DE10152808A1 - Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge

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Abstract

Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge. Er enthält eine Antriebsverbindungsbrücke (24) zwischen einerseits dem Rotor (20) einer elektrischen Maschine (16) oder einem radial äußeren Endabschnitt (18-2) eines Antriebsverbindungskörpers (18) zwischen einer Motorabtriebswelle (2) und dem Rotor (20) der elektrischen Maschine (16) und andererseits einer Pumpenradeinheit (26) eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers (6).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Aus der Praxis und in ähnlicher Weise auch aus der DE 198 49 051 C1 ist ein Antriebsstrang dieser Art für Kraftfahrzeuge bekannt, enthaltend eine Motorabtriebswelle (Kurbelwelle) eines Fahrantriebsmotors; einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, der längs einer theoretischen axialen Mittellinie axial zur Motorabtriebswelle angeordnet ist und eine Turbinenradeinheit hat, die mit einer Getriebeantriebswelle (Getriebeeingangswelle) eines Fahrantriebsgetriebes antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist; eine elektrische Maschine, welche auf der Seite des hydrodynamischen Drehmomentwandlers angeordnet ist, die der Motorabtriebswelle zugewandt ist; einen Antriebsverbindungskörper, welcher einen radial inneren Endabschnitt, der mit der Motorabtriebswelle antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist, und einen radial äußeren Endabschnitt hat, der mit dem Rotor der elektrischen Maschine antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist. Eine Pumpenradeinheit des hydrodynamischen Drehmomentwandlers ist durch einen zweiten Antriebsverbindungskörper mit der Motorabtriebswelle drehfest verbunden. Eine Überbrückungskupplung zur Antriebsüberbrückung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers ist auf der Seite des Drehmomentwandlers angeordnet, welche der Motorabtriebswelle zugewandt ist. Die elektrische Maschine ist ein Innenläufer (Rotor innerhalb des Stators) und in einem Zwischenraum zwischen der Überbrückungskupplung und einem Planetengetriebe, jedoch radial auf einem größeren Durchmesser als diese beiden, angeordnet. Das Planetengetriebe ist antriebsmäßig zwischen die Motorabtriebswelle und den Rotor der elektrischen Maschine geschaltet.
  • Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einem Antriebsstrang dieser Art Kosten und Bauraum einzusparen und gleichzeitig einen guten Wirkungsgrad der Antriebsübertragung zu erzielen. Das Gewicht des Antriebsstranges soll klein sein.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
  • Die Aufgabe wird demgemäß dadurch gelöst, dass eine Antriebsverbindungsbrücke vorgesehen ist, durch welche der Rotor der elektrischen Maschine und/oder der radial äußere Endabschnitt des Antriebsverbindungskörpers mit einer Pumpenradeinheit des hydrodynamischen Drehmomentwandlers antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist.
  • Weitere Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Vorteile der Erfingung
  • Die Abstandsstrecke, welche von der Antriebsverbindungsbrücke zu überbrücken ist, ist wesentlich kleiner als ein zusätzlicher, zweiter Antriebsverbindungskörper von der Motorabtriebswelle zur Pumpenradeinheit des Drehmomentwandlers. Damit werden Material und Kosten eingespart und der Bauraum kann reduziert werden. Die Antriebsverbindungsbrücke kann für axiale Bewegungen der Pumpenradeinheit relativ zum Rotor der elektrischen Maschine ausgebildet sein, um dadurch Expansionen und Kontraktionen des Drehmomentwandlers (Atmungsbewegungen) durch die in ihm herrschenden Drücke kompensieren. Der axiale Bauraum kann ferner dadurch verkürzt werden, dass, wenn der Drehmomentwandler eine Überbrückungskupplung hat, die elektrische Maschine einen größeren Innendruchmesser als die Überbrückungskupplung hat und über die Überbrückungskupplung axial mindestens über eine Teillänge hinweg ragend angeordnet ist, vorzugsweise jedoch über mehr als ein Viertel der Länge der elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine kann gleichzeitig mindestens auf einer Teillänge die Motorabtriebswelle axial überlappen. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine ein Außenläufer (Rotor radial außerhalb des Stators), weil hierdurch bei gleichem Außendurchmesser der elektrischen Maschine ihr Drehmoment erhöht wird, oder bei gleichem Drehmoment ihr Außendurchmesser reduziert werden kann, um den Bauraumdurchmesser zu verkleinern.
  • Die elektrische Maschine kann als Starter zum Starten eines Verbrennungsmotors, als Fahrantrieb zum Antrieb des Kraftfahrzeuges mit oder ohne dem Verbrennungsmotor (Hybridantrieb), und/oder als Generator zur Stromerzeugung ausgebildet sein. Die Motorabtriebswelle kann die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors oder eines anderen Motors oder eine dieser nachgeordnete, von ihr antreibbare Welle sein. Die Getriebeantriebswelle kann eine Getriebeeingangswelle oder eine ihr antriebsmäßig vorgeordnete Welle des Fahrantriebsgetriebes sein. Eine besonders kompakte Bauweise ergibt sich, wenn sie die Getriebeeingangswelle ist und die Motorabtriebswelle die Kurbelwelle ist.
  • Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen als Beispiele beschrieben. In den Zeichnungen zeigen
  • Fig. 1 einen axialen Halbschnitt eines Antriebsstranges nach der Erfindung für Kraftfahrzeuge,
  • Fig. 2 eine axiale Stirnansicht eines axial flexiblen Kupplungsringes als Brückenelement der Antriebsverbindungsbrücke,
  • Fig. 3 einen Halbschnitt des Antriebsstranges nach der Erfindung mit einer weiteren Ausführungsform einer Antriebsverbindungsbrücke.
  • Der in Fig. 1 gezeigte Antriebsstrang nach der Erfindung für Kraftfahrzeuge enthält eine Motorabtriebswelle 2, vorzugsweise eine Kurbelwelle, eines Fahrantriebsmotors 4, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, und einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 6, der längs einer theoretischen axialen Mittellinie 8 axial zur Motorabtriebswelle 2 angeordnet ist und eine Turbinenradeinheit 10 hat, die mit einer Getriebeantriebswelle 12, vorzugsweise einer Getriebeeingangswelle, eines Fahrantriebsgetriebes 14 antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist.
  • Ferner ist eine oder mehrere elektrische Maschine 16 vorgesehen, welche auf der Seite des hydrodynamischen Drehmomentwandlers 6 angeordnet ist, die der Motorabtriebswelle 2 zugewandt ist.
  • Des Weiteren ist ein Antriebsverbindungskörper 18 vorgesehen, welcher einen radial inneren Endabschnitt 18-1, der mit der Motorabtriebswelle 2 antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist, und einen radial äußeren Endabschnitt 18-2 hat, der mit dem Rotor 20 der elektrischen Maschine 16 antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist. Der Antriebsverbidnungskörper 18 ist ungefähr tellerförmig und hat eine zentrale Öffnung, in welcher sie auf der Motorabtriebswelle 2 zentriert ist.
  • Eine Antriebsverbindungsbrücke 24 zur Drehmomentübertragung zwischen der Motorabtriebswelle 2 und einer Pumpenradeinheit 26 des hydrodynamischen Drehmomentwandlers 6 sowie zur Drehmomentübertragung zwischen dem Rotor 20 der elektrischen Maschine 16 und der Pumpenradeinheit 26 des Drehmomentwandlers 6 ist einerseits mit dieser Pumpenradeinheit 26 und andererseits mit dem Rotor 20 und/oder mit dem radial äußeren Endabschnitt 18-2 des Antriebsverbindungskörpers 18antriebsmäßig verbunden oder verbindbar. In Fig. 1 ist der Rotor 20 durch Bolzen 28 an dem radial äußeren Endabschnitt 18-2 des Antriebsverbindungskörpers 18 befestigt, und die Antriebsverbindungsbrücke 24 ist ebenfalls an diesem äußeren Endabschnitt 18-2 befestigt, z. B. angeschraubt oder angeschweißt. Bei der Ausführungsform von Fig. 3 sind durch die Bolzen 28 sowohl die Antriebsverbindungsbrücke 24 als auch der Rotor 20 mit dem radial äußeren Endabschnitt 18-2 des Antriebsverbindungskörpers 18 antriebsmäßig verbunden oder verbindbar.
  • In der vorstehenden Beschreibung der Zeichnungen bedeuten "antriebsmäßig verbunden oder verbindbar" jeweils eine "Drehmoment übertragende Verbindung".
  • Die elektrische Maschine 16 ist ein Außenläufer, bei welchem der Rotor 20 radial außerhalb des zugehörigen Stators 22 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich bezüglich einer elektrischen Maschine gleichen Außendurchmessers ein größerer Durchmesser für den Rotor 20 und damit ein größeres übertragbares Drehmoment.
  • Die Turbinenradeinheit 10 hat mindestens ein Turbinenrad. Die Pumpenradeinheit 26 enthält mindestens ein Pumpenrad und vorzugsweise auch ein drehfest mit ihm verbundenes Wandlergehäuse 30 und mindestens ein Leitrad 32.
  • Das Wandlergehäuse 30 erstreckt sich vorzugsweise über die Turbinenradeinheit 10 auf der der Motorabtriebswelle 2 zugewandten Stirnseite des Drehmomentwandlers 6 und ist vorzugsweise an der Motorabtriebswelle 2 zentriert. Das Wandlergehäuse 30 ist vorzugsweise der Teil der Pumpenradeinheit 26, welche mit der Antriebsverbindungsbrücke 24 antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist, beispielsweise angeschweißt oder durch Schrauben, Bolzen, Nieten oder Ähnlichem. Das Wandlergehäuse 30 ist mit dem mindestens einen Pumpenrad 32 drehfest verbunden, beispielsweise entsprechend Fig. 1 angeschweißt.
  • Der Antriebsverbindungskörper 18 erstreckt sich durch einen Zwischenraum zwischen der elektrischen Maschine 16 und dem Wandlergehäuse 30.
  • Die Motorabtriebswelle 2 kann sich bis in eine zentrale Durchgangsöffnung 40 der elektrischen Maschine 16 erstrecken, so dass sie einander axial mindestens teilweise überlappen.
  • Eine Überbrückungskupplung 36 zur Antriebsüberbrückung des Drehmomentwandlers 6 ist vorzugsweise auf der, dem Fahrantriebsmotor zugewandten Seite des Drehmomentwandlers 6 angeordnet, vorzugsweise in einem Raum zwischen dessen Turbinenrad 34 und dessen Wandlergehäuse 30.
  • Die Überbrückungskupplung 36 und der sie umschlingende Teil des Wandlergehäuses 30 haben einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser der elektrischen Maschine 16, so dass die Überbrückungskupplung 36 in die zentrale Durchgangsöffnung 40 der elektrischen Maschine 16 hinein ragend angeordnet werden kann. Dies ermöglicht es gemäß Fig. 1 den Stator 22, insbesondere dessen Wicklungsköpfe 38, vorzugsweise auch jedoch den Rotor 20 der elektrischen Maschine 16 so anzuordnen, dass sie die Überbrückungskupplung 36 mindestens teilweise axial übergreift.
  • Die Endabschnitte 18-1 und 18-2 des Antriebsverbindungskörpers 18 erstrecken sich mindestens teilweise quer, vorzugsweise radial, zur Mittellinie 8 und haben einen im Wesentlichen in Mittellinienlängsrichtung sich erstreckenden, sie miteinander verbindenden Zwischenabschnitt 18-3 im radialen Raum zwischen der Überbrückungskupplung 36 und dem Wandlergehäuse 30 einerseits und der elektrischen Maschine 16 andererseits in deren zentralen Durchgangsöffnung 40.
  • Durch die Verwendung eines Außenläufers als elektrische Maschine 16 kann deren Außendurchmesser ungefähr gleich groß sein wie der Außendurchmesser des Drehmomentwandlers 6, und gleichzeitig besteht wegen des relativ großen Durchmessers des Rotors 20 die Möglichkeit, in der elektrischen Maschine 16 große Drehmomente zu erzeugen.
  • Das Gehäuse 42 der elektrischen Maschine 16 kann einteilig oder mehrteilig sein. Ferner kann es einen Kühlmantel mit Kühlwasserkanälen 44 bilden. Des Weiteren kann in das Gehäuse 42 eine Wellendichtung 46 integriert sein, welche gegen die Motorabtriebswelle 2 dichtend angeordnet ist.
  • Der Stator 22 der elektrischen Maschine 16 ist vorzugsweise mit dem Kurbelwellengehäuse 48 durch Schrauben 50 verschraubt. Die Schrauben 50 können sich durch ein Blechpaket des Stators 22 der elektrischen Maschine erstrecken oder unterhalb davon angeordnet sein.
  • Die Antriebsverbindungsbrücke 24 bildet vorzugsweise eine drehsteife Antriebsverbindung, jedoch ist auch eine dreheleastische Antriebsverbindung möglich. Sie kann axial steif oder vorzugsweise für axiale Bewegungen der Pumpenradeinheit 26 relativ zum Rotor 20 der elektrischen Maschine 16 ausgebildet sein. Dadurch werden axiale Verspannungen zwischen der Pumpenradeinheit 26 und dem Rotor 20 vermieden, falls diese beiden Teile axiale Relativbewegungen zueinander machen, beispielsweise durch Relativbewegungen zwischen der Getriebeantriebswelle 8 und der Kurbelwelle 2 und/oder durch Expansionen und Kontraktionen des Drehmomentwandlers 6 durch in ihm herrschende Flüssigkeitsdrücke. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebsverbindungsbrücke 24 für radiale Ausgleichsbewegungen zwischen der Pumpenradeinheit 26 des Drehmomentwandlers 6 einerseits und dem Antriebsverbindungskörper 18 sowie dem Rotor 20 der elektrischen Maschine 16 andererseits ausgebildet sein.
  • Die Antriebsverbindungsbrücke 24 kann einteilig oder mehrteilig sein und es können mindestens zwei Teile axial zueinander verschiebbar ausgebildet sein für die genannten axialen Bewegungen. Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Antriebsverbindungsbrücke ein axial flexibles Brückenelement aufweist, durch welches die Pumpenradeinheit 26 einerseits und der Rotor 20 sowie der Antriebsverbindungskörper 18 andererseits relativ zueinander axial bewegbar sind.
  • Fig. 1 zeigt ein Brückenelement 50, welches eine Ringscheibe sein kann oder durch eine Vielzahl von ringförmig angeordneten Laschen gebildet sein kann. Es hat einen radial inneren Abschnitt 52 und einen radial äußeren Abschnitt 54. Der radial innere Abschnitt 52 (oder der radial äußere Abschnitt 54) ist am Wandlergehäuse 30 befestigt, beispielsweise angeschraubt oder angeschweißt durch eine Schweißstelle 56. Das radial äußere Ende 54 (oder das radial innere Ende 52) ist mit dem radial äußeren Endabschnitt 18-2 des Antriebsverbindungskörpers 18 je drehfest verbunden, z. B. angeschweißt oder angeschraubt durch Schrauben 58. Das Brückenelement 50 kann steif sein. Es ist jedoch vorzugsweise zwischen seinen Endabschnitten 52 und 54 in Axialrichtung biegsam, z. B. lasch oder federelastisch durch Betriebskräfte im Antriebsstrang.
  • Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Brückenelements 150, welches anstelle des genannten Brückenelements 50 verwendbar ist. Der Fig. 1 entsprechende Teile sind mit den gleichen, jedoch um 100 erhöhten Bezugszahlen versehen.
  • Das Brückenelement 150 von Fig. 2 ist eine Ringscheibe, die coaxial zur axialen Mittellinie 8 angeordnet ist und zwischen ihren in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordneten Befestigungsstellen 156 und 158 axial biegbar ist, vorzugsweise federelastisch biegsam ist. Die Ringscheibe 150 ist in Ringumfangsrichtung abwechselnd einerseits bei den einen Befestigungsstellen 158 mit dem Rotor 20 der elektrischen Maschine 16 oder dem radial äußeren Endabschnitt 18-2 des Antriebsverbindungskörpers 18 und andererseits an den anderen Befestigungsstellen 156 mit der Pumpenradeinheit, vorzugsweise dem Wandlergehäuse 30 antriebsmäßig verbunden oder verbindbar, beispielsweise anschraubbar oder angeschweißt.
  • In Fig. 3 ist anstelle des Brückenelements 50 von Fig. 1 ein Brückenelement in Form eines Wellrohres 250 vorgesehen, welches mindestens eine Halbwelle 251 aufweist, im Axialschnitt gesehen, wobei das Wellrohr 250 im Bereich dieser Halbwelle axial expandierbar und kontraktierbar ist durch Biegeflexibilität der Halbwelle, vorzugsweise durch Federelastizität der Halbwelle. Die Besfestigungsstellen des Wellrohres 250 sind entsprechend Fig. 1 bei 56 und 58. Fig. 3 zeigt die Möglichkeit, das vom Drehmomentwandler 6 entfernte Ende des Wellrohres 250 zusammen mit dem radial äußeren Endabschnitt 18-2 des Antriebsverbindungskörpers 18 durch die Bolzen 28 am Rotor 20 der elektrischen Maschine 16 zu befestigen.
  • Die elektrische Maschine 16 kann als Starter zum Starten des Verbrennungsmotors 4 ausgebildet sein und vorzugsweise auch zur Benutzung als Fahrantriebs-Elektromotor (allein oder zusammen mit dem Fahrantriebsmotor 4 als Hybridantrieb; Impulsstart) und zur Benutzung als Generator.

Claims (13)

1. Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge, enthaltend eine Motorabtriebswelle (2) eines Fahrantriebsmotors (4); einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (6), der längs einer theoretischen axialen Mittellinie (8) axial zur Motorabtriebswelle (2) angeordnet ist und eine Turbinenradeinheit (10) hat, die mit einer Getriebeantriebswelle (12) eines Fahrantriebsgetriebes (14) antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist; eine elektrische Maschine (16), welche auf der Seite des hydrodynamischen Drehmomentwandlers (6) angeordnet ist, die der Motorabtriebswelle (2) zugewandt ist; ein Antriebsverbindungskörper (18), welcher einen radial inneren Endabschnitt, der mit der Motorabtriebswelle antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist, und einen radial äußeren Endabschnitt hat, der mit dem Rotor (20) der elektrischen Maschine (16) antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsverbindungsbrücke (24) vorgesehen ist, durch welche der Rotor (20) der elektrischen Maschine (16) und/oder der radial äußere Endabschnitt (18-2) des Antriebsverbindungskörpers (18) mit einer Pumpenradeinheit (26) des hydrodynamischen Drehmomentwandlers (6) antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist.
2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsverbindungsbrücke (24) für axiale Bewegungen der Pumpenradeinheit (26) und des Rotors (20) der elektrischen Maschine (16) relativ zueinander ausgebildet ist.
3. Antriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsverbindungsbrücke (24) ein axial flexibles Brückenelement (50; 150; 250) aufweist, durch welches die Pumpenradeinheit (26) und der Rotor (20) der elektrischen Maschine (16) relativ zueinander axial bewegbar sind.
4. Antriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenelement ein Ringkörper (150) ist, der koaxial zur axialen Mittellinie (8) angeordnet ist und zwischen Befestigungsstellen (156, 158) axial biegbar ist, an welchen er in Ringumfangsrichtung abwechselnd einerseits mit dem Rotor (20) der elektrischen Maschine (16) oder dem radial äußeren Endabschnitt (18-2) des Antriebsverbindungskörpers (18) oder andererseits mit der Pumpenradeinheit (26) antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist, und dass der Ringkörper (150) zwischen diesen alternativen Befestigungsstellen (156, 158) in Axialrichtung flexibel biegbar ist durch betriebsbedingte axiale Kräfte.
5. Antriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenelement ein Wellrohr (250) ist, welches mindestens eine Halbwelle (251) aufweist, im Axialschnitt gesehen, wobei das Wellrohr im Bereich dieser Halbwelle axial expandierbar und kontraktierbar ist durch Biegeflexibilität der Halbwelle.
6. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (16) die Motorabtriebswelle (2) mindestens teilweise axial überlappend angeordnet ist.
7. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überbrückungskupplung (36) zur Antriebsüberbrückung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers (6) vorgesehen ist.
8. Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (16) die Überbrückungskupplung (36) mindestens teilweise axial überlappend angeordnet ist.
9. Antriebsstrang nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Antriebsverbindungskörper (18) durch einen Zwischenraum zwischen der elektrischen Maschine (16) und der Überbrückungskupplung erstreckt.
10. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Pumpenradeinheit (26) des hydrodynamischen Drehmomentwandlers (6) ein Wandlergehäuse (30) aufweist, welches mit mindestens einem Pumpenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers drehfest verbunden oder verbindbar ist, und dass die Antriebsverbindungsbrücke (24) mit dem Wandlergehäuse (30) antriebsmäßig verbunden oder verbindbar ist.
11. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (16) ein Außenläufer ist, bei welchem der Rotor (20) radial außerhalb eines zugehörigen Stators (22) angeordnet ist.
12. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorabtriebswelle (2) die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors (4) ist.
13. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeantriebswelle (12) eine Getriebeeingangswelle des Fahrantriebsgetriebes (14) ist.
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