im Antriebselement 16 als auch im Abtriebselement 20 koaxial zur Rotationsachse R vorgesehen ist. Die Schraube 38 ist am zum Schraubenkopf 42 entgegengesetzten Ende mit einer Mutter 44 fixiert.
Zwischen dem Schraubenkopf 42 und dem Antriebselement 16 sowie zwischen der Mutter 44 und dem Abtriebselement 20 ist jeweils eine Unterlegscheibe 46 aus einem isolierenden Material angeordnet. Ferner ist das Durchgangsloch 40 mit derselben elektrisch isolierenden Schicht 32 beschichtet, wie die Verzahnung 24, d.h. mit Korund. Alternativ kann die elektrisch isolierende Schicht 32 aus einem anderen elektrisch isolierenden Material mit geringer Leitfähigkeit bestehen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Schraube 38 keine Leitungsbrücke zwischen dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 20 bildet, d.h. das Befestigungsmittel 36 ist gegenüber dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 20 elektrisch isoliert.
Zusätzlich oder alternativ zu der elektrisch isolierenden Beschichtung 32 kann ein Isolator, beispielsweise in Form einer Hülse, zwischen der Schraube 38 und dem Antriebselement 16 bzw. dem Abtriebselement 20 im Durchgangsloch 40 angeordnet sein.
In einer alternativen Ausführungsform kann eine Zentrierung für das Befestigungsmittel 36 vorgesehen sein, um einen Kontakt der Schraube 38 mit dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 20 zu verhindern. Diese Zentrierung ist beispielsweise eine axiale Ausnehmung im Antriebselement 16 und/oder Abtriebselement 20, die dazu vorgesehen ist, die Unterlegscheibe(n) 46 in radialer Richtung zu lagern, sodass die Schraube 38 mittels der Unterlegscheibe(n) 46 in allen Positionen beanstandet zum Antriebselement 16 und Abtriebselement 20 gelagert ist. In diesem Fall ist eine elektrisch isolierende Schicht 32 oder ein Isolator im Durchgangsloch 40 nicht erforderlich.
Das Antriebselement 16 und das Abtriebselement 20 können zueinander identisch gebildet, d.h. Gleichteile, sein, wodurch sich Vorteile bei der Herstellung sowie in der Logistik ergeben.
Durch diese Gestaltung der Kopplungseinrichtung 10 kann eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen einem Getriebe 12 mit einer E-Maschine 14 hergestellt werden. Die formschlüssige Verzahnung 24 und das Befestigungsmittel 36 gewährleisten, dass auch große Drehmomente sicher übertragen werden können. Gleichzeitig sind das Antriebselement 16 und das Abtriebselement 20 durch den elektrischen Isolator 34 voneinander elektrisch entkoppelt, sodass elektromagnetische Ströme wie Lagerströme und Wellenspannungen nicht oder in nur geringem Maße übertragen werden. Somit kann eine hohe EMV sichergestellt werden.

Claims

Kopplungseinrichtung (10) zur drehmomentübertragenden Verbindung eines Getriebes (12) mit einer E-Maschine (14), wobei die Kopplungseinrichtung (10) ein Antriebselement (16) und ein Abtriebselement (20) aufweist, die miteinander drehmomentübertragend gekoppelt sind, wobei das Antriebselement (16) und das Abtriebselement (20) mittels eines elektrischen Isolators (34) elektrisch voneinander getrennt sind.
Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Isolator (34) eine elektrisch isolierenden Schicht (32) ist.
Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Isolator (34) eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10⁷ S/m, vorzugsweise von weniger als 10⁶ S/m, bevorzugt von weniger als 10⁴ S/m hat.
Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (16) und das Abtriebselement (20) jeweils eine Verzahnung (24, 28, 30) aufweisen, mittels derer das Antriebselement (16) mit dem Abtriebselement (20) drehmomentübertragend gekoppelt ist.
Kopplungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (24, 28, 30) jeweils eine Hirth-Verzahnung (24) ist.
Kopplungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Isolator (34) eine Beschichtung (32) ist, die zumindest abschnittsweise auf der Verzahnung (24, 28, 30) des Antriebselements (16) und/oder des Abtriebselements (20) vorgesehen ist.
Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (10) ein Befestigungsmittel (36) umfasst, mittels dem das Antriebselement (16) und das Abtriebselement (20) aneinander befestigt sind, wobei das Befestigungsmittel (36) gegenüber dem Antriebselement (16) und dem Abtriebselement (20) elektrisch isoliert ist.
Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (16) und das Abtriebselement (20) jeweils hülsenförmig gestaltet sind.
Kopplungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (16) und das Abtriebselement (20) koaxial zueinander angeordnet sind.