DE102014011995A1

DE102014011995A1 - Antriebsstrang für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen

Info

Publication number: DE102014011995A1
Application number: DE102014011995.5A
Authority: DE
Inventors: Bernd Koppitz; Sebastian Schlegel; Andreas Schondelmaier; Tobias Schuster; Frank Weinert; Bernhard Ziegler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2016-02-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (38) für einen Kraftwagen, mit einem Drehmomentwandler, welcher ein um eine Drehachse drehbares Eingangselement (36) als erstes Rotorelement aufweist, und mit wenigstens einer zusätzlich zum Drehmomentwandler vorgesehenen Maschine (12, 14), welche ein um die Drehachse drehbares zweites Rotorelement (24, 71) aufweist, das über zumindest ein elastisch verformbares Ausgleichselement (40) zum Ausgleichen von radialen und axialen Relativbewegungen zwischen den Rotorelementen (24, 71) mit dem ersten Rotorelement (24, 71) drehfest verbunden ist, wobei das elastisch verformbare Ausgleichselement (40) einstückig mit einem der Rotorelemente (24, 36) 71) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5.
Ein solcher Antriebsstrang für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, ist beispielsweise der EP 1 389 825 A2 als bekannt zu entnehmen. Der Antriebsstrang weist dabei einen Drehmomentwandler auf, der ein um eine Drehachse drehbares Eingangselement als erstes Rotorelement aufweist. Ferner umfasst der Antriebsstrang wenigstens eine zusätzlich zum Drehmomentwandler vorgesehene Maschine, welche ein um die Drehachse drehbares zweites Rotorelement aufweist. Das zweite Rotorelement ist über zumindest ein elastisch verformbares Ausgleichselement mit dem ersten Rotorelement drehfest verbunden, wobei das elastisch verformbare Ausgleichselement auch als Verbindungselement bezeichnet wird. Das elastisch verformbare Ausgleichselement dient dabei zum Ausgleichen von radialen und axialen Relativbewegungen zwischen den Rotorelementen, wobei diese Relativbewegungen beispielsweise aus Schwingungen des Antriebsstrangs resultieren. Das Ausgleichselement ist somit ein drehstabiles jedoch flexibles Ausgleichselement, um radiale und axiale Schwingungen sowie Verschränkungen auszugleichen beziehungsweise zu kompensieren.
Bei der zusätzlich zum Drehmomentwandler vorgesehenen Maschine handelt es sich beispielsweise um eine elektrische Maschine, welche über ihr zweites Rotorelement Drehmomente bereitstellen kann. Diese Drehmomente können über das Eingangselement auf den Drehmomentwandler übertragen beziehungsweise in diesen eingeleitet werden.
Die DE 102 42 601 A1 offenbart einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kurbelwelle und einem Starter-Generator sowie einem die Position der Kurbelwelle erfassenden Lagegeber. Dabei ist es vorgesehen, dass der Lagegeber innerhalb des Starter-Generators angeordnet ist.
Schließlich ist aus der DE 100 32 681 A1 ein Startergenerator zum Anlassen eines Verbrennungsmotors und zur Stromversorgung eines Stromverbrauchers bekannt. Der Startergenerator weist einen Rotor und einen Stator auf und ist in einem Antriebsstrang, vorzugsweise zwischen einer mechanischen Trennkupplung und einem hydraulischen Drehmomentwandler, angeordnet und direkt angetrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Antriebsstrang für einen Kraftwagen, insbesondere einem Personenkraftwagen, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um einen Antriebsstrang der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass der Bauraumbedarf des Antriebsstrangs besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das elastisch verformbare Ausgleichselement einstückig mit einem der Rotorelemente ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist das elastisch verformbare Ausgleichselement in das erste Rotorelement, das heißt das Eingangselement des Drehmomentwandlers oder in das zweite Rotorelement der zusätzlich zum Drehmomentwandler vorgesehenen Maschine integriert. Hierdurch kann ein besonders kompaktes Design des Antriebsstrangs geschaffen werden, wobei das Ausgleichselement keinen zusätzlichen Bauraum benötigt.
Bei herkömmlichen Antriebssträngen ist als elastisch verformbares Ausgleichselement eine sogenannte Flexplate vorgesehen, welche in wenigstens einem zusätzlichen Montageschritt und mittels wenigstens eines zusätzlichen Befestigungselements mit den Rotorelementen verbunden wird. Da nun das Ausgleichselement beziehungsweise die Flexplate in eines der Rotorelemente integriert ist, können dieser zusätzliche Montageschritt und das zusätzliche Befestigungsmittel entfallen, so dass der Antriebsstrang zeit-, kosten- und gewichtsgünstig hergestellt werden kann. Insbesondere ist es möglich, zumindest eines der Rotorelemente mit einem nur geringen Materialbedarf herzustellen, so dass die Massenträgheit des zumindest einen Rotorelements, welches beispielsweise als Rotorträger einer elektrischen Maschine ausgebildet ist, gering gehalten werden kann. Außerdem kann der Antriebsstrang besonders verschleiß- und wartungsarm ausgebildet werden, da ein separat von dem Rotorelementen ausgebildetes und zusätzlich dazu vorgesehenes Ausgleichselement wie beispielsweise eine Flexplate nicht vorgesehen und nicht erforderlich ist. Schließlich kann auch die Anzahl an Verbindungselementen des Antriebsstrangs insgesamt gering gehalten werden, so dass eine hohe Zuverlässigkeit und Funktionserfüllungssicherheit des Antriebsstrangs realisiert werden kann. Gleichzeitig ermöglicht das elastisch verformbare Ausgleichselement den Ausgleich von hochfrequenten radialen und axialen Schwingungen und daraus resultierenden Relativbewegungen zwischen den Rotorelementen. Dies ist insbesondere auch dann möglich, wenn der Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine ohne Riementrieb ausgebildet ist und einen Schwingungstilger aufweist, welcher auf einer dem Drehmomentwandler gegenüberliegenden Seite der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.
Das elastisch verformbare Ausgleichselement kann beispielsweise auf einfache, zeit- und kostengünstige Weise durch Umformung des beispielsweise als Rotorträgerglocke ausgebildeten Rotorträgers hergestellt werden und ist somit integraler Bestandteil des Rotorträgers, so dass der Rotorträger an sich und das Ausgleichselement aus einem Werkstück hergestellt, insbesondere geformt werden können.
Die zusätzlich zum Drehmomentwandler vorgesehene Maschine kann beispielsweise als die zuvor genannte Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein, wobei das zweite Rotorelement beispielsweise eine Abtriebswelle, insbesondere eine Kurbelwelle, der beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine ist. Hierbei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das elastisch verformbare Ausgleichselement in das erste Rotorelement integriert, das heißt einstückig mit dem ersten Rotorelement ausgebildet ist. Hierbei ist das erste Rotorelement beispielsweise als sogenannte Wandlerglocke des Drehmomentwandlers ausgebildet, wobei das elastisch verformbare Ausgleichselement in die Wandlerglocke integriert ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass ein Verband aus der Verbrennungskraftmaschine und dem Drehmomentwandler, in dessen Rotorelement das elastisch verformbare Ausgleichselement integriert ist, geschaffen wird, wobei das in die Wandlerglocke integrierte Ausgleichselement eine zusätzlich vorhandene Flexplate unterstützen oder eine solche Flexplate ersetzen kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die zusätzlich zum Drehmomentwandler vorgesehene Maschine eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine ist beispielsweise in einem Motorbetrieb und/oder einem Generatorbetrieb betreibbar. In ihrem Motorbetrieb kann die elektrische Maschine über ihr zweites Rotorelement Drehmomente bereitstellen, welche über das erste Rotorelement in den Drehmomentwandler eingeleitet werden. Die elektrische Maschine kann beispielsweise als Startergenerator beziehungsweise integrierter Startergenerator ausgebildet sein und dabei in ihrem Motorbetrieb zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine des Antriebsstrangs verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Verbrennungskraftmaschine in ihrem Zugbetrieb mittels des Motorbetriebs der elektrischen Maschine zu unterstützen, so dass eine sogenannte Boost-Funktion realisierbar ist. In dem Generatorbetrieb kann vorgesehen sein, dass mittels der elektrischen Maschine mechanische Energie, welche von der Verbrennungskraftmaschine über ihre Abtriebswelle bereitgestellt wird, in elektrische Energie umgewandelt wird, wobei diese elektrische Energie in einer Batterie gespeichert und/oder einem elektrischen Verbraucher zugeführt werden kann.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das zweite Rotorelement ein Rotorträger der elektrischen Maschine ist, wobei an dem Rotorträger ein Rotorkern zum Führen eines magnetischen Feldes befestigt ist. Der Rotorkern weist wenigstens ein magnetisch führendes Material auf, wobei der Rotorträger zur mechanischen Drehmomentübertragung vom beziehungsweise zum Rotorkern dient und magnetisch inaktiv ist. Vorzugsweise ist das Ausgleichselement dabei einstückig mit dem Rotorträger ausgebildet. Der Rotorträger der elektrischen Maschine ist beispielsweise als Rotorglocke ausgebildet und weist Befestigungselemente oder Befestigungsvorrichtungen auf, über welche der Rotorträger mit dem Drehmomentwandler beziehungsweise dessen erstem Rotorelement verbindbar ist. Bei diesen Befestigungsvorrichtungen oder Befestigungselementen handelt es sich beispielsweise um Öffnungen, insbesondere Durchgangsöffnungen, über welche der Rotorträger mit dem ersten Rotorelement verschraubt beziehungsweise verschraubbar ist. Vorzugsweise sind die Befestigungsvorrichtungen beziehungsweise Befestigungselemente in einem radial äußeren Bereich der Rotorelemente angeordnet, um eine vorteilhafte Kraftbeziehungsweise Drehmomentübertragung zu realisieren. Das elastisch verformbare Ausgleichselement ist beispielsweise als flexibler, elastischer, biegbarer und/oder verschränkbarer Bereich des einen Rotorelements, insbesondere des Rotorträgers, ausgebildet und erfüllt somit die Funktionalität einer üblicherweise separat von den Rotorelementen ausgebildeten Flexplate, so dass Schwingungen des Antriebsstrangs in radialer und axialer Richtung mittels des elastisch verformbaren Ausgleichselements aufgefangen, ausgeglichen, gemindert, reduziert und/oder ausgelöscht werden können.
Das elastische Ausgleichselement kann beispielsweise durch Strukturen und/oder Konturen des einen Rotorelements gebildet sein, durch welche Schwingungen und daraus resultierende Relativbewegungen zwischen den Rotorelementen zumindest vermindert und insbesondere gedämpft werden können.
Um einen Antriebsstrang der im Oberbegriff des Patentanspruchs 5 angegebenen Art zu schaffen, welcher auf besonders zeit- und kostengünstige Weise montierbar ist, ist erfindungsgemäß wenigstens eine Zentriereinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Rotorelemente relativ zueinander, beispielsweise bezüglich ihrer jeweiligen Drehachse, zentrierbar sind. Die zum Antriebsstrang gemäß Patentanspruch 1 geschilderten Vorteile und Ausgestaltungen sind auch als Vorteile und Ausgestaltungen des Antriebsstrangs gemäß Patentanspruchs 5 anzusehen und umgekehrt.
Die Zentriereinrichtung ermöglicht eine besonders exakte koaxiale Ausrichtung des Drehmomentwandlers und der zusätzlich dazu vorgesehenen Maschine relativ zueinander, so dass beispielsweise übermäßige Schwingungen und damit einhergehende, übermäßige Belastungen, die beispielsweise aus einer unpräzisen Ausrichtung resultieren können, vermieden werden können. Die Zentriereinrichtung ermöglicht insbesondere dann eine präzise Ausrichtung, wenn der Drehmomentwandler beziehungsweise dessen erstes Rotorelement mit der Maschine beziehungsweise dessen zweiten Rotorelement über das zuvor beschriebene, elastisch verformbare Ausgleichselement gekoppelt ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass es durch die zuvor beschriebene, flexible Verbindung zwischen den Rotorelemente bei der Montage des Antriebsstrangs zu Schwierigkeiten hinsichtlich einer besonders präzisen koaxialen Ausrichtung der Rotorelemente kommen kann. Diese Probleme können mittels der Zentriereinrichtung vermieden werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Zentriereinrichtung wenigstens zwei korrespondierende Zentrierelemente aufweist. Eines der Zentrierelemente ist beispielsweise am Drehmomentwandler vorgesehen, wobei das andere der Zentrierelemente an der zusätzlich zum Drehmomentwandler vorgesehenen Maschine angeordnet ist. Das eine, am Drehmomentwandler vorgesehene Zentrierelement ist beispielsweise eine bereits vorhandene Zentriernase oder ein Dom des Drehmomentwandlers, welche beziehungsweise welcher als Zentrierung genutzt werden kann, ohne im späteren Betrieb des Antriebsstrangs negative Auswirkungen zu bewirken. Beispielsweise ist es möglich, mittels der Zentriernase des Drehmomentwandlers eine Befestigung in einem äußeren Bereich zwischen dem Drehmomentwandler und der beispielsweise als elektrische Maschine beziehungsweise Startergenerator ausgebildeten Maschine zu realisieren, wobei diese Befestigung überbestimmt vorgenommen werden kann, indem hier zentral eine koaxiale Ausrichtung zwischen dem Drehmomentwandler und der Maschine vorgenommen wird, welche dann außen fixiert, insbesondere verschraubt, wird. Ausführungsabhängig kann es bei der Montage des Antriebsstrangs zu einem Abstand zwischen der Drehachse der elektrischen Maschine und der Drehachse des Drehmomentwandlers kommen, so dass von der elektrischen Maschine kein direkter Kontakt zum Drehmomentwandler im Bereich der jeweiligen Drehachse vorgesehen ist. Hier kann nun eine Zentrierhilfe in Form des anderen Zentrierelements zum Einsatz kommen, wobei diese Zentrierhilfe beispielsweise als Zentrieradapter vorgesehen ist, welcher an der Maschine, insbesondere elektrischen Maschine, vorgesehen ist und zur Zentrierung der koaxialen Anordnung des Drehmomentwandlers und der zusätzlich dazu vorgesehenen Maschine dient.
Alternativ oder zusätzlich kann die Zentriereinrichtung als Zentrierelemente anderweitige Bauelemente wie beispielsweise Hülsen und/oder Buchsen umfassen, welche beispielsweise mit der Zentriernase des Drehmomentwandlers zusammenwirken können.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Zentrierelemente relativ zueinander bewegbar sind, wobei zumindest eines der Zentrierelemente eine Verschleißschicht aufweist, deren Schichtdicke sich bei der Relativdrehung zwischen den Zentrierelementen gezielt verringert. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass mittels der Zentrierelemente bei der Montage des Antriebsstrangs eine Überbestimmtheit der koaxialen Anordnung der Rotorelemente bewirkt wird. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, da sich die Zentrierelemente über die Verschleißschicht berühren und dadurch zum Zentrieren der Rotorelemente zusammenwirken. Dadurch, dass die Schichtdicke der Verschleißschicht im späteren Betrieb des Antriebsstrangs geringer wird, indem die Verschleißschicht sich beispielsweise auflöst, abreibt und/oder auf anderen Weise verschwindet, wird diese Überbestimmtheit aufgehoben, so dass sie im späteren Betrieb des Antriebsstrangs nicht mehr vorhanden ist.
In der Folge berühren sich die Zentrierelemente beispielsweise nicht mehr, so dass die zuvor geschilderte flexible Verbindung der Rotorelemente über das elastisch verformbare beziehungsweise flexible Ausgleichselement zum Tragen kommt und Schwingungen und daraus resultierende, axiale und radiale Relativbewegungen zwischen den Rotorelementen mittels des elastisch verformbaren Ausgleichselements kompensiert werden können. Die Verschleißschicht kann dabei lediglich an einem der Zentrierelemente oder aber auch an beiden Zentrierelementen vorgesehen sein. Durch die genannte flexible Verbindung zwischen den Rotorelementen, insbesondere in einem radial äußeren Bereich, kommt es im Bereich der durch die Zentrierelemente bewirkten Zentrierung durch die Überbestimmtheit zu Relativbewegungen der Zentrierelemente, durch welche die Verschleißschicht gezielt beschädigt beziehungsweise in ihrer Schichtdicke verringert werden kann. Diese Verringerung der Schichtdicke erfolgt beispielsweise durch Abrieb, Verschleiß, Kontaktkorrosion etc.
Die Verschleißschicht wirkt somit als Opferschicht, die gezielt, das heißt absichtlich im Betrieb verschleißt, beispielsweise abgeschliffen wird, und so trotz der zunächst vorgesehenen Überbestimmtheit bei der Montage, bei welcher die Verschleißschicht noch ihre volle Schichtdicke aufweist, diese Überbestimmtheit insbesondere in einem zentralen Bereich in der Nähe der Drehachse aufzulösen und einen flexiblen Verbund umfassend die Rotorelemente zu bilden, so dass das elastisch verformbare Ausgleichselement seine volle Funktion übernehmen und ungewollte Schwingungen im Antriebsstrang, insbesondere radiale und axiale Schwingungen und Verschränkungen ausgleichen kann.
Die Reduzierung der Schichtdicke, das heißt der Verschleiß der Verschleißschicht, kann beispielsweise durch spezielle Ausformungen an einer Kontaktfläche eines der Zentrierelemente unterstützt werden, wobei diese Kontaktfläche bei voller Schichtdicke in Kontakt mit der Verschleißschicht steht. Bei diesen Ausformungen kann es sich beispielsweise um Fortsätze, Stege, Hebungen und/oder Ausbuchtungen handeln, so dass relativ hohe Verschleißkräfte auf geringe Flächen der Verschleißschicht wirken, wobei die Verschleißschicht in ihrer Schichtdicke schnell reduziert werden und der Kontakt zwischen den Zentrierelementen aufgehoben werden kann. Ohne den Kontakt der Zentrierelemente, die bei der Montage noch die Zentrierung ermöglich, können der Verschleiß der Zentrierelemente an sich sowie Beschädigungen und Kraftbelastungen auf ein Minimum reduziert beziehungsweise ganz aufgehoben werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Verschleißschicht als Polymerschicht ausgebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass wenigstens eines der Zentrierelemente eine Soll-Versagensstelle, insbesondere eine Soll-Bruchstelle, aufweist. Eine solche Soll-Bruchstelle ermöglicht beispielsweise ein Wegbrechen und somit eine Bewegung eines der Zentrierelemente relativ zum anderen Zentrierelement, so dass sich die Zentrierelemente nach dem Wegbrechen des einen Zentrierelements nicht mehr kontaktieren. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn ein vollständiges Abbrechen des einen Zentrierelements vermieden wird, so dass sich das Zentrierelement beispielsweise in radialer Richtung nach außen bewegt jedoch an einem korrespondierenden Haltelement, insbesondere stoffschlüssig, gehalten wird. Hierdurch kann vermieden werden, dass das abgebrochene oder weggebrochene Zentrierelement sich unkontrolliert im Antriebsstrang umherbewegt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Explosionsansicht eines Antriebsstrangs für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, wobei 1 zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dient;
2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines Antriebsstrangs für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit zwei drehfest miteinander verbundenen Rotorelementen, wobei 2 zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dient;
3 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines Antriebsstrangs gemäß einer ersten Ausführungsform für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit zwei Rotorelementen, welche über zumindest ein elastisch verformbares Ausgleichselement drehfest miteinander verbunden sind, wobei das elastisch verformbare Ausgleichselement in eines der Rotorelemente integriert ist;
4 eine schematische Vorderansicht des Antriebsstrangs gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht des Antriebsstrangs gemäß einer zweiten Ausführungsform;
6 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht des Antriebsstrangs gemäß einer dritten Ausführungsform;
7 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines Antriebsstrangs für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einem Drehmomentwandler und mit einer zusätzlich dazu vorgesehenen Maschine, welche über wenigstens eine Zentriereinrichtung relativ zueinander zentriert sind;
8a–d jeweils ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht durch jeweilige Ausführungsformen des Antriebsstrangs gemäß 7; und
9 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weitere Ausführungsform des Antriebsstrangs.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Explosionsansicht einen Antriebsstrang 10 für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen. Der Antriebsstrang 10 weist einen in 1 nicht dargestellten Drehmomentwandler auf, welcher ein um eine Drehachse drehbares Eingangselement als erstes Rotorelement umfasst. Darüber hinaus umfasst der Antriebsstrang eine zusätzlich zum Drehmomentwandler vorgesehene Maschine in Form einer im Ganzen mit 12 bezeichneten elektrischen Maschine, welche als Startergenerator (SG) beziehungsweise integrierter Startergenerator (ISG) verwendet wird. Darüber hinaus umfasst der Antriebsstrang 10 eine zusätzlich zu dem Drehmomentwandler und zusätzlich zu der elektrischen Maschine 12 vorgesehene weitere Maschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine 14, welche als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist und zum Antreiben des Kraftwagens dient. Hierbei umfasst die Verbrennungskraftmaschine 14 ein beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Kurbelgehäuse 16, durch welches eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern gebildet ist. In den Zylindern sind Kolben angeordnet, welche translatorisch bewegbar und über jeweilige Pleuel mit einer Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 14 gelenkig gekoppelt sind. Infolge dieser gelenkigen Kopplung können die translatorischen Bewegungen der Kolben in den Zylindern in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden, wobei die Kurbelwelle an dem Kurbelgehäuse 16 um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse 16 drehbar gelagert ist. Das Kurbelgehäuse 16 ist ein erstes Gehäuseelement der Verbrennungskraftmaschine 14, welche ferner einen Steuergehäusedeckel 18 mit einem Abstandshalteelement aufweist, welches als Spacer bezeichnet wird. In dem Steuergehäusedeckel 18 beziehungsweise einem entsprechenden Steuergehäuse ist beispielsweise ein Ventiltrieb angeordnet, welcher als Umschlingungstrieb insbesondere in Form eines Riementriebs oder eines Kettentriebs ausgebildet ist. Bei dem Steuertrieb kann es sich auch um einen Zahnradtrieb handeln. Über den Steuertrieb wird wenigstens eine Nockenwelle zu Betätigen wenigstens eines Gaswechselventils der Verbrennungskraftmaschine 14 von der Kurbelwelle angetrieben.
Die elektrische Maschine 12 ist im fertig hergestellten Zustand des Antriebsstrangs 10 zumindest teilweise in dem Steuergehäusedeckel 18 beziehungsweise dem Steuergehäuse aufgenommen und umfasst einen Stator 20 sowie einen im Ganzen mit 22 bezeichneten Rotor mit einem Rotorträger in Form einer Rotorglocke 24 und einem Rotorkern 26. Der Rotorkern 26 ist an der Rotorglocke 24 befestigt und mit dieser drehfest verbunden, wobei der Rotorkern 26 zum Führen eines magnetischen Feldes der elektrischen Maschine 12 dient. Im Gegensatz dazu ist die Rotorglocke 24 magnetisch inaktiv. Der Rotor 22 ist ein zweites Rotorelement, das im fertig hergestellten Zustand des Antriebsstrangs 10 um die Drehachse, um welche auch das erste Rotorelement (Eingangselement) des Drehmomentwandlers drehbar ist, drehbar ist. Die zuvor genannte Abtriebswelle in Form der Kurbelwelle ist ein drittes Rotorelement, welches ebenfalls um die Drehachse drehbar ist. Dies bedeutet, dass die Rotorelemente (Eingangselement, Rotor 22 und Kurbelwelle) koaxial zueinander angeordnet sind.
Darüber hinaus ist in 1 ein elastisch verformbares Ausgleichselement in Form einer Flexplate 28 erkennbar, über welche das erste Rotorelement, das heißt das Eingangselement des Drehmomentwandlers drehfest mit dem zweiten Rotorelement, das heißt mit dem Rotor 22 und insbesondere mit der Rotorglocke 24 verbunden ist. Die Flexplate 28 dient dabei zum Ausgleichen von radialen und axialen Relativbewegungen zwischen dem ersten Rotorelement und dem zweiten Rotorelement, wobei diese axialen und radialen Relativbewegungen aus Schwingungen des Antriebsstrangs 10 resultieren. Aus 1 ist besonders gut erkennbar, dass die Flexplate 28 als separat von dem Eingangselement und separat von der Rotorglocke 24 hergestelltes und zusätzlich zu diesen vorgesehenes Bauteil ausgebildet ist und demzufolge einen entsprechenden Bauraumbedarf aufweist. Schließlich ist in 1 ein Drehzahlgeberrad 30 erkennbar, welches also sogenanntes 60-2-Drehzahlgeberrad ausgebildet ist und zum Erfassen der Drehzahl des Rotors 22 verwendet wird.
Die elektrische Maschine 12 ist in einem Motorbetrieb und in einem Generatorbetrieb betreibbar und wird als Startergenerator verwendet. Dies bedeutet, dass die elektrische Maschine 12 in ihrem Motorbetrieb Drehmomente bereitstellt, welche beispielsweise auf die Kurbelwelle übertragen werden, um dadurch die Verbrennungskraftmaschine 14 zu starten, das heißt anzulassen. Der Kraftwagen weist beispielsweise zwei Bordnetze auf. Ein erstes der Bordnetze hat eine Betriebsspannung von 12 Volt, wobei das zweite Bordnetz eine Betriebsspannung von 48 Volt aufweist. Die elektrische Maschine 12 ist dabei insbesondere über eine Leistungselektronik mit dem zweiten Bordnetz elektrisch verbunden und weist daher beispielsweise ebenfalls eine Betriebsspannung von 48 Volt auf.
Ferner ist es möglich, eine sogenannte Boost-Funktion mittels der elektrischen Maschine 12 zu realisieren. Im Rahmen dieser Boost-Funktion befindet sich die Verbrennungskraftmaschine 14 in ihrem Zugbetrieb, in welchem Räder des Personenkraftwagens mittels der Verbrennungskraftmaschine 14 angetrieben werden. Ferner wird im Rahmen der Boost-Funktion die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 14 angetrieben, so dass die Verbrennungskraftmaschine 14 beim Antreiben der Räder von der elektrischen Maschine 12 unterstützt wird. Hierdurch ist es möglich, den Kraftwagen besonders stark zu beschleunigen.
Im Generatorbetrieb stellt die Verbrennungskraftmaschine 14 über ihre Kurbelwelle mechanische Energie bereit, welche mittels der elektrischen Maschine 12 in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese elektrische Energie kann beispielsweise in einer Batterie gespeichert werden.
2 zeigt den Antriebsstrang 10, wobei jedoch die Flexplate 28 nicht vorgesehen ist. In 2 ist ein Gehäuseelement 32 erkennbar, in welchem der Drehmomentwandler zumindest teilweise aufgenommen ist. Das Gehäuseelement 32 ist somit beispielsweise ein Wandlergehäuse. Das Gehäuseelement 32 kann ferner ein Getriebegehäuse eines Getriebes des Antriebsstrangs 10 sein. Das Getriebe kann dabei ein Automatikgetriebe sein, in welches über den Drehmomentwandler im Zugbetrieb der Verbrennungskraftmaschine von dieser über ihre Abtriebswelle bereitgestellte Drehmomente eingeleitet werden. In 2 ist auch eine Verbindung in Form einer Schraubverbindung 34 erkennbar, mittels welcher das in 2 teilweise erkennbare und mit 36 bezeichnete Eingangselement des Drehmomentwandlers mit der Rotorglocke 24 drehfest verbunden, das heißt vorliegend verschraubt ist. Durch den Entfall der Flexplate 28 kann der Bauraumbedarf des Antriebsstrangs 10 gemäß 2 im Vergleich zum Antriebsstrang 10 gemäß 1 reduziert werden, jedoch entfällt dadurch auch die Funktion der Flexplate 28 hinsichtlich des Ausgleichs der radialen und axialen Relativbewegungen zwischen dem Eingangselement 36 und der Rotorglocke 24.
3 zeigt einen Antriebsstrang 38 gemäß einer ersten Ausführungsform, welcher hinsichtlich seiner Funktion den Antriebssträngen 10 gemäß 1 und 2 entspricht. Jedoch kann der Bauraumbedarf des Antriebsstrangs 38 gegenüber dem Antriebsstrang 10 gemäß 1 reduziert werden bei gleichzeitigem Erhalt der beim Antriebsstrang 10 gemäß 1 durch die Flexplate 28 bereitgestellten Funktion, axiale und radiale Relativbewegungen zwischen dem Eingangselement 36 und der Rotorglocke 24 auszugleichen. Der Antriebsstrang 38 umfasst nämlich wenigstens ein elastisch verformbares Ausgleichselement 40 zum Ausgleichen von radialen und axialen Relativbewegungen zwischen der Rotorglocke 24 und dem Eingangselement 36, wobei die Rotorglocke 24 über das Ausgleichselement 40 drehfest mit dem Eingangselement 36 verbunden ist. Um den Bauraumbedarf des Antriebsstrangs 38 besonders gering zu halten, ist das elastisch verformbare Ausgleichselement 40 einstückig mit der Rotorglocke 24 ausgebildet. Das Ausgleichselement 40 ist beispielsweise durch entsprechendes Umformen der Rotorglocke 24 als integraler Bestandteil dieser ausgebildet, so dass die Rotorglocke 24 und das Ausgleichselement 40 aus einem Werkstück geformt sind.
4 zeigt den Antriebsstrang 38, insbesondere die Rotorglocke 24 in einer Vorderansicht. Das Ausgleichselement 40 ist durch einen Randbereich 42 der Rotorglocke 24 gebildet, wobei der Randbereich 42 eine Kontur aufweist, welche der Kontur der Flexplate 28 zumindest im Wesentlichen entspricht. Im Randbereich 42 sind vier Befestigungselemente 44 vorgesehen, welche als Durchgangsöffnungen ausgebildet und in Umfangsrichtung des Randbereichs 42 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Durch die Durchgangsöffnungen (Befestigungselemente 44) können jeweilige Schrauben jeweiliger Schraubverbindungen hindurchgesteckt werden, so dass die Rotorglocke 24 über die Befestigungselemente 44 mit dem Eingangselement 36 verschraubt werden kann. Die Rotorglocke 24 weist auch einen inneren Teil 46 auf, wobei zwischen dem inneren Teil 46 und dem Randbereich 42 radiale Einschnitte in Form von Durchgangsöffnungen 48 vorgesehen sind.
Der innere Teil 46 weist eine Mehrzahl von Befestigungselementen 50 in Form von Durchgangsöffnungen auf, über welche der innere Teil 46 und somit die Rotorglocke 24 mit der Kurbelwelle verschraubt und dadurch drehfest verbunden werden kann.
Insgesamt ist erkennbar, dass die Rotorglocke 24 insbesondere im Randbereich 42 mehrfach gebogen und/oder gekröpft ist, so dass sie die Funktion einer Flexplate mit definierter Elastizität erfüllen und axiale und radiale Schwingungen aufnehmen kann. Hierdurch kann der Antriebsstrang 38 als hybrider Antriebsstrang beispielsweise für einen P1-Hybrid auf besonders bauraum- und gewichtsgünstige Weise ausgebildet werden.
5 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine zweite Ausführungsform des Antriebsstrangs 38. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich in der Geometrie der Rotorglocke 24 von der ersten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform erstreckt sich das Ausgleichselement 40 von dem inneren Teil 46 in radialer Richtung nach innen, während sich das Ausgleichselement 40 bei der ersten Ausführungsform von dem inneren Teil 46 in radialer Richtung nach außen erstreckt.
6 zeigt den Antriebsstrang 38 gemäß einer dritten Ausführungsform. Bei der dritten Ausführungsform ist das Ausgleichselement 40 in einen Knickbereich 52 zwischen einem Rotorkranz 54 und einem Mittelteil 56 der Rotorglocke 24 angeordnet, wobei der Mittelteil 56 beispielsweise eine Rotorscheibe oder mehrere, in Umfangsrichtung der Rotorglocke 24 voneinander beabstandete Rotorspeichen aufweisen kann.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Antriebsstrangs 38. Gemäß 7 ist eine Zentriereinrichtung 58 vorgesehen, mittels welcher die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 14 und das Eingangselement 36 des Drehmomentwandlers relativ zueinander zentrierbar sind, insbesondere bezüglich der gemeinsamen, in 7 mit 60 bezeichneten Drehachse. Hierzu umfasst die Zentriereinrichtung 58 ein erstes Zentrierelement in Form eines Zentrieradapters 62, welcher an der Kurbelwelle befestigt, das heißt drehfest mit dieser verbunden und innerhalb der Rotorglocke 24 angeordnet ist. Mit anderen Worten wird der Zentrieradapter 62 innerhalb der Rotorglocke 24 der elektrischen Maschine 12 auf die Kurbelwelle montiert. Die Zentriereinrichtung 58 umfasst ein zweites Zentrierelement in Form einer Zentriernase 64 des Drehmomentwandlers. Der Zentrieradapter 62 ermöglicht somit die Nutzung der Zentriernase 64, um die Kurbelwelle und den Drehmomentwandler, insbesondere das Eingangselement 36, relativ zueinander zu zentrieren. Dadurch können die Kurbelwelle und der Drehmomentwandler besonders präzise relativ zueinander ausgerichtet werden, so dass übermäßige Belastungen sowie Schwingungen und daraus resultierende Geräusche vermieden werden können, was zu einem vorteilhaften Geräuschverhalten des Antriebsstrangs 38 führt. Dieses Geräuschverhalten wird üblicherweise auch als NVH-Verhalten (NVH – Noise Vibration Harshness) bezeichnet. Zudem lässt sich eine zumindest im Wesentlichen optimale Wandlerabkopplung durch entsprechendes Rotordesign der elektrischen Maschine 12 realisieren. Außerdem lässt sich auch der Bauraumbedarf gering halten, da in der Rotorglocke 24 ohnehin zur Verfügung stehender Bauraum nun zur Zentrierung genutzt wird. Des Weiteren kann auch die Massenträgheit gering gehalten werden.
Aus 7 ist erkennbar, dass zumindest eines der Zentrierelemente und vorliegend der Zentrieradapter 62 eine Verschleißschicht 66 aufweist, über welche die Zentrierelemente zunächst, das heißt bei der Montage des Antriebsstrangs 38 zusammenwirken und dadurch die Zentrierung ermöglichen. Während des Betriebs des Antriebsstrangs 38 sind die Zentrierelemente relativ zueinander bewegbar. Bei der Montage des Antriebsstrangs 38 beziehungsweise unmittelbar danach weist die Verschleißschicht 66 ihre voll Schichtdicke auf. Aufgrund der Relativbewegung zwischen den Zentrierelementen kommt es jedoch zu einer Reduzierung der Schichtdicke der Verschleißschicht 66, so dass die Zentrierelemente nicht mehr zusammenwirken beziehungsweise sich nicht mehr über die Verschleißschicht 66 kontaktieren beziehungsweise berühren. Mit anderen Worten berührt die Verschleißschicht 66 zunächst die Zentriernase 64. Mit zunehmender Betriebsdauer des Antriebsstrangs 38 wird die Schichtdicke reduziert, da die Verschleißschicht 66 beispielsweise durch die Relativbewegungen zwischen den Zentrierelementen verschlissen, insbesondere abgerieben, wird. Aufgrund dieser Schichtdickenreduzierung, in deren Rahmen die Verschleißschicht 66 vollständig verschwinden kann, berührt die Verschleißschicht 66 nicht mehr die Zentriernase 64 und zwischen der Zentriernase 64 und dem Zentrieradapter 62 liegt, insbesondere in radialer Richtung der Zentriernase 64, ein Abstand vor. Hierdurch kann beispielsweise Kontaktkorrosion zwischen den Zentrierelementen vermieden werden.
8a zeigt einen in 7 mit B gekennzeichneten Bereich. 8b zeigt den Bereich B gemäß einer weiteren Ausführungsform. Aus 8b ist erkennbar, dass – vorliegend am Zentrieradapter 62 – eine entsprechende Verschleißgeometrie 68 vorgesehen ist, welche zumindest im Wesentlichen dreiecksförmig ausgebildet ist und eine Spitze 70 aufweist.
Aufgrund dieser Spitze wirken relativ hohe Kräfte auf die Verschleißschicht 66, so dass diese besonders schnell verschleißt beziehungsweise in ihrer Schichtdicke reduziert wird. 8c zeigt den Bereich B gemäß einer weitere Ausführungsform, wobei die Verschleißgeometrie 68 nach außen gewölbt, das heißt konvex oder beispielsweise ballig ausgebildet ist. Auch diese führt zu einem schnellen Verschleiß und einer damit einhergehenden, schnellen Schichtdickenreduzierung der Verschleißschicht 66. 8d zeigt den Bereich B gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei welcher zwei Verschleißgeometrien 68 vorgesehen sind. Die jeweilige Verschleißgeometrie 68 gemäß 8d ist entsprechend der Verschleißgeometrie 68 gemäß 8b ausgebildet.
9 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine weitere Ausführungsform des Antriebsstrangs 38 gemäß 7, wobei in 9 die dort mit 71 bezeichnete Kurbelwelle erkennbar ist. Gemäß 9 ist sowohl die Zentriernase 64 als auch der Zentrieradapter 62 mit einer jeweiligen Verschleißschicht 66 versehen. Der Zentrieradapter 62 weist dabei zwei Teile 72, 74 auf, welche über eine Soll-Versagensstelle in Form einer Soll-Bruchstelle 76 miteinander verbunden sind. Im Betrieb versagt der Zentrieradapter 62 an der Soll-Bruchstelle 76, so dass der Teil 74 vom Teil 72 abbricht und beispielsweise auf dem Drehmomentwandler verbleibt. Durch die zuvor geschilderte Schichtdickenreduzierung beziehungsweise das gemäß 9 geschilderte Abbrechen wirken die Zentrierelemente nicht mehr zusammen, so dass die bei der Montage durch sie bewirkte Zentrierung aufgehoben wird und insbesondere das Ausgleichselement 40 die radialen und axialen Relativbewegungen ausgleichen kann. Ferner kann durch das Aufheben des Zusammenwirkens der Zentrierelemente eine übermäßige Reibung vermieden werden, so dass der Antriebsstrang 38 besonders effizient betreibbar ist.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsstrang
12: elektrische Maschine
14: Verbrennungskraftmaschine
16: Kurbelgehäuse
18: Steuergehäusedeckel
20: Stator
22: Rotor
24: Rotorglocke
26: Rotorkern
28: Flexplate
30: Drehzahlgeberrad
32: Gehäuseelement
34: Schraubverbindung
36: Eingangselement
38: Antriebsstrang
40: Ausgleichselement
42: Randbereich
44: Befestigungselement
46: innerer Teil
48: Durchgangsöffnung
50: Befestigungselement
52: Knickbereich
54: Rotorkranz
56: Mittelteil
58: Zentriereinrichtung
60: Drehachse
62: Zentrieradapter
64: Zentriernase
66: Verschleißschicht
68: Verschleißgeometrie
70: Spitze
71: Kurbelwelle
72: Teil
74: Teil
76: Soll-Bruchstelle
B: Bereich

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

EP 1389825 A2 [0002]
DE 10242601 A1 [0004]
DE 10032681 A1 [0005]

Claims

Antriebsstrang (38) für einen Kraftwagen, mit einem Drehmomentwandler, welcher ein um eine Drehachse drehbares Eingangselement (36) als erstes Rotorelement aufweist, und mit wenigstens einer zusätzlich zum Drehmomentwandler vorgesehenen Maschine (12, 14), welche ein um die Drehachse drehbares zweites Rotorelement (24, 71) aufweist, das über zumindest ein elastisch verformbares Ausgleichselement (40) zum Ausgleichen von radialen und axialen Relativbewegungen zwischen den Rotorelementen (24, 71) mit dem ersten Rotorelement (24, 71) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare Ausgleichselement (40) einstückig mit einem der Rotorelemente (24, 36) 71) ausgebildet ist.
Antriebsstrang (38) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlich zum Drehmomentwandler vorgesehene Maschine (12, 14) eine elektrische Maschine (12) ist.
Antriebsstrang (28) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rotorelement (24) ein Rotorträger (24) ist, an welchem ein Rotorkern (26) zum Führen eines magnetischen Feldes befestigt ist.
Antriebsstrang (28) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (40) einstückig mit dem Rotorträger (24) ausgebildet ist.
Antriebsstrang (38), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für einen Kraftwagen, mit einem Drehmomentwandler, welches ein um eine Drehachse drehbares Eingangselement (36) als erstes Rotorelement aufweist, und mit wenigstens einer zusätzlich zum Drehmomentwandler vorgesehenen Maschine (12, 14), welche ein um die Drehachse drehbares zweites Rotorelement (24, 71) aufweist, das mit dem ersten Rotorelement (36) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zentriereinrichtung (58) vorgesehen ist, mittels welcher die Rotorelemente (42, 36, 71) relativ zueinander zentrierbar sind.
Antriebsstrang (38) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriereinrichtung (58) wenigstens zwei korrespondierende Zentrierelemente (62, 64) aufweist, welche relativ zueinander bewegbar sind.
Antriebsstrang (38) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Zentrierelemente (62, 64) eine Verschleißschicht (66) aufweist, deren Schichtdicke durch eine Relativbewegung zwischen den Zentrierelementen (62, 64) gezielt verringerbar ist.
Antriebsstrang (38) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschicht (66) als Polymerschicht ausgebildet ist.
Kraftwagen mit einem Antriebsstrang (38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.