Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Montageverfahren eines E-Achsen-Moduls umfassend eine elektrische Maschine, eine Leistungselektronikbaugruppe und ein Getriebe. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Montageverfahrens zur Herstellung eines E-Achsen-Moduls eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.

Stand der Technik

DE 102019 203 674 Al bezieht sich auf einen elektrischen Antrieb mit einer elektrischen Maschine und mit einer Leistungselektronik. Der elektrische Antrieb wird in ein Getriebegehäuse eingebaut, wobei die elektrische Maschine und die Leistungselektronik als Vormontageeinheit miteinander verbunden sind und wobei die Leistungselektronik axialseitig an der elektrischen Maschine befestigt und kontaktiert ist. Die elektrische Maschine ist fluidgekühlt und umfasst einen zentralen Nassraum. Die Leistungselektronik hingegen weist einen an den Nassraum der elektrischen Maschine angrenzenden Trockenraum auf. Ferner wird ein Getriebe eines Fahrzeugs mit einem an einem Getriebegehäuse befestigten elektrischen Antrieb vorgeschlagen.

In der Regel werden elektrische Antriebe, die auch als E-Achsen bezeichnet werden, komplett montiert und im Anschluss daran auf einem End-of-Line- Prüfstand getestet. Dies bedingt einen sehr hohen Montageaufwand, da in der Regel sämtliche Komponenten des elektrischen Antriebs montiert werden, was zu relativ hohen Kosten führen kann. Für den Fall, dass Teile des komplett montierten elektrischen Antriebs fehlerhaft sind, führt dies in der Regel zu Nacharbeiten an einer komplett montierten Einheit, was einen vermeidbaren Aufwand in der Endmontage darstellt. Des Weiteren bestehen Einschränkungen in der Montagereihenfolge von Komponenten bisher eingesetzter elektrischer Antriebe, die zu Einschränkungen in der Designvielfalt führen können.

Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Montageverfahren eines E-Achsen-Moduls vorgeschlagen, umfassend eine elektrische Maschine, eine vormontierte Leistungselektronikbaugruppe und ein Getriebe, wobei die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden: a) Fügen einer vormontierten Rotorbaugruppe in ein Systemgehäuse, b) Fügen einer vormontierten Statorbaugruppe in das Systemgehäuse, c) Fügen und Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer vormontierten Leistungselektronikbaugrupe und einem gemäß a) und b) vormontierten Systemgehäuse und d) Prüfung des gemäß c) elektrisch verbundenen vormontierten Systemgehäuses mit E-Maschine und vormontierter Leistungselektronikbaugruppe als prüfbares E-Achsen-Modul vor Komplettierung des E-Achsen-Moduls durch das Getriebe.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass einzelne vormontierte Unterbaugruppen, wie beispielsweise die Antriebseinheit aus elektrischer Maschine mit Inverter oder Leistungselektronikbaugruppe, geprüft werden können, bevor weitere Montageschritte und damit Kosten erzeugt werden, wenn Getriebekomponenten oder vormontierte Getriebebaugruppen an das Systemgehäuse angebaut werden, um ein E-Achsen-Modul zu komplettieren. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Montagesequenz können derartige Kosten vermieden werden und erst dann generiert werden, wenn feststeht, dass funktional einwandfreie Komponenten als komplette Baueinheit vorliegen.

Im Ablauf des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahrens wird zunächst die vormontierte Rotorbaugruppe in Fügerichtung von einer E- Maschinenseite aus in das Systemgehäuse eingebaut beziehungsweise seitlich in dieses eingeschoben. Die Rotorbaugruppe umfasst den auf eine Rotorwelle aufgebrachten Rotor, Lagerbaugruppen sowie Verzahnungskomponenten.

In weiterer Abfolge des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahrens wird eine vormontierte Statorbaugruppe, ein topfförmig ausgebildetes Statorgehäuse umfassend, in Fügerichtung von der E-Maschinenseite des Systemgehäuses her mit dem bevorzugt einen komplementärtopfförmig konfigurierten Einsatz aufweisenden Systemgehäuse gefügt.

In der weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahrens wird die vormontierte Leistungselektronikbaugruppe vor Durchführung von Verfahrensschritt c) separat geprüft und getestet. Dies vermeidet insbesondere ein Verbauen der vormontierten und möglicherweise fehlerhaften Leistungselektronikbaugruppe bei kompletter Endmontage eines E-Achsen-Moduls, so dass Montagekosten und - aufwand eingespart werden und eine rechtzeitige Detektion und Ausschleusung fehlerbehafteter Teile und Baugruppen sichergestellt ist.

In einer weiteren vorteilhaften Abfolge des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahrens wird gemäß c) eine Hochvoltverbindung zwischen der vormontierten Leistungselektronikbaugruppe und der elektrischen Maschine im vormontierten Systemgehäuse hergestellt. Auf diese Weise wird ein prüf- und testbares E-Achsen-Modul erhalten, bei dem die Funktionalitäten des elektrischen Antriebs im Zusammenspiel mit dem Inverter beziehungsweise der vormontierten Leistungselektronikbaugruppe überprüft werden können, ohne dass bereits ein fertig hergestelltes, mit einem Getriebe und dessen Komponenten versehenes E-Achsen-Modul vorliegt.

In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahrens wird das prüf- und testbare E-Achsen-Modul nach Durchführung einer Funktionsprüfung durch vormontierte Getriebekomponenten des Getriebes komplettiert. Dadurch ist sichergestellt, dass keine weitere Bearbeitung sich bereits als fehlerbehaftet herausgestellter Baugruppen erfolgt und lediglich getestete und geprüfte Baugruppen, insbesondere ein funktional intaktes, prüfbares und testbares E-Achsen-Modul mit den Getriebekomponenten des Getriebes bestückt wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt die Komplettierung des prüf- und testbaren E-Achsen-Moduls durch bereits vormontierte Getriebekomponenten des Getriebes von einer Getriebeseite her, wobei die vormontierten Getriebekomponenten auf der Getriebeseite mit dem vormontierten Systemgehäuse gefügt werden.

In Weiterentwicklung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahrens wird nach Montage der Getriebekomponenten das vormontierte Systemgehäuse des prüf- und testbaren E-Achsen-Moduls an einer umlaufenden Dichtung auf der Getriebeseite des vormontierten Systemgehäuses mit einem Getriebedeckel verschlossen, so dass ein komplett gefertigtes E-Achsen-Modul erhalten wird.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines E-Achsen-Moduls eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, zum Beispiel eines Personenkraftwagens oder eines leichten oder mittelschweren Nutzfahrzeugs zum Lastentransport.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann frühzeitig sichergestellt werden, dass bei der Montage eines E-Achsen-Moduls aus seinen wesentlichen Komponenten elektrische Maschine, Leistungselektronikbaugruppe und Getriebe nur solche Komponenten gefügt und verbaut werden, die bereits auf ihre Funktionalität überprüft wurden, bevor eine Veredelung, d. h. Fertigherstellung des E-Achsen-Moduls erfolgt. Der mit einer zu frühen Komplettmontage einhergehende Aufwand und sich daraus ergebende höhere Montagekosten können mit Hilfe des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahrens verringert werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird eine Montagesequenz dargestellt, welche sicherstellt, dass ein voll integriertes und funktionales E-Achsen-Modul erhalten wird, bevor die Komplettierung des E-Achsen-Moduls durch die Montage des Getriebes beziehungsweise der vormontierten Getriebekomponenten erfolgt. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Montageverfahren kann eine frühzeitige Prüfung und entkoppelte Testung der Teilkomponenten Leistungselektronikbaugruppe (Inverter) sowie elektrische Maschinen erfolgen, bevor vormontierte Getriebekomponenten und das Getriebe selbst montiert werden. Dadurch lässt sich eine erhebliche Reduktion und eine Vereinfachung der Montageumfänge erreichen ebenso wie eine Reduktion von durch Fehler verursachte Kosten, da fehlerhafte Baugruppen rechtzeitig aus dem Montageprozess ausgeschleust werden können.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Montageverfahren lässt sich auch innerhalb eines Servicekonzepts, welches bei Wartungsarbeiten durchgeführt wird und die Montagereihenfolge betrifft, in vorteilhafter Weise einsetzen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 ein Fügen von vormontierter Stator- und Rotorbaugruppe im Systemgehäuse,

Figur 2 das Fügen einer vormontierten Leistungselektronikbaugruppe mit dem vormontierten Systemgehäuse gemäß Figur 1 und

Figur 3 ein Fügen vormontierter Getriebekomponenten und eines

Getriebedeckels an einem prüf- und testbaren vormontierten Systemgehäuse mit elektrisch miteinander verbundener Leistungselektronikbaugruppe und elektrischer Maschine.

Ausführungsformen der Erfindung

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.

Figur 1 zeigt ein Systemgehäuse 12 eines E-Achsen-Moduls 10, dessen wesentliche Komponenten in Figur 3 dargestellt sind. Das Systemgehäuse 12 umfasst eine E-Maschinenseite 14 und eine dieser gegenüberliegende Getriebeseite 16. In das Systemgehäuse 12 gemäß der Darstellung in Figur 1 wird eine elektrische Maschine 18 eingebracht. Die elektrische Maschine 18 umfasst eine vormontierte Rotorbaugruppe 20. Die vormontierte Rotorbaugruppe 20 wiederum umfasst einen mit einer Rotorwelle 24 drehfest gefügten Rotor 22, mindestens eine Laufverzahnung 26 sowie ein oder mehrere Lager 28, die in der Darstellung gemäß Figur 1 nur schematisch angedeutet sind. Durch die Lager 28 wird die Rotorwelle 24 im Systemgehäuse 12 drehbar aufgenommen. Mit Bezugszeichen 38 ist eine Fügerichtung bezeichnet, in welche die vormontierte Rotorbaugruppe 20 von der E-Maschinenseite 14 her in das Systemgehäuse 12 eingeschoben wird.

Des Weiteren ist Figur 1 eine vormontierte Statorbaugruppe 32 zu entnehmen, die ein topfförmig konfiguriertes Statorgehäuse 30 umfasst. Das Statorgehäuse 30 kann in einer Konizität ausgebildet sein, um ein leichteres Fügen der vormontierten Statorbaugruppe 32 mit einem komplementär zu dessen Geometrie ausgebildeten Einsatz innerhalb des Systemgehäuses 12 zu ermöglichen. Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht hervor, dass das Statorgehäuse 30 an seiner Außenseite mit einer Anzahl sich in axiale Richtung erstreckender Rippen versehen sein kann, über welche im montierten Zustand des Statorgehäuses 30 im Systemgehäuse 12 eine Fluidkühlung der elektrischen Maschine 18 erreicht werden kann. Sowohl die vormontierte Rotorbaugruppe 20 als auch die vormontierte Statorbaugruppe 32 werden in Fügerichtung 38 von der E-Maschinenseite 14 in das Systemgehäuse 12 eingeschoben, so dass sich ein vormontiertes Systemgehäuse 42 ergibt.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das Systemgehäuse 12 gemäß der perspektivischen Wiedergabe in Figur 1 an seiner Oberseite eine Mulde 36 oder eine muldenartige Vertiefung aufweisen kann, welche Raum für Komponenten oder Halbleiterkomponenten einer vormontierten Leistungselektronikbaugruppe 34, wie sie in Figur 2 angedeutet ist, bietet. Figur 2 ist die vormontierte Rotorbaugruppe 20 samt Rotorwelle 24 zu entnehmen, die im vormontierten Systemgehäuse 42 aufgenommen ist. An der Oberseite des vormontierten Systemgehäuses 42 befindet sich die ebenfalls in Figur 1 dargestellte Mulde 36 beziehungsweise eine muldenartige Vertiefung. Auf diese wird in im Wesentlichen vertikaler Fügerichtung 44 ein Deckel 40 gefügt.

Im Deckel 40 befinden sich die Komponenten einer vormontierten Leistungselektronik 34. Alternativ dazu lässt sich die Leistungselektronik 34 in mehreren Schritten montieren, wobei zunächst die Montage der Leistungselektronik 34 in die Mulde 36 des Systemgehäuses 12 erfolgt und innerhalb eines zweiten Montageschrittes vom Deckel 40 abgeschlossen wird.

Aus der perspektivischen Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass sich an der Getriebeseite 16 des vormontierten Systemgehäuses 42 eine umlaufende Dichtung 58 befindet. Diese Dichtung 58 kann als umlaufendes Band oder als Dichtpaste oder dergleichen ausgeführt sein. Durch das Fügen der vormontierten Leistungselektronik 34 mit dem vormontierten Systemgehäuse 42, wie dies in Figur 2 dargestellt ist, ergibt sich ein in Figur 4 dargestelltes prüf- und testbares E-Achsen-Modul 62. Die Dichtung 58 kann erst zu einem späteren Zeitpunkt auf eine entsprechende Dichtfläche montiert werden, was direkt vor der Montage und Verschraubung eines Getriebedeckels 56 erfolgt. In der Darstellung gemäß Figur 2 ist lediglich eine Dichtfläche dargestellt.

Figur 3 zeigt das prüf- und testbare E-Achsen-Modul 62, nachdem die im Zusammenhang mit der Beschreibung zu Figur 2 bereits erwähnte, vormontierte Leistungselektronikbaugruppe 34, aufgenommen im Deckel 40, mit dem vormontierten Systemgehäuse 42 montiert und mindestens eine Hochvoltverbindung zu der im vormontierten Systemgehäuse 42 eingebauten elektrischen Maschine 18 geschaffen worden ist. Des Weiteren verlaufen weitere Signal-, Sensor- und Steuerleitungen zwischen der vormontierten Leistungselektronikbaugruppe 34 und den Komponenten der elektrischen Maschine 18, die im vormontierten Systemgehäuse 42 enthalten ist. Seitlich an der Leistungselektronikbaugruppe 34 befinden sich Hochvoltanschlüsse 46, während an der Unterseite des vormontierten Systemgehäuses 42 Anschlüsse für ein Kühlmedium dargestellt sind. Die Position der Anschlüsse am Umfang des Systemgehäuses 12 beziehungsweise am Umfang des vormontierten Systemgehäuses 42 kann variieren. Gemäß der Darstellung in Figur 3 kann mithin das prüf- und testbare E-Achsen- Modul 62 hinsichtlich seiner Funktionalität geprüft und getestet werden, ohne dass an das prüf- und testbare E-Achsen-Modul 62 Getriebekomponenten 50 eines Getriebes 48 montiert sind.

Die im Zusammenhang mit Figur 2 dargestellte, in den Deckel 40 integrierte vormontierte Leistungselektronikbaugruppe 34 wird bevorzugt vor der Montage mit dem vormontierten Systemgehäuse 42 separat getestet, so dass nur für intakt befundene vormontierte Leistungselektroniken 34 schlussendlich mit dem vormontierten Systemgehäuse 42 gefügt und elektrisch sowie steuerleitungstechnisch miteinander verbunden werden.

Nach Durchführung von Tests und Prüfroutinen am in Figur 3 dargestellten prüf- und testbaren E-Achsen-Modul 62 und abhängig vom Testergebnis können im Rahmen von finalisierenden Montageschritten dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahren folgend vormontierte Getriebekomponenten 50 eines Getriebes 48 an der Getriebeseite 16 des prüf- und testbaren E- Achsen-Moduls 62 montiert werden.

Bei den vormontierten Getriebekomponenten 50 kann es sich beispielsweise um eine Ritzelwelle 52 und um ein oder mehrere Zahnräder 54 handeln. Diese werden seitlich in entsprechende Öffnungen auf der Getriebeseite 16 in das vormontierte Systemgehäuse 42 eingesteckt, bevor schließlich ein Verschließen des vormontierten Systemgehäuses 42 des prüf- und testbaren E-Achsen- Moduls 62 durch Aufbringen eines Getriebedeckels 56 seitlich auf die Dichtung 58 am vormontierten Systemgehäuse 42 erfolgt. Eine Befestigung des Getriebedeckels 56 durch mehrere Flanschschrauben 60 erfolgt nach Ausrichtung des Getriebedeckels 56 und passgenauem Anlegen des Getriebedeckels 56 auf die Dichtung 58 auf der Getriebeseite 16 des vormontierten Systemgehäuses 42 des prüf- und testbaren E-Achsen-Moduls 62. Auch in der Darstellung gemäß Figur 3 ist eine umlaufende Dichtfläche dargestellt, auf der vor Montage des Getriebedeckels 56 eine umlaufend ausgebildete Dichtung 58 auf der Getriebeseite 16 montiert wird.

Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren wird vermieden, dass sich erst bei vollständiger Komplettmontage des E-Achsen-Moduls 10 mit den im Wesentlichen in Figur 3 dargestellten Komponenten bei der Durchführung von Tests und Prüfroutinen herausstellt, dass fehlerhafte Komponenten verbaut sind. Es kann beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren erreicht werden, dass rechtzeitig fehlerhafte vormontierte Leistungselektronikbaugruppen 34 beziehungsweise fehlerhafte prüf- und testbare E-Achsen-Module 62 weiterverarbeitet und zu kompletten E-Achsen-Modulen 10 gefügt werden, indem die vormontierten Getriebekomponenten 50 des Getriebes 58 montiert werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Montageverfahren ermöglicht eine Aufteilung von Prüfroutinen und Testverfahren auf die einzelnen Baugruppen, so dass im Falle des Vorliegens von fehlerhaften Baugruppen Montageschritte und

Montageaufwand eingespart werden können, da fehlerhafte vormontierte Leistungselektronikbaugruppen 34 beziehungsweise fehlerhafte vormontierte Systemgehäuse 42 rechtzeitig aus dem Montageverfahren ausgeschleust werden können, bevor vormontierte Getriebekomponenten 50 des Getriebes 58 auf der Getriebeseite 16 des prüf- und testbaren E-Achsen-Moduls 62 verbaut werden.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.