DE102005003077A1 - Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (2), einem Getriebe (5) und einer zwischen dem Verbrennungsmotor (2) und dem Getriebe (5) angeordneten Elektromaschine (8), die einen von einer Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (2) angetriebenen Rotor (12) aufweist. Um mehr Möglichkeiten der Anordnung der Elektromaschine (8) zwischen dem Verbrennungsmotor (2) und dem Getriebe (6) zu eröffnen, weist der Rotor (12) eine in Bezug zur Drehachse (13) der Kurbelwelle (4) seitlich versetzte Drehachse (15) auf und ist über eine Zahnradstufe (10) mit der Kurbelwelle (4) verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebseinheit.
  • Aus der DE 101 21 917 A1 ist bereits eine Antriebseinheit dieser Art bekannt, die außer einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eine im Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnete Elektromaschine umfasst, bei welcher der Rotor eine mit den Drehachsen der Kurbelweelle des Verbrennungsmotors und der Getriebeeingangswelle des Getriebes fluchtende Drehachse aufweist. Eine solche Anordnung ermöglicht zwar eine kompakte Bauweise der gesamten Antriebseinheit einschließlich Elektromaschine, kann jedoch zu Platzproblemen führen, zum Beispiel wenn die Antriebseinheit über einer Antriebsachse mit einem Differenzial in das Kraftfahrzeug eingebaut wird, deren Differenzialquerwelle unter der Elektromaschine hindurch geführt werden muss. Da in einem solchen Fall gewöhnlich nur ein relativ geringer Abstand zwischen der Kurbelwellenachse und der Differenzialquerwelle vorhanden ist, lässt sich unter Verwendung der bekannten Antriebseinheit keine ausreichend dimensionierte Elektromaschine unterbringen. Eine Unterbringung einer großen Elektromaschine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe unter Ausnutzung von vorhandenen Bauraum ist auch im Hinblick auf eine zukünftige Entwicklung wünschenswert, die auf eine Integration eines Zweimassenschwungrades in die Elektromaschine abzielt, wodurch deren Platzbedarf jedoch weiter zunimmt.
    •
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie mehr Möglichkeiten der Anordnung der Elektromaschine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebegehäuse eröffnet und insbesondere bei der Montage der Antriebseinheit bzw. der Elektromaschine über einer Achse des Kraftfahrzeugs eine bessere Ausnutzung des vorhandenen Bauraums zwischen der Kurbelwellenachse und der Differenzialquerwelle ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Rotor der Elektromaschine eine in Bezug zur Drehachse der Kurbelwelle seitlich versetzte Drehachse aufweist und über eine Zahnradstufe mit der Kurbelwelle verbunden ist.
  • Die erfindungsgemäße Merkmalskombination ermöglicht es, ohne eine Vergrößerung des für die Antriebseinheit benötigten Bauraums die Lage der Elektromaschine und bei Bedarf auch die Lage des Getriebes variabel an das vorhandene Platzangebot im Motorraum des Kraftfahrzeugs anzupassen und dieses dadurch besser auszunutzen.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zahnradstufe zwei Zahnräder mit Stirnverzahnung umfasst, die drehfest mit der Kurbelwelle bzw. mit dem Rotor verbunden sind, so dass durch eine entsprechende Wahl der Durchmesser der beiden Zahnräder die Drehachse des Rotors und damit die gesamte Elektromaschine in Bezug zur Drehache der Kurbelwelle in einer beliebigen Richtung um ein gewünschtes Maß versetzt werden kann.
  • Für den Fall der zuvor erwähnten Anordnung der Antriebseinheit über einer Achse des Kraftfahrzeugs bzw. der Elektromaschine über einer Differenzialquerwelle kann auf diese Weise selbst eine groß dimensionierte Elektromaschine so weit angehoben werden, dass darunter ausreichend Platz zum Hindurchführen der Differenzialquerwelle bleibt und der vorhandene Platz zwischen der Differenzialquerwelle und der Kurbelwellendrehachse optimal ausgenutzt wird. Darüber hinaus kann die Platzausnutzung noch weiter verbessert werden, indem man die Differentialquerwelle durch eine quer verlaufende Ausnehmung in der Unterseite eines Stators der Elektromaschine hindurch führt, so dass sich die äußere Umfangsfläche ihres Rotors dort direkt oberhalb von der Differentialquerwelle befindet.
  • Da der Rotor mit einer von der Drehzahl der Kurbelwelle abweichenden Drehzahl angetrieben wird, wenn die beiden Zahnräder der Zahnradstufe unterschiedliche Durchmesser aufweisen, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, zwischen dem Rotor und der Getriebeeingangswelle eine zweite Zahnradstufe anzuordnen. Diese zweite Zahnradstufe erlaubt es, unabhängig vom Übersetzungsverhältnis der ersten Zahnradstufe ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle und der Drehzahl der Getriebeeingangswelle einzustellen, das bei Verwendung einer üblichen Kombination von Verbrennungsmotor und Getriebe in der Regel 1:1 betragen wird, jedoch auch davon abweichen kann, wenn die Elektromaschine zum Beispiel als Vorgelege für das Getriebe genutzt werden soll. Außerdem können mit Hilfe der zweiten Zahnradstufe die Drehachse des Rotors und die Drehachse der Getriebeein gangswelle in Bezug zueinander versetzt werden, wobei dieser Versatz sowohl im Hinblick auf seine Richtung und seine Größe nicht notwendigerweise demjenigen zwischen den Drehachsen der Kurbelwelle und des Rotors entsprechen braucht. Mit anderen Worten ermöglicht es die erfindungsgemäße Antriebseinheit auch, einen nahezu beliebigen Versatz zwischen der Drehachse der Kurbelwelle und der Drehachse der Getriebeeingangswelle herzustellen.
  • Um zu verhindern, dass die Baulänge der Elektromaschine durch die Zahnradstufe oder die Zahnradstufen vergrößert wird, sind diese vorzugsweise platzsparend innerhalb des Rotors der Elektromaschine untergebracht. Die Unterbringung erfolgt zweckmäßig beiderseits von einem radialen Steg, der eine drehfest mit den rotorseitigen Zahnrädern der Zahnradstufen verbundene Rotorwelle mit einem hohlzylindrischen Rotorwicklungsträger verbindet.
  • Die Rotorwelle ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet und auf einem ortsfesten Zapfen drehbar gelagert, der fest mit einem Motorgehäuse des Verbrennungsmotors oder einem Getriebegehäuse des Getriebes verbunden ist und parallel zur Drehachse der Kurbelwelle bzw. der Getriebeeingangswelle über das getriebeseitige Stirnende des Motorgehäuses bzw. über das motorseitige Stirnende der Getriebegehäuses übersteht, so dass sich der Verbrennungsmotor, die Elektromaschine und das Getriebe zur Demontage leicht voneinander trennen lassen.
  • Wenn bei einer bevorzugten zukünftigen Weiterentwicklung der Antriebseinheit ein Zweimassenschwungrad in die Elektromaschine integriert wird, wobei die Primärmasse und die Sekundärmasse des Schwungrades den Rotor bilden, wird die Primärmasse bevorzugt über die erste Zahnradstufe von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben, während die Sekundärmasse über die zweite Zahnradstufe die Getriebeeingangwelle des Getriebes treibt. In diesem Fall ist die Primärmasse zweckmäßig auf einem über das Motorgehäuse des Verbrennungsmotors überstehenden ortsfesten Primärlagerzapfen drehbar gelagert, während die Sekundärmasse von einem mit dem Primärlagerzapfen fluchtenden und über das Getriebegehäuse des Getriebes überstehenden ortsfesten Sekundärlagerzapfen drehbar getragen wird.
  • Bei der Antriebseinheit kann es sich um eine sogenannte Hybrid-Antriebseinheit handeln, bei welcher der Verbrennungsmotor oder die Elektromaschine wahlweise zum An treiben der Räder des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. Alternativ kann die Antriebseinheit jedoch auch eine konventionelle Antriebseinheit sein, bei der die Elektromaschine im Generatorbetrieb nur zur Erzeugung der für die Stromversorgung des Kraftfahrzeugs benötigten elektrischen Energie und/oder im Motorbetrieb als Starter für den Verbrennungsmotor dient.
    •
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
  • Die in der Zeichnung teil reise dargestellte Antriebseinheit 1 eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Verbrennungsmotor 2 mit einem Motorgehäuse 3 und einer aus dem Motorgehäuse 3 austretenden Kurbelwelle 4, ein Schaltgetriebe 5 mit einem Getriebegehäuse 6 und einer in das Getriebegehäuse 6 eintretenden Getriebeeingangswelle 7, sowie eine zwischen dem Motorgehäuse 3 und dem Getriebegehäuse 6 angeordnete Elektromaschine 8 mit einem in Bezug zum Motorgehäuse 3 und zum Getriebegehäuse 6 ortsfesten Stator 9 sowie einem antriebsseitig über eine erste Zahnradstufe 10 mit der Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 und abtriebsseitig über eine zweite Zahnradstufe 11 mit der Getriebeeingangswelle 7 des Getriebes 5 verbundenen Rotor 12, der um eine zu den Drehachsen 13, 14 der Kurbelwelle 4 und der Getriebeeingangswelle 7 parallele Drehachse 15 im Stator 9 drehbar ist. Der Kraftfluss verläuft damit von der Kurbelwelle 4 über die erste Zahnradstufe 10 zum Rotor 12 und von dort über die zweite Zahnradstufe 11 zur Getriebeeingangswelle 7.
  • Die Antriebseinheit 1 ist derart über einer Achse (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs verbaut, dass eine von einem Differenzial (nicht dargestellt) zu einem der Räder des Kraftfahrzeugs führende Differenzialquerwelle 16 unterhalb der Elektromaschine 8 in einem verhältnismäßig geringen Abstand von den fluchtenden Drehachsen 13, 14 der Kurbelwelle 4 und der Getriebeeingangswelle 7 angeordnet ist.
  • Um trotz des begrenzten Platzangebots unterhalb der Drehachsen 13, 14 der Kurbelwelle 4 und der Getriebeeingangswelle 7 den Einbau einer ausreichend dimensionierten Elektromaschine 8 zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Getriebe 5 zu ermöglichen und das begrenzte Platzangebot optimal auszunutzen, ist die Drehachse 15 des Rotors 12 in Bezug zu den Drehachsen 13, 14 der Kurbelwelle 4 und der Getriebeein gangswelle 7 nach oben versetzt, wobei die Zahnraddurchmesser von zwei drehfest mit der Kurbelwelle 4 bzw. dem Rotor 12 verbundenen Zahnrädern 17 bzw. 18 der ersten Zahnradstufe 10 sowie von zwei drehfest mit dem Rotor 12 bzw. der Getriebeeingangswelle 7 verbundenen Zahnrädern 19, 20 der zweiten Zahnradstufe 11 so gewählt sind, dass sich die Umfangsfläche des Rotors 12 an seiner Unterseite knapp oberhalb von der Differenzialquerwelle 16 befindet.
  • Um dies zu erreichen, wird die Drehachse 15 des Rotors 12 in Bezug zur Drehachse 13 der Kurbelwelle 4 um ein Maß nach oben versetzt, das im Wesentlichen dem für eine ausreichende Dimensionierung der Elektromaschine 8 erforderlichen Rotor- oder Statordurchmesser abzüglich des Abstandes zwischen der Drehachse 13 der Kurbelwelle 4 und der Differentialquerwelle 16 entspricht.
  • Um bei gegebenem Rotor- bzw. Statordurchmesser die Oberseite des Stators 9 so tief wie möglich nach unten zu verlegen, erstreckt sich die Differenzialquerwelle 16 zudem durch eine quer verlaufende Ausnehmung 21 in der Unterseite des Stators 9, der starr am getriebeseitigen Stirnende 22 des Motorgehäuses 3 befestigt ist und sich von dort aus zum motorseitigen Stirnende 23 des Getriebegehäuses 6 erstreckt.
  • Der Stator 9 bzw. ein den Stator umgebendes, an seinen entgegengesetzten Stirnseiten offenes Gehäuse (nicht dargestellt) der Elektromaschine 2 ist zwischen die gegenüberliegenden Stirnenden des Motorgehäuses 3 und des Getriebegehäuses 6 eingefügt, wobei es Luftschlitze 27 zur Zufuhr von Kühlluft enthält.
  • Bei den Zahnrädern 17, 18 bzw. 19, 20 jeder Zahnradstufe 10, 11 handelt es sich um zwei im gegenseitigen Zahneingriff stehende Stirnzahnräder, die Platz sparend innerhalb des Rotors 12 untergebracht sind, so dass die axiale Baulänge der an ihren entgegengesetzten Stirnseiten durch das Motorgehäuse 3 bzw. durch das Getriebegehäuse 6 verschlossenen Elektromaschine 8 im Wesentlichen derjenigen des Rotors 12 plus axialer Luftspalte zwischen dem Rotor 12 und dem Motor- bzw. Getriebegehäuse 3, 6 entspricht.
  • Bei der dargestellten Antriebseinheit 1 besitzt die zweite Zahnradstufe 11 ein Übersetzungsverhältnis, das dem Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses der ersten Zahnradstufe 10 entspricht, so dass die Getriebeeingangswelle 7 vom Rotor 12 mit der Drehzahl der Kurbelwelle 4 angetrieben wird. Die beiden drehfest an gegenüberliegenden Stirnenden der Kurbelwelle 4 bzw. der Getriebeeingangswelle 7 befestigten Zahnräder 17 bzw. 20 der ersten bzw. zweiten Zahnradstufe 10 bzw. 11 weisen jeweils größere Durchmesser auf als deren drehfest mit dem Rotor 12 verbundenen Zahnräder 18 bzw. 19.
  • Diese letzteren sind auf einer als Hohlwelle ausgebildeten Rotorwelle 24 beiderseits von einem in der axialen Mitte des Rotors 12 angeordneten radialen Steg 25 befestigt, der die Rotorwelle 24 mit einem hohlzylindrischen Rotorwicklungsträger 26 (nur schematisch angedeutet) verbindet.
  • Um die Montage und Demontage der Antriebseinheit 1 zu erleichtern, ist die hohle Rotorwelle 24 auf einen zur Kurbelwelle 4 bzw. zur Getriebeeingangswelle 7 parallelen Lagerzapfen 28 aufgesteckt, der starr mit dem Motorgehäuse 3 verbunden ist und über dessen getriebeseitiges Stirnende 22 übersteht.
    • 1
    Antriebseinheit
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    Motorgehäuse
    4
    Kurbelwelle
    5
    Getriebe
    6
    Getriebegehäuse
    7
    Getriebeeingangswelle
    8
    Elektromaschine
    9
    Stator
    10
    Zahnradstufe
    11
    Zahnradstufe
    12
    Rotor
    13
    Drehachse Kurbelwelle
    14
    Drehachse Getriebeeingangswelle
    15
    Drehachse Rotor
    16
    Differenzialquerwelle
    17
    Zahnrad
    18
    Zahnrad
    19
    Zahnrad
    20
    Zahnrad
    21
    Statorausnehmung
    22
    Stirnende Motorgehäuse
    23
    Stirnende Getriebegehäuse
    24
    Rotorwelle
    25
    Steg
    26
    Rotorwicklungsträger
    27
    Luftspalte
    28
    Lagerzapfen

Claims (17)

  1. Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor, einem Getriebe und einer zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Gehäuse des Getriebes angeordneten Elektromaschine, die einen von einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetriebenen Rotor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) eine in Bezug zur Drehachse (13) der Kurbelwelle (4) seitlich versetzte Drehachse (15) aufweist und über eine Zahnradstufe (10) mit der Kurbelwelle (4) verbunden ist.
  2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradstufe (10) zwei Zahnräder (18, 17) mit Stirnverzahnung umfasst, die drehfest mit der Kurbelwelle (4) bzw. mit dem Rotor (12) verbunden sind.
  3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradstufe (10) innerhalb des hohlen Rotors (12) angeordnet ist.
  4. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) über eine zweite Zahnradstufe (11) mit einer Getriebeeingangswelle (7) des Getriebes (5) verbunden ist.
  5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zahnradstufe (11) zwei Zahnräder (19, 20) mit Stirnverzahnung umfasst, die drehfest mit dem Rotor (12) bzw. mit der Getriebeeingangswelle (7) verbunden sind.
  6. Antriebseinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übersetzungsverhältnis der ersten Zahnradstufe (10) dem Kehrwert eines Übersetzungsverhältnisses der zweiten Zahnradstufe (11) entspricht.
  7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zahnradstufen (10, 11) innerhalb des hohlen Rotors (12) angeordnet sind.
  8. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drehfest mit dem Rotor (12) verbundenen Zahnräder (18, 19) der beiden Zahn radstufen (10, 11) beiderseits von einem radialen Steg (25) des Rotors (12) angeordnet sind, der eine Rotorwelle (24) mit einem hohlzylindrischen Rotorwicklungsträger (26) verbindet.
  9. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) eine hohle Rotorwelle (24) aufweist, die auf einen getriebeseitig über den Verbrennungsmotor (2) oder motorseitig über das Getriebe (5) überstehenden Lagerzapfen (26) aufgesteckt ist.
  10. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (7) eine mit der Drehachse der Kurbelwelle (4) fluchtende Drehachse aufweist.
  11. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle eine in Bezug zur Drehachse der Kurbelwelle seitlich versetzte Drehachse aufweist.
  12. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stator (9) und/oder ein Gehäuse der Elektromaschine (8) an seinen entgegengesetzten Stirnenden durch einen Teil (22) eines Motorgehäuses (3) des Verbrennungsmotors (2) bzw. durch einen Teil (23) eines Getriebegehäuses (6) des Getriebes (5) verschlossen ist.
  13. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der Elektromaschine eine Primärmasse und eine Sekundärmasse eines Zweimassenschwungrades umfasst.
  14. Antriebseinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärmasse des Schwungrades drehbar auf einem getriebeseitig über den Verbrennungsmotor (2) überstehenden Primärlagerzapfen (26) gelagert ist und die Sekundärmasse des Schwungrades drehbar auf einem motorseitig über das Getriebe (5) überstehenden, mit dem Primärlagerzapfen fluchtenden Sekundärlagerzapfen gelagert ist.
  15. Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Antriebseinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  16. Kraftfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (8) oberhalb von einer Differentialquerwelle (16) angeordnet ist, und dass der seitliche Versatz der Drehachse des Rotors (12) der Elektromaschine (8) in Bezug zur Drehachse (13) der Kurbelwelle (4) im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Rotors (12) abzüglich des Abstand zwischen der Drehachse (13) der Kurbelwelle (4) und der Differentialquerwelle (16) entspricht.
  17. Kraftfahrzeug nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Differentialquerwelle (16) durch eine quer verlaufende Ausnehmung (21) in der Unterseite eines Stators (9) der Elektromaschine (8) erstrect.
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