DE102020214881A1

DE102020214881A1 - Antriebseinheit für einen Antriebsstrangprüfstand und Antriebsstrangprüfstand

Info

Publication number: DE102020214881A1
Application number: DE102020214881.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Hell
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2022-06-02
Also published as: CN114544190A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (2) für einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge, umfassend einen Elektromotor (1) mit einem Gehäuse (3), eine Tragvorrichtung (4) zum Tragen des Elektromotors (1) sowie einen Klemmenkasten (7), wobei das Gehäuse (3) ein mit einem vorderen Lagerschild (5) des Elektromors (1) einstückig verbundenes mechanisches vorderes Joch (6) und ein mit einem hinteren Lagerschild des Elektromors (1) einstückig verbundenes mechanisches hinteres Joch (14) umfasst, wobei das vordere Joch (5) und das hintere Joch (14) sich jeweils oberhalb des Elektromotors (1) in beide Lateralrichtungen vom Elektromotor (1) abstrecken, wobei die Tragvorrichtung (4) den Elektromotor (1) über das vordere Joch (6) und das hintere Joch (14) trägt, so dass unterhalb und seitlich des Elektromotors (1) Freiräume gebildet sind und wobei der Klemmenkasten (7) auf einer Oberseite des vorderen Jochs (6) und auf einer Oberseite des hinteren Jochs (14) aufliegt. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit (2) zeichnet sich dadurch aus, dass der Klemmenkasten (7) zusätzliche Versteifungsstreben (11, 12, 13) umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Antriebsstrangprüfstand.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einen entsprechenden Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge.
Getriebeprüfstände bzw. Antriebsstrangprüfstände zum Prüfen von Kraftfahrzeuggetrieben bzw. von vollständigen Kraftfahrzeugantriebssträngen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Prüfstände werden einerseits verwendet, um Funktionsstörungen im Antriebsstrang unmittelbar nach der Herstellung derselben im Rahmen einer sog. End-of-line-Prüfung durch eine Reihe von Belastungstests zu erkennen. Typische Funktionsstörungen entstehen z.B. durch spielbehaftete Bauteile, wie z. B. Zahnräder, Synchronringe, Synchronkörper, Lamellenkupplungsscheiben und Wellen, die ausgelenkt oder gar zu Schwingungen angeregt werden können. Im Rahmen der Funktionserprobung werden üblicherweise auch das Akustikverhalten und die Schaltqualität geprüft. Andererseits finden derartige Prüfstände aber auch in der Entwicklung zur stetigen Verbesserung von Kraftfahrzeugantriebssträngen Verwendung. Üblicherweise umfassen derartige Antriebsstrangprüfstände einen Elektromotor als Antrieb.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2012 018 359 A1 einen Getriebeprüfstand mit einem ersten, als Antriebsmotor dienenden Servomotor und einem zweiten, als Bremsmotor dienenden Servomotor. Der Antriebsmotor ist über eine Kupplung mit der Antriebswelle eines zu prüfenden Kraftfahrzeuggetriebes verbunden und wird hinsichtlich seiner Drehzahl über einen PC gesteuert, wobei beliebige Drehzahlverläufe simulierbar sind. Der Bremsmotor ist über eine weitere Kupplung mit einer Abtriebswelle des zu prüfenden Kraftfahrzeuggetriebes verbunden. Auch die Drehzahl des zweiten Motors wird über den PC gesteuert. Bei den vom PC simulierten Drehzahlverläufen handelt es sich um in realen Fahrversuchen gemessene Drehzahlverläufe.
Zunehmend häufig treten im Stand der Technik zudem elektrische Kraftfahrzeugantriebsstränge in Erscheinung, deren Aufbau sich in verschiedener Hinsicht von dem eines verbrennerkraftgetriebenen Antriebsstrangs unterscheidet. Insbesondere muss ein elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstrang für deutlich größere Eingangsdrehzahlen ausgelegt sein, was besondere Anforderungen an das Geräuschverhalten bei sehr hohen Drehzahlen und insbesondere die Schwingungsdämpfung stellt. Ein Antriebsstrangprüfstand für einen elektrischen Kraftfahrzeugantriebsstrang muss dementsprechend hohe Drehzahlen bereitstellen können und zudem eine Antriebseinheit aufweisen, die auch bei hohen und sehr hohen Drehzahlen nur minimale mechanische Schwingungen erzeugt bzw. in den Prüfling einleitet. Ein weiteres wichtiges Kriterium für einen elektrischen Antriebsstrangprüfstand ist es, auch elektrische, achsparallele Achsantriebe prüfen zu können, bei denen zumindest eine Welle unterhalb oder seitlich eng am Antriebsmotor des Prüfstands vorbeigeführt werden muss. Dementsprechend muss seitlich und unterhalb des Antriebsmotors der Antriebseinheit ausreichend freier Bauraum vorgesehen sein.
Aus der DE 19 15 896 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt, bei welcher die Ständerbleche derart gestanzt sind, dass eine Tragekonstruktion der elektrischen Maschine oder zumindest Teile derselben aus dem gleichen Blech mitgewonnen werden. Über diese Tragekonstruktion kann die elektrische Maschine derart abgestützt werden, dass sich unterhalb der elektrischen Maschine ein Freiraum befindet.
Die DE 10 2016 224 138 A1 beschreibt einen Elektromotor für eine Antriebseinheit eines elektrischen Antriebsstrangprüfstands, bei dem das Gehäuse über ein mechanisches vorderes Joch und ein mechanisches hinteres Joch abgestützt werden kann. Die Jocharme strecken sich vom oberen Bereich des Gehäuses ausgehend seitlich radial ab, so dass unterhalb und seitlich des Motors Freiräume bestehen, durch welche beispielsweise Abtriebswellen eines Prüflings am Elektromotor vorbeigeführt werden können. Das vordere Joch ist dabei einstückig mit einem vorderen Lagerschild des Elektromotors ausgebildet und das hintere Joch ist einstückig mit einem hinteren Lagerschild Elektromotors ausgebildet. Da somit die Lagerungen der Motorwelle sehr fest und steif mit der Aufhängung des Elektromotors verbunden sind, ergibt sich eine hervorragende Dämpfungswirkung auf auftretende Schwingungen, insbesondere auch bei sehr hohen Motordrehzahlen, wie sie zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge erforderlich sind.
Die bekannten Antriebseinheiten für Antriebsstrangprüfstände sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass diese bei zunehmend hohen Drehzahlen in gewissem Ma-ße immer noch zum Auftreten von Schwingungen durch den Elektromotor neigen, welche sich dann auf den Prüfling übertragen und das Prüfergebnis nachteilig beeinflussen können.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Antriebseinheit für einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Antriebseinheit für einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge, umfassend einen Elektromotor mit einem Gehäuse, eine Tragvorrichtung zum Tragen des Elektromotors sowie einen Klemmenkasten, wobei das Gehäuse ein mit einem vorderen Lagerschild des Elektromors einstückig verbundenes mechanisches vorderes Joch und ein mit einem hinteren Lagerschild des Elektromors einstückig verbundenes mechanisches hinteres Joch umfasst, wobei das vordere Joch und das hintere Joch sich jeweils oberhalb des Elektromotors in beide Lateralrichtungen vom Elektromotor abstrecken, wobei die Tragvorrichtung den Elektromotor über das vordere Joch und das hintere Joch trägt, so dass unterhalb und seitlich des Elektromotors Freiräume gebildet sind und wobei der Klemmkasten auf einer Oberseite des vorderen Jochs und auf einer Oberseite des hinteren Jochs aufliegt. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit zeichnet sich dadurch aus, dass der Klemmenkasten zusätzliche Versteifungsstreben umfasst.
Die Erfindung betrifft also eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrangprüfstand, wobei der Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge ausgebildet ist. Der zu prüfende Prüfling ist somit ein elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstrang. Elektrische Kraftfahrzeugantriebsstränge unterscheiden sich von konventionell angetriebenen Kraftfahrzeugantriebssträngen insbesondere durch die sehr viel höhere Eingangsdrehzahl, welche wiederum vergleichsweise höhere Anforderungen an die Schwingungsdämpfung bzw. Steifigkeit des Kraftfahrzeugantriebsstrangs sowie an das Geräuschverhalten des Kraftfahrzeugantriebsstrangs stellt.
Ein derartiger Antriebsstrangprüfstand umfasst neben der Antriebseinheit typischerweise auch eine Halterung zum Halten des Prüflings sowie ggf. eine oder mehrere Abtriebseinheiten, welche eine einstellbare Belastung des Prüflings gegenüber der Antriebseinheit erzeugen können.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Antriebseinheit umfasst ihrerseits einen Elektromotor mit einem Gehäuse, wobei der Elektromotor den Prüfling mit einer Eingangsdrehzahl und einem Eingangsdrehmoment nach Maßgabe einer Ansteuerung des Elektromotors beaufschlagen kann. Das Gehäuse besteht aus einem Mantelkörper und einem vorderen sowie einem hinteren Lagerschild, wobei das vordere und das hintere Lagerschild den Mantelkörper axial abschließen. Das vordere und das hintere Lagerschild sind Bestandteile des Gehäuses. Das vordere Lagerschild hält zudem eine vordere Lagerung der Motorwelle und das hintere Lagerschild hält entsprechend eine hintere Lagerung der Motorwelle. Somit stützt sich die Motorwelle also über die vordere bzw. hintere Lagerung am vorderen bzw. hinteren Lagerschild ab.
Das vordere Lagerschild ist dabei einstückig ausgebildet mit einem vorderen mechanischen Joch, welches sich oberhalb des Elektromors befindet und sich insbesondere symmetrisch in beide Lateralrichtungen vom Elektromotor abstreckt. Ebenso ist So shedas hintere Lagerschild einstückig ausgebildet mit einem hinteren mechanischen Joch, welches sich auch oberhalb des Elektromors befindet und sich ebenfalls insbesondere symmetrisch in beide Lateralrichtungen vom Elektromotor abstreckt. Aus dieser Bauweise ergibt sich der Vorteil, dass die Verbindung des vorderen bzw. des hinteren Jochs mit dem Elektromotor besonders steif ausgebildet ist, was eine verbesserte Schwingungsdämpfung und damit einhergehend eine verbesserte Genauigkeit der Prüfung des Prüflings begünstigt.
Die Tragvorrichtung dient dazu, den Elektromotor über das vordere und das hintere Joch abzustützen und weist dazu geeignete Auflageflächen auf. Vorteilhaft können das vordere und das hintere Joch auf den Auflageflächen mit der Tragvorrichtung verschraubt werden bzw. geklemmt werden, so dass sich eine besonders feste und besonders schwingungsdämpfende Verbindung ergibt. Insbesondere können auch Zwischenelemente zwischen der Tragvorrichtung und den Jochen vorgesehen sein, wie etwa Leisten, Keile oder sonstige Unterlagen. In diesem Fall liegt der Elektromotor über das vordere und das hintere Joch also nicht unmittelbar auf der Auflagefläche der Tragvorrichtung auf, sondern auf dem Zwischenelement. Das Zwischenelement dient dabei vorteilhaft der weiteren Versteigung der Anbindung des Elektromotors an die Tragvorrichtung.
Bevorzugt ist es zudem vorgesehen, dass die Tragvorrichtung zumindest teilweise aus mineralischem Beton, Polymerbeton oder einem ähnlichen, hochdämpfenden Material besteht, welches sich ebenfalls sehr gut zur Schwingungsdämpfung eignet. Ein derartiges, geeignetes Material ist beispielsweise unter der geschützten Bezeichnung „Hydropol“ bekannt. Besonders bevorzugt weist die Tragvorrichtung zudem ein metallisches Skelett auf, welches von dem schwingungsdämpfenden Material umgeben ist, insbesondere vergossen ist. Somit ist auch schon die Tragvorrichtung ihrerseits schwingungsdämpfend ausgebildet. Aufgrund der für Elektromotoren typischen, im Vergleich zu Verbrennungsmotoren sehr hohen Drehzahlen, kommt der Schwingungsdämpfung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit hohe Bedeutung zu, da andernfalls vom Elektromotor erzeugte Schwingungen sich in den Prüfling fortsetzen und dessen Prüfverhalten ungünstig beeinflussen.
Das vordere und das hintere Joch des Elektromotors sind bevorzugt metallisch und massiv ausgebildet, insbesondere aus Stahl oder einer Stahllegierung ausgebildet. Alternativ bevorzugt sind das vordere und das hintere Joch aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Das vordere und das hintere Joch sind weiterhin dazu ausgebildet, den Elektromotor auf der Tragvorrichtung abzustützen. Besonders bevorzugt bestehen das vordere und das hintere Joch ähnlich wie die Tragvorrichtung aus einem metallischen Skelett, welches von einem mineralischen Beton, Polymerbeton oder einem ähnlichen, hochdämpfenden Material, insbesondere auch „Hydropol“, umgeben ist.
Indem der Elektromotor sich über das vordere und das hintere Joch auf der Tragvorrichtung abstützt, insbesondere über die lateral äußeren Enden des vorderen und des hinteren Jochs auf der Tragvorrichtung abstützt, sind unterhalb und seitlich des Elektromotors vergleichsweise große Freiräume geschaffen, durch welche beispielsweise Abtriebswellen des Prüflings am Elektromotor vorbeigeführt werden können. Aufgrund ihrer Bauweise als Achsantriebe bzw. als sog. achsparallele Antriebe mit einem parallel zur Achse angeordneten elektrischen Antrieb ist dies ein im Zusammenhang mit der Prüfung von elektrischen Kraftfahrzeugantriebssträngen häufig auftretendes Erfordernis. Bei achsparallel aufgebauten elektrischen Kraftfahrzeugantriebssträngen ist die Abtriebswelle außerhalb des elektrischen Antriebs, nämlich achsparallel zur Motorwelle des elektrischen Antriebs, angeordnet.
Des Weiteren umfasst die Antriebseinheit auch einen sog. Klemmenkasten, welcher die elektrischen Zuleitungen für den Elektromotor, insbesondere dessen elektrische Energieversorgung und Ansteuerung, aufnimmt. Die elektrischen Zuleitungen werden dem Elektromotor also nicht unmittelbar zugeführt sondern vielmehr über den Klemmenkasten zugeführt. Der Klemmenkasten umfasst dazu in seinem Inneren zumindest eine Reihe von elektrischen Kontakten, die sog. Klemmleisten, über welche die einzelnen Spulen des Elektromotors bestromt werden können. Der Klemmenkasten liegt insbesondere bündig auf einer Oberseite des vorderen Jochs und auf einer Oberseite des hinteren Jochs auf. Dazu sind eine Oberseite des vorderen Jochs sowie des hinteren Jochs vorteilhaft geometrisch angepasst an eine Unterseite des Klemmenkastens, z.B. dahingehend, dass beide planar ausgebildet sind. Auch eine Anbringung von Konturen auf den Oberseiten der Joche bzw. auf der Unterseite des Klemmenkastens ist jedoch denkbar, solange diese gegengleich sind und der Klemmenkasten auf den Oberseiten der Joche angeordnet werden kann. Beispielsweise können die Oberseiten der Joche an bestimmten Stellen Stifte aufweisen, welche in dafür vorgesehene Öffnungen der Unterseite des Klemmenkastens eingreifen und diesen zusätzlich halten bzw. zumindest zentrieren. Ebenso ist auch hier eine Verwendung von geeigneten Zwischenelementen wie Leisten, Keilen oder sonstigen Unterlagen denkbar.
Bevorzugt ist der Klemmenkasten auf den Oberseiten der Joche mittels einer Vielzahl von Schraubverbindungen oder Klemmverbindungen befestigt. Beide Möglichkeiten erlauben eine vergleichsweise steife und damit schwingungsdämpfende Befestigung.
Des Weiteren weist der Klemmenkasten eine äußere Hülle auf, welche bevorzugt aus einem Stahlblech besteht und vollständig bzw. modular abnehmbar ist. Einzelne Module der äußeren Hülle, beispielsweise ein Deckel oder Seitenwände der Hülle, können bevorzugt miteinander verschraubt sein.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass der Klemmenkasten zusätzliche Versteifungsstreben umfasst. Die Versteifungsstreben sind vorteilhaft aus Stahl oder einer Stahllegierung und insbesondere massiv. Bevorzugt sind die Versteifungsstreben zudem im Wesentlichen quaderförmig und stehen mit mindestens einer Fläche der Hülle des Klemmenkastens in Anlage, beispielsweise mit einer Bodenfläche bzw. einer Seitenwand. Die Versteifungsstreben sind vorteilhaft über eine Vielzahl von Schraubverbindungen mit dem Klemmenkasten verbunden, um eine möglichst feste und steife Verbindung herzustellen und insbesondere auch ein Schwingen der äußeren Hülle des Klemmenkastens zu vermeiden bzw. zu reduzieren.
Durch die Versteifungsstreben wird die Steifigkeit des Klemmenkastens und der gesamten Antriebseinheit soweit erhöht, dass die Antriebseinheit nur sehr schwer und insbesondere nur bei sehr hohen Frequenzen zu Schwingungen angeregt werden kann. Die Steifigkeit der Antriebseinheit kann durch die erfindungsgemäßen Versteifungsstreben vorteilhaft soweit erhöht werden, dass vom Elektromotor erzeugte Schwingungen keine Eigenfrequenz der Antriebseinheit treffen, also insbesondere keine Resonanzeffekte auftreten. Der Erfindung gelingt es also, die maschinendynamisch eigentlich negativen Auswirkungen des weit verbreiteten Klemmenkastens durch das Vorsehen der Versteifungsstreben in einen Vorteil umzuwandeln.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Antriebseinheit derart ausgebildet ist, dass eine erste Eigenfrequenz der Antriebseinheit oberhalb der ersten Drehordnung des Elektromotors liegt. Bei einer Motordrehzahl von 15.000 U/min liegt die Eigenfrequenz der Antriebseinheit also oberhalb von ca. 350 Hz. Dies hat sich zur Prüfung von hochdrehenden elektrischen Kraftfahrzeugantriebssträngen als besonders geeignet erwiesen.
Da die Versteifungsstreben im Inneren des ohnehin vorhandenen Klemmenkastens angeordnet sind, wird zudem kein zusätzlicher Bauraum zur Anbringung der Versteifungsstreben benötigt. Stattdessen wird erfindungsgemäß der ohnehin vorhandene Bauraum im Inneren des Klemmenkastens genutzt, um die erfindungsgemäße Antriebseinheit weiter zu versteifen.
Aufgrund der sehr hohen Leistungsdichte aktueller Elektromotoren werden zum Betrieb des Elektromotors auch sehr hohe Betriebsströme benötigt, was wiederum im Klemmenkasten entsprechend große und leitfähige Klemmleisten erforderlich macht. Durch das zusätzliche Gewicht der Klemmleisten im Klemmenkasten verschiebt sich das Masseverhältnis zwischen dem Elektromotor und dem Klemmenkasten zusehends in die Richtung des Klemmenkastens. Aus maschinendynamischer Sicht ist es deshalb sinnvoll, den Elektromotor so direkt und so steif wie möglich in der Nähe des gemeinsamen Schwerpunkts an der Tragvorrichtung abzustützen. Im Gegensatz zu im Stand der Technik weit verbreiteten sog. Fußanbindungen ermöglicht die Anbindung über das vordere und das hintere Joch genau diesen Vorteil.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Versteifungsstreben im Klemmenkasten parallel und/oder senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Da der Klemmenkasten bündig auf den Oberseiten des vorderen und des hinteren Jochs angeordnet ist und die Joche sich rechtwinklig vom Elektromotor abstrecken, sind die Versteifungsstreben somit auch parallel bzw. senkrecht zu einer Längsachse des Elektromotors und auch parallel bzw. senkrecht zum vorderen und hinteren Joch. Diese Anordnung der Versteifungsstreben hat sich als besonders gut geeignet zur Versteifung des Klemmenkastens erwiesen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass senkrecht zueinander ausgerichtete Versteifungsstreben aneinander anliegen. Das heißt also, dass die Versteifungsstreben - soweit sie nicht parallel zueinander ausgerichtet sind - sich berühren. Durch dieses bevorzugt flächige Berühren von rechtwinklig zueinander ausgerichteten Versteifungen wird deren Steifigkeit und Schwingungsdämpfungsfähigkeit weiter erhöht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine erste Versteifungstrebe im Klemmenkasten vollständig auf einer Oberseite des vorderen Jochs angeordnet ist und eine zweite Versteifungstrebe im Klemmenkasten vollständig auf einer Oberseite des hinteren Jochs angeordnet ist. Die erste und die zweite Versteifungsstrebe sind als beide im Inneren des Klemmenkastens angeordnet, nämlich auf der Oberseite des vorderen bzw. hinteren Jochs. Sie sind somit zueinander parallel und senkrecht zur Längsachse des Elektromotors. Da sich lediglich ein Bodenblech des Klemmenkastens zwischen dem vorderen Joch und der ersten Versteifungsstrebe bzw. dem hinteren Joch und der zweiten Versteifungsstrebe befindet, ist die Steifigkeit der Verbindung zwischen dem entsprechenden Joch und der ersten und zweiten Versteifungsstrebe vergleichsweise groß. Bevorzugt sind die erste Versteifungsstrebe und die zweite Versteifungsstrebe mittels Schraubverbindungen durch das Bodenblech hindurch direkt im vorderen Joch bzw. hinteren Joch verankert.
Die erste und die zweite Versteifungsstrebe sind insbesondere im axialen Randbereich des Klemmenkastens angeordnet, besonders bevorzugt liegen sie an jeweils eine Seitenwand des Klemmenkastens an. Ganz besonders bevorzugt sind sie mit der jeweils einen Seitenwand des Klemmenkastens über jeweils eine Vielzahl von Schraubverbindungen verschraubt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass mindestens eine dritte Versteifungsstrebe senkrecht an die erste Versteifungsstrebe und an die zweite Versteifungsstrebe anliegt und mindestens eine Öffnung aufweist. Bevorzugt liegt die dritte Versteifungsstrebe mit ihren axialen Enden in etwa im axial mittleren Bereich an die erste Versteifungsstrebe und an die zweite Versteifungsstrebe an. Somit kann ein Schwingverhalten der ersten und der zweiten Versteifungsstrebe insbesondere entlang der Längsachse des Elektromotors weiter versteift werden. Die mindestens eine Öffnung dient der Möglichkeit, Kabel durch die dritte Versteifungsstrebe von einer Seite des Klemmenkastens zu einer anderen Seite des Klemmenkastens zu führen.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die dritte Versteifungsstrebe an den Kontaktstellen zur ersten und zur zweiten Versteifungsstrebe jeweils mit diesen entweder formschlüssig, materialschlüssig oder reibschlüssig verbunden ist. Eine materialschlüssige Verbindung wird bevorzugt durch Verschweißen hergestellt, eine reibschlüssige Verbindung wird bevorzugt durch Verschrauben hergestellt. Besonders bevorzugt ist die dritte Versteifungsstrebe auch mit einem Bodenblech des Klemmenkastens formschlüssig, materialschlüssig oder reibschlüssig verbunden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Klemmenkasten eine Kabelabfangung in seinem Inneren umfasst. Die Kabelabfangung hält dabei zugeführte Kabel bzw. Leitungen wie beispielsweise die elektrischen Zuleitungen. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die Kabelabfangung allerdings nicht an einer Außenseite des Klemmenkastens sondern im Inneren des Klemmenkastens angeordnet. Somit wird der Schwerpunkt des Klemmenkastens ein Stück näher an die Längsachse des Elektromotors verlagert, was zu einer erhöhten Steifigkeit des Klemmenkastens bzw. der Antriebseinheit führt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Klemmenkasten Leistungselektronikelemente in seinem Inneren umfasst. Bei den Leistungselektronikelementen kann es sich beispielsweise um leistungsfähige Halbleiterschaltelemente handeln, die gemeinsam einen Inverter zur Ansteuerung des Elektromotors bilden. Indem diese ebenfalls im Klemmenkasten angeordnet sind, sind sie nahe am Elektromotor angeordnet, was eine schnelle und präzise Steuerung des Elektromotors begünstigt, und gleichzeitig weitgehend schwingungsfrei und steif angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Klemmenkasten eine aktive Kühlvorrichtung in seinem Inneren umfasst. Somit können beispielsweise die Leistungselektronikelemente gekühlt werden, was höhere Betriebsströme und eine längere Betriebsdauer der Antriebseinheit ohne Unterbrechung begünstigt. Die Kühlvorrichtung kann eine Wasserkühlung sein oder eine von einem Lüfter erzeugte Luftströmung. Die Anordnung der Kühlvorrichtung im Klemmenkasten führt wiederum dazu, dass auch die Kühlvorrichtung steif und schwingungsdämpfend angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Antriebseinheit weiterhin mindestens ein Abstützmodul umfasst, welches das Gehäuse zusätzlich gegen die Tragvorrichtung abstützt. Das mindestens eine Abstützmodul ermöglicht durch eine zusätzliche Abstützung des Elektromotors über sein Gehäuse gegen die Tragvorrichtung eine weitere Versteifung der Antriebseinheit und somit eine exaktere Prüfung des Prüflings, insbesondere auch bei sehr hohen Drehzahlen und bei in Zukunft weiter steigenden Drehzahlen von elektrischen Kraftfahrzeugantriebssträngen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das vordere Joch und/oder das hintere Joch eine Fluidlagerkühlung aufweist. Die Fluidlagerkühlung kann in der vorderen bzw. der hinteren Lagerung der Motorwelle entstehende Abwärme effektiv abführen und somit den Verschleiß der jeweiligen Lagerung reduzieren. Bei dem zur Kühlung verwendeten Fluid handelt es sich bevorzugt um eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder ein Öl.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Gehäuse einen Radialdurchmesser von weniger als 270 mm aufweist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Elektromotor vergleichsweise schlankbauend ausgebildet ist, um möglichst viel Freiraum unterhalb und seitlich des Elektromotors zu gewährleisten. Dies begünstigt insbesondere das Prüfen von achsparallel aufgebauten elektrischen Kraftfahrzeugantriebssträngen noch weiter, vor allem ohne zusätzlich Umlenkgetriebe.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Elektromotor dazu ausgebildet ist, Drehzahlen von bis zu 25000 U/min zu erreichen. Besonders bevorzugt ist der Elektromotor dazu ausgebildet, Drehzahlen von mehr als 15000 U/min bis zu 25000 U/min zu erreichen und ganz besonders bevorzugt ist der Elektromotor dazu ausgebildet, Drehzahlen von mehr als 20000 U/min bis zu 25000 U/min zu erreichen. Derartige Drehzahlen entsprechen den Drehzahlen, die im Betrieb eines elektrischen Kraftfahrzeugantriebs von dessen elektrischem Antrieb, also von dessen Elektromotor, erzeugt werden. Somit wird eine realitätsnahe Prüfung des elektrischen Kraftfahrzeugantriebs ermöglicht.
Der Elektromotor kann auch dazu ausgebildet sein, Drehzahlen von mehr als 25000 U/min zu erreichen.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebssträng, umfassend eine erfindungsgemäße Antriebseinheit. Somit ergeben sich die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit genannten Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Antriebsstrangprüfstand.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:

1 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit für einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge,
2 beispielhaft und schematisch eine weitere mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit und
3 den Klemmenkasten und den Elektromotor der 2 in einer vergrößerten Darstellung.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
1 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 2 für einen in 1 nicht dargestellten Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge. Die Antriebseinheit 1 umfasst einen Elektromotor 1 mit einem Gehäuse 3 sowie eine Tragvorrichtung 4 zum Tragen des Elektromotors 1. Das Gehäuse 3 umfasst seinerseits ein mit einem vorderen Lagerschild 5 des Elektromors 1 einstückig verbundenes mechanisches vorderes Joch 6 sowie ein mit einem hinteren Lagerschild (nicht dargestellt in der Perspektive von 1) des Elektromors 1 einstückig verbundenes mechanisches hinteres Joch 14 (ebenfalls nicht dargestellt in der Perspektive von 1). Wie zu sehen ist, streckt sich das vordere Joch 6 oberhalb des Elektromotors 1 in beide Lateralrichtungen vom Elektromotor 1 ab. Ebenso streckt sich auch das in 1 nicht dargestellte hintere Joch 14 oberhalb des Elektromotors 1 in beide Lateralrichtungen vom Elektromotor 1 ab. Mit den Axialenden des vorderen Jochs 6 und des hinteren Jochs 14 liegt der Elektromotor 1 auf der Tragvorrichtung 4 auf, so dass die Tragvorrichtung 4 also den Elektromotor 1 trägt. Beispielsgemäß sind die Axialenden des vorderen Jochs 6 und des hinteren Jochs 14 über Schraubverbindungen mit der Tragvorrichtung 4 verbunden. Indem der Elektromotor 1 wie in 1 über das vordere Joch 6 und das hintere Joch 14 von der Tragvorrichtung 4 getragen wird, sind unterhalb des Elektromotors 1 sowie zu beiden Seiten des Elektromotors 1 Freiräume gebildet, durch die z.B. eine Abtriebswelle eines Prüflings (nicht dargestellt in 1) am Elektromotor 1 vorbeigeführt werden kann. Weiterhin zu sehen ist der Klemmenkasten 7, welcher beispielsgemäß eine äußere Hülle aus Stahlblech umfasst sowie bündig und plan auf einer Oberseite des vorderen Jochs 6 und auf einer Oberseite des hinteren Jochs 14 aufliegt. In seinem Inneren weist der Klemmenkasten 7 zusätzliche Versteifungsstreben 11, 12, 13 (nicht dargestellt in 1) auf. Beispielsgemäß ist der Klemmenkasten 7 mit dem vorderen Joch 6 und mit dem hinteren Joch 14 verschraubt. Da die Versteifungsstreben 11, 12, 13 aus Stahl ausgebildet sind uns massiv sind, führen sie neben einer Verbesserung der Steifigkeit des Antriebseinheit 2 auch zu einer Erhöhung des Gewichts des Klemmenkastens 7. In der Regel ist eine Erhöhung des Gewichts mit einer Reduzierung der Steifigkeit verbunden und Eigenfrequenzen des betreffenden Körpers verschieben sich somit nachteilig zu niedrigeren Frequenzen. Durch das zusätzliche Gewicht der Versteifungsstreben und der großen Klemmleisten 16, 17, 18 im Klemmenkasten 7 verschiebt sich das Masseverhältnis zwischen dem Elektromotor 1 und dem Klemmenkasten 7 in die Richtung des Klemmenkastens 7. Durch die zusätzliche Versteifungswirkung der Versteifungsstreben 11, 12, 13 sowie durch die Anbindung des Elektromotors 1 über das vordere Joch 6 und das hintere Joch 14, die ein Anbindung des Elektromotors 1 an die Tragvorrichtung in der Nähe des gemeinsamen Schwerpunkts ermöglichen, kann im vorliegenden Fall sogar eine Zunahme der Steifigkeit und damit eine Verschiebung der Eigenfrequenzen der Antriebseinheit 2 zu höheren Frequenzen erreicht werden. Der horizontale Abstand des Schwerpunkts 8 von der horizontalen Position der Anbindung des Elektromotors 1 über das vordere Joch 6 und das hintere Joch 14 ist durch Pfeile 9 dargestellt.
2 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 2 für einen in 2 nicht dargestellten Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge. In der Darstellung der 2 ist der Klemmenkasten 7 teilweise transparent dargestellt, so dass die erste Versteifungsstrebe 11, die zweite Versteifungsstrebe 12 und die dritte Versteifungsstrebe 13 zu sehen sind. Wie weiterhin zu sehen ist, sind die Versteifungsstreben 11, 12, 13 quaderförmig und die Versteifungsstreben 11 und 12 stehen mit jeweils einer Seitenfläche sowie der Bodenfläche der Hülle des Klemmenkastens 7 in Anlage. Zudem stehen die Versteifungsstreben 11 und 12 in ihrem jeweils axial mittleren Bereich auch mit der Versteifungsstrebe 13 in Anlage. Alle Kontaktstellen der Versteifungsstreben 11, 12 und 13 untereinander sowie mit der Hülle des Klemmenkastens 7 sind beispielsgemäß über Schraubverbindungen ausgeführt.
Des Weiteren umfasst die Antriebseinheit 2 der 2 auch ein Abstützmodul 10, welches an das vordere Lagerschild 5 des Elektromotors 1 anliegt. Dadurch erhöht sich die Steifigkeit der Antriebseinheit 2 nochmals weiter. Da das Abstützmodul 10 bedarfsweise entfernt und wieder an der Antriebseinheit 2 angeordnet werden kann, kann es in Abhängigkeit von den individuellen Bauraumerfordernissen des jeweils zu prüfenden Prüflings in einem Freiraum unterhalb oder seitlich des Elektromotors 1 angeordnet werden, der jeweils nicht vom Prüfling benötigt wird.
3 zeigt den Klemmenkasten 7 und den Elektromotor 1 der 2 in einer vergrößerten Darstellung. Eine äußere Hülle des Klemmenkastens 7 besteht aus Stahlblech und ist modular, d.h. in Einzelteilen, vom Klemmenkasten 7 abnehmbar, um die im Inneren des Klemmenkastens 7 angeordneten Komponenten zugänglich zu machen. Beispielsgemäß umfasst der Klemmenkasten 7 in seinem Inneren drei Versteifungsstreben 11, 12, 13, von denen die erste Versteifungstrebe 11 im Klemmenkasten 7 vollständig auf einer Oberseite des vorderen Jochs 6 angeordnet ist und die zweite Versteifungstrebe 12 im Klemmenkasten 7 vollständig auf einer Oberseite des hinteren Jochs 14 angeordnet ist. Sie sind sie somit zueinander parallel und senkrecht zur Längsachse des Elektromotors 1 angeordnet. Da sich lediglich ein Bodenblech des Klemmenkastens 7 zwischen dem vorderen Joch 6 und der ersten Versteifungsstrebe1 1 bzw. dem hinteren Joch 14 und der zweiten Versteifungsstrebe 12 befindet, ist die Steifigkeit der Verbindung zwischen den Jochen 6, 14 und der ersten und zweiten Versteifungsstrebe 11, 12 vergleichsweise groß. Beispielsgemäß sind die erste Versteifungsstrebe 11 und die zweite Versteifungsstrebe 12 mittels Schraubverbindungen durch das Bodenblech hindurch direkt im vorderen Joch 6 bzw. hinteren Joch 14 verankert.
Eine dritte Versteifungsstrebe 13 liegt senkrecht an die erste Versteifungsstrebe 11 und an die zweite Versteifungsstrebe 12 an und weist fünf Öffnungen auf. Wie zu sehen ist, liegt die dritte Versteifungsstrebe 13 in etwa im axial mittleren Bereich an die erste Versteifungsstrebe 11 und an die zweite Versteifungsstrebe 12 an. Somit kann ein Schwingverhalten der ersten und der zweiten Versteifungsstrebe 11, 12 insbesondere entlang der Längsachse des Elektromotors 1 weiter versteift werden. Die fünf Öffnungen dienen der Möglichkeit, Kabel (nicht dargestellt in 3) durch die dritte Versteifungsstrebe 13 von einer Seite des Klemmenkastens 7 zu einer anderen Seite des Klemmenkastens 7 zu führen.
Weiterhin umfasst der Klemmenkasten 7 in seinem Inneren eine Kabelabfangung 15.
Die Kabelabfangung 15 hält dabei zugeführte Kabel bzw. Leitungen wie beispielsweise die elektrischen Zuleitungen und sichert diese gegen ein unbeabsichtigtes Herauslösen. Indem die Kabelabfangung 15 im Inneren des Klemmenkastens 7 angeordnet ist, wird der Schwerpunkt des Klemmenkastens 7 ein Stück weit näher an die Längsachse des Elektromotors 1 verlagert, was ebenfalls zu einer erhöhten Steifigkeit der Antriebseinheit 2 führt.
Schließlich sind auch drei elektrischeKlemmleisten 16, 17 und 18 zu sehen, welche durch die elektrischen Zuleitungen kontaktiert werden können und den Elektromotor 1 über einen in 3 nicht dargestellten dreiphasigen Inverter mit elektrischer Leistung versorgen können.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Antriebseinheit
3: Gehäuse
4: Tragvorrichtung
5: vorderes Lagerschild
6: vorderes Joch
7: Klemmenkasten
8: Schwerpunkt
9: Pfeil
10: Abstützmodul
11: erste Versteifungsstrebe
12: zweite Versteifungsstrebe
13: dritte Versteifungsstrebe
14: hinteres Joch
15: Kabelabfangung
16: Klemmleiste
17: Klemmleiste
18: Klemmleiste

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012018359 A1 [0003]
DE 1915896 A1 [0005]
DE 102016224138 A1 [0006]

Claims

Antriebseinheit (2) für einen Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge, umfassend einen Elektromotor (1) mit einem Gehäuse (3), eine Tragvorrichtung (4) zum Tragen des Elektromotors (1) sowie einen Klemmenkasten (7), wobei das Gehäuse (3) ein mit einem vorderen Lagerschild (5) des Elektromors (1) einstückig verbundenes mechanisches vorderes Joch (6) und ein mit einem hinteren Lagerschild des Elektromors (1) einstückig verbundenes mechanisches hinteres Joch (14) umfasst, wobei das vordere Joch (5) und das hintere Joch (14) sich jeweils oberhalb des Elektromotors (1) in beide Lateralrichtungen vom Elektromotor (1) abstrecken, wobei die Tragvorrichtung (4) den Elektromotor (1) über das vordere Joch (6) und das hintere Joch (14) trägt, so dass unterhalb und seitlich des Elektromotors (1) Freiräume gebildet sind und wobei der Klemmenkasten (7) auf einer Oberseite des vorderen Jochs (6) und auf einer Oberseite des hinteren Jochs (14) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmenkasten (7) zusätzliche Versteifungsstreben (11, 12, 13) umfasst.
Antriebseinheit (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstreben (11, 12, 13) aus Stahl oder einer Stahllegierung bestehen.
Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstreben (11, 12, 13) im Klemmenkasten (7) parallel und/oder senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
Antriebseinheit (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zueinander ausgerichtete Versteifungsstreben (11, 12, 13) aneinander anliegen.
Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Versteifungstrebe (11) im Klemmenkasten (7) vollständig auf einer Oberseite des vorderen Jochs (6) angeordnet ist und eine zweite Versteifungstrebe (12) im Klemmenkasten (7) vollständig auf einer Oberseite des hinteren Jochs (14) angeordnet ist.
Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dritte Versteifungsstrebe (13) senkrecht an die erste Versteifungsstrebe (11) und an die zweite Versteifungsstrebe (12) anliegt und mindestens eine Öffnung aufweist.
Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmenkasten (7) eine Kabelabfangung (15) in seinem Inneren umfasst.
Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmenkasten (7) Leistungselektronikelemente in seinem Inneren umfasst.
Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmenkasten (7) eine aktive Kühlvorrichtung in seinem Inneren umfasst.
Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (2) weiterhin mindestens ein Abstützmodul (10) umfasst, welches das Gehäuse (3) zusätzlich gegen die Tragvorrichtung (4) abstützt.
Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Joch (6) und/oder das hintere Joch (14) eine Fluidlagerkühlung aufweist.
Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) einen Radialdurchmesser von weniger als 270 mm aufweist.
Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) dazu ausgebildet ist, Drehzahlen von bis zu 25000 U/min zu erreichen.
Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragvorrichtung (4) und/oder das vordere Joch (6) und/oder das hintere Joch (14) zumindest teilweise aus einem mineralischen Beton oder einem Polymerbeton besteht, welcher ein metallisches Skelett umgibt.
Antriebsstrangprüfstand zum Prüfen elektrischer Kraftfahrzeugantriebsstränge, umfassend eine Antriebseinheit (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14.