DE19915926A1

DE19915926A1 - Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19915926A1
Application number: DE19915926A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schiebold; Manfred Roeder
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-09-05
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2019-04-10
Also published as: DE19915926B4; US6394924B1

Abstract

Es wird eine Antriebsanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug beschrieben, mit einem Verbrennungsmotor (3) mit einer Kurbelwelle (5), die über eine zwischengeschaltete Kupplung (7) mit einer Getriebeeingangswelle (11) eines Schaltgetriebes (37) verbindbar ist, und mit einer in der Antriebsanordnung (1) vorgesehenen elektrischen Maschine (13) - beispielsweise einen elektrischen Motor oder einen Starter-Generator -, die einen Stator und einen Rotor aufweist. Um eine Antriebsanordnung (1) zu schaffen, die besonders leistungsstark ist, bei der die Herstellungskosten gegenüber vergleichbaren Antriebsanordnungen reduziert sind und die auch besonders platzsparend ausgebildet ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die elektrische Maschine (13) zur Untersetzung ihrer Drehzahl über ein Untersetzungsgetriebe (25) mit der Kurbelwelle (5) und/oder der Getriebeeingangswelle (11) in Wirkverbindung steht und daß das Untersetzungsgetriebe (25) als Planetengetriebe (27) ausgebildet ist, das ein Sonnenrad, ein Hohlrad und eine Anzahl von Planetenrädern aufweist. Das Planetengetriebe (27) kann über zwei Kupplungen (50, 60) schaltbar beziehungsweise kuppelbar sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, die über eine zwischenge schaltete Kupplung mit einer Getriebeeingangswelle eines Schaltgetriebes ver bindbar ist, und mit einer in der Antriebsanordnung vorgesehenen elektrischen Maschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist.

Eine solche Antriebsanordnung ist beispielsweise aus der DE 43 23 601 A1 be kannt, in der eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, beschrieben ist. Aufgrund der wie vorstehend ausgebildeten An triebsanordnung ist das Fahrzeug einerseits durch den Verbrennungsmotor und andererseits durch die elektrische Maschine antreibbar. Die elektrische Maschine kann auch den Verbrennungsmotor unterstützend zum Antrieb des Kraftfahr zeugs angesteuert werden. Der alleinige Antrieb des Fahrzeugs durch die elektri sche Maschine ist insbesondere im Bereich niedriger Fahrgeschwindigkeiten sinn voll. Um nun jedoch ein Anfahren durch alleinigen elektromotorischen Antrieb zu ermöglichen, sind leistungsstarke elektrische Maschinen erforderlich, die zum ei nen eine große axiale Baulänge aufweisen und zum anderen sehr kostenintensiv sind.

In der WO 98/40647, die in bezug auf die prioritätsbegründende Erstanmeldung zur vorliegenden Anmeldung nachveröffentlicht ist, ist eine getriebeintegrierte Elektromaschine für Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren sowie deren Steuerung beschrieben. Auch hier ist der Verbrennungsmotor über eine Kurbelwelle und eine zwischengeschaltete Kupplung mit einer Getriebeeingangswelle eines Schaltge triebes verbindbar. Weiterhin ist eine elektrische Maschine vorgesehen, die über ein Zwischengetriebe parallel zur Getriebeeingangswelle geschaltet ist. Das Zwi schengetriebe ist in Form eines Übersetzungsgetriebes ausgebildet. Durch die parallele Anordnung des Zwischengetriebes ist jedoch relativ viel Bauraum erfor derlich, der aber insbesondere im Hinblick auf Personenkraftwagen in deren Mo torraum nicht zur Verfügung steht.

Die in der WO 98/40647 beschriebene elektrische Maschine kann als sogenann ter Starter-Generator ausgebildet sein. Ist die elektrische Maschine als Startermo tor geschaltet, kann darüber der Verbrennungsmotor gestartet werden. Bei sich in Betrieb befindendem Verbrennungsmotor kann eine Versorgung des Kraftfahr zeug-Bordnetzes über die als Generator geschaltete elektrische Maschine ermög licht werden. Starter-Generatoren werden üblicherweise auf die Kurbelwelle oder die Getriebeeingangswelle aufgeschoben, so daß sie einen möglichst geringen Platzbedarf aufweisen müssen.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die oben beschriebenen Nachteile ver mieden werden. Insbesondere soll eine Antriebsanordnung bereitgestellt werden, die besonders leistungsstark ist und bei der die Herstellungskosten gegenüber vergleichbaren Antriebsanordnungen reduziert sind. Weiterhin soll die elektrische Maschine auch besonders platzsparend ausgebildet sein.

Diese Aufgabe wird durch eine Weiterbildung der eingangs genannten An triebsanordnung gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die elektrische Maschine zur Untersetzung ihrer Drehzahl über ein Untersetzungsge triebe mit der Kurbelwelle und/oder der Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung steht und daß das Untersetzungsgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist, das ein Sonnenrad, ein Hohlrad und eine Anzahl von Planetenrädern aufweist.

Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Antriebsanordnung wird es möglich, die weiter oben beschriebenen Nachteile zum umgehen. Wenn die elektrische Ma schine etwa als Starter-Generator verwendet wird, können durch die erfindungs gemäße Ausgestaltung auch mit relativ kleinen elektrischen Maschinen beim An lassen so hohe Drehmomente erzeugt werden, daß auch das Starten von großen Verbrennungsmotoren ermöglicht wird. Wenn die elektrische Maschine etwa als Elektromotor verwendet wird und mit der Getriebeeingangswelle in Verbindung steht, kann ein Anfahren mit alleinigem elektrischem Antrieb bei nahezu im Ver gleich zum verbrennungsmotorischen Antrieb gleichem Beschleunigungsverhalten ermöglicht werden. Dabei überschreitet die axiale Baulänge der Antriebsanord nung, einen Quereinbau zulassend, ein vorbestimmtes Maß nicht.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die elektrische Ma schine über ein separates Untersetzungsgetriebe mit der Kurbelwelle und/oder der Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung steht.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Planetengetriebes als Untersetzungsgetriebe herausgestellt. Ein solches Planetengetriebe kann koaxial zur Getriebeeingangswelle oder zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ange ordnet werden. Planetengetriebe weisen im Regelfall ein Sonnenrad, ein Hohlrad sowie diverse Planetenräder auf, wobei die einzelnen Räder koaxial zueinander angeordnet und ausgerichtet sind. Auf diese Weise stellt ein Planetengetriebe ein sehr wirkungsvolles Getriebe mit nur geringem Platzbedarf dar.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung erge ben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft kann die elektrische Maschine als Synchronmaschine, insbesondere als permanenterregte Synchronmaschine, oder als Asynchronmaschine ausgebil det sein. Die elektrische Maschine kann sowohl als Außenläufer, als auch als In nenläufer ausgebildet sein. Ist als elektrische Maschine ein Asynchronmotor vor gesehen, so liegt dessen maximale Drehzahl bei ungefähr 10.000 U/min. Ist die elektrische Maschine als Synchronmotor ausgebildet, so liegt dessen maximale Drehzahl im Bereich von 5.000 bis 10.000 U/min. Dahingegen liegt die maximale Drehzahl eines modernen Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, im Bereich von 4.000 U/min. Durch die Maßnahme, die elektrische Maschine über ein die Drehzahl der elektrischen Maschine untersetzendes Untersetzungsge triebe an den Antriebsstrang zu koppeln, wird das durch die elektrische Maschine auf den Antriebsstrang wirkende Drehmoment derart übersetzt, daß es zu keiner Überschreitung der maximal zulässigen Drehzahl der elektrischen Maschine kommt. Das durch die elektrische Maschine bereitstellbare Moment entspricht einem Moment einer leistungsstärkeren elektrischen Maschine, die ein Vielfaches an axialem Bauraum beanspruchen würde. Durch die erfindungsgemäße An triebsanordnung kann die höhere Drehzahl der elektrischen Maschine über das Untersetzungsgetriebe in die geringere Drehzahl des Verbrennungsmotors unter setzt werden. Gleichzeitig wird aber ein hohes Drehmoment übertragen.

Die elektrische Maschine kann beispielsweise als elektrischer Motor in einem Hy bridfahrzeug ausgebildet sein. Das von der elektrischen Maschine übertragene Drehmoment entspricht unter anderem durch das Untersetzungsgetriebe einem Moment eines leistungsstärkeren Motors, insbesondere im Bereich niedrigerer Fahrgeschwindigkeiten.

Eine besonders erwähnenswerte elektrische Maschine ist beispielsweise auch der Starter-Generator für Fahrzeuge. Hierbei handelt es sich um eine elektrische Ma schine, deren Rotor über die Kurbelwellenlagerung des Verbrennungsmotors ge lagert ist. Der Starter-Generator wird nicht nur zum Starten und Stoppen des Verbrennungsmotors verwendet, sondern er kann auch während des Motorbe triebs verschiedene Funktionen übernehmen, wie die Versorgung des Bordnetzes mit elektrischer Energie (Generatorfunktion), Bremsfunktionen, Boosterfunktio nen, Batteriemanagement, aktive Schwingungsdämpfung, Synchronisierung des Verbrennungsmotors mit dem Getriebe bei Schaltvorgängen und dergleichen.

Vorzugsweise kann das Planetengetriebe als nicht schaltbares (festes) oder kup pelbares beziehungsweise schaltbares Planetengetriebe ausgebildet sein.

Nachfolgend werden zunächst einige Ausführungsbeispiele beschrieben, in denen ein festes Untersetzungsgetriebe für die Adaption an einer elektrischen Maschine zwischen Motor und Getriebe beziehungsweise am vorderen Verbrennungsmoto rende vorgesehen ist. Im weiteren Verlauf der Beschreibung werden dann auch Ausführungsbeispiele beschrieben, in denen das Untersetzungsgetriebe als schaltbares/kuppelbares Getriebe ausgebildet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Rotor der elektrischen Ma schine mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes in Wirkverbindung stehen, das mit ortsfest gelagerten Planetenrädern kämmt. Die Planetenräder ihrerseits käm men mit dem mit der Kurbelwelle oder der Getriebeeingangswelle in Wirkverbin dung stehenden Hohlrad. Dadurch ist das Hohlrad mittels der elektrischen Ma schine antreibbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Rotor der elektrischen Maschine mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes in Wirkver bindung steht, wobei das Sonnenrad mit den Planetenrädern kämmt. Die Plane tenräder kämmen ihrerseits mit dem drehfest (ortsfest) angeordneten Hohlrad. Die Planetenräder sind drehbar auf einem Planetenträger (Stegabgriff) gelagert, der mit der Kurbelwelle oder der Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung steht und vorzugsweise fest mit dieser verbunden ist.

Bei dem Einsatz eines Außenläufers als elektrische Maschine hat sich als vorteil haft herausgestellt, den Stator mit einer Innenausnehmung auszubilden und den Stator weiterhin mit einer radial nach innen weisenden, das Hohlrad bildenden Verzahnung zu versehen. Bei dieser Ausgestaltung ist eine besonders kompakte Anordnung von Planetengetriebe und elektrischer Maschine möglich.

Vorteilhaft kann als elektrische Maschine ein Innenläufer vorgesehen sein, wobei der Rotor der elektrischen Maschine drehfest mit dem Sonnenrad des parallel zur elektrischen Maschine angeordneten Planetengetriebes in Wirkverbindung steht, vorzugsweise fest mit diesem verbunden ist.

Vorteilhaft können die Planetenräder auf mit einem Statorträger einteilig ausbild baren oder ausgebildeten Vorsprüngen drehbar gelagert sein. Dadurch läßt sich eine besonders kompakte Anordnung des Untersetzungsgetriebes und damit der elektrischen Maschine bereitstellen.

Nachfolgend wird nun eine Ausführung beschrieben, in der das Untersetzungsge triebe schaltbar beziehungsweise kuppelbar ist.

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform kann der Rotor der elektrischen Ma schine mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes in Wirkverbindung stehen, wo bei das Sonnenrad mit Planetenrädern kämmt, die drehbar auf einem Planetenträ ger gelagert sind. Der Planetenträger steht mit der Kurbelwelle oder der Getrie beeingangswelle in Wirkverbindung. Die Planetenräder kämmen weiterhin mit dem Hohlrad, das in Abhängigkeit von der Drehzahl des Sonnenrads drehfest oder drehbar angeordnet ist.

Bei dieser Ausführungsform steht das Planetengetriebe über den Planetenträger (Stegabgriff) mit der Kurbelwelle oder der Getriebeeingangswelle in Wirkverbin dung. Vorteilhaft ist der Planetenträger fest mit dieser verbunden. Weiterhin ist das Sonnenrad mit dem Rotor der elektrischen Maschine - vorzugsweise fest - verbunden. Das Hohlrad wird bei einer geringen Drehzahl des Sonnenrads, etwa beim Startvorgang der elektrischen Maschine drehfest an ein Bauteil der elektri schen Maschine - beispielsweise den Stator - gekoppelt. Ab einer bestimmten Drehzahl wird die Kopplung getrennt, so daß sich das Hohlrad mit dem Planeten träger nunmehr mitdrehen kann. Daraufhin wird eine Kopplung zwischen dem Hohlrad, den auf dem Planetenträger angeordneten Planetenrädern und dem Son nenrad hergestellt.

Das schaltbare/kuppelbare Untersetzungsgetriebe kann vorzugsweise mindestens zwei Untersetzungen aufweisen.

Vorteilhaft kann das Planetengetriebe eine oder mehrere, vorzugsweise zwei, Kupplungen aufweisen, über die es kuppelbar beziehungsweise schaltbar ist oder gekuppelt beziehungsweise geschaltet wird. Die Kupplungen können radial oder axial als Reibungskupplungen, Lamellen oder dergleichen ausgebildet sein. Bei spielsweise kann die Kupplung oder können die Kupplungen als über Kniehebel verstellbare Lamellenkupplungen, als magnetisch, mechanisch, elektrisch pneu matisch oder hydraulische schaltbare Kupplungen, als Fliehkraftkupplungen oder dergleichen ausgebildet sein. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Kupplungsty pen beschränkt, so daß auch andere Kupplungstypen denkbar und möglich sind.

Vorteilhaft kann die Kupplung beziehungsweise können die Kupplungen in Ab hängigkeit von der Temperatur und/oder der Drehzahl oder dergleichen geschaltet beziehungsweise gekuppelt werden. Bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors ist beispielsweise ein hohes Anlaßmoment erforderlich, weswegen die Unterset zung mit Hilfe des Untersetzungsgetriebes (Planetengetriebe) aktiviert werden muß. Eine Aktivierung des Untersetzungsgetriebes ist bei einem Warmstart des Verbrennungsmotors wegen des geringeren notwendigen Anlaßmoments hinge gen nicht erforderlich.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplung oder sind die Kupplungen jedoch als Fliehkraftkupplung ausgebildet.

Dazu kann/können die Kupplung oder die Kupplungen vorteilhaft einen Federtopf, eine Druckfeder und einen Kolben aufweisen.

Sofern im Planetengetriebe mehrerer Kupplungen verwendet werden, können die se über ein Koppelelement miteinander verbunden sind. Ein solches Koppelele ment kann beispielsweise - jedoch nicht ausschließlich - ein Gestänge oder der gleichen sein. Über das Koppelelement wird erreicht, daß bei Betätigung der ei nen Kupplung automatisch auch die andere Kupplung betätigt wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein schaltba res/kuppelbares Planetengetriebe zur Untersetzung der elektrischen Maschine vorgeschlagen, das am Planetenträger (Stegabgriff) mit der Kurbelwelle und mit dem Sonnenrad am Rotor der elektrischen Maschine fest verbunden ist. Das Hohlrad wird beim Startvorgang über eine geeignete Kupplung mit dem Gehäuse des Verbrennungsmotors oder dem Gehäuse des Schaltgetriebes gekoppelt, der art, daß es zunächst drehfest angeordnet ist. Ab einer bestimmten Drehzahl (beispielsweise 500 U/min) wird diese erste Kopplung getrennt und möglichst gleichzeitig eine zweite Kopplung des Hohlrades mit dem Sonnenrad und dem Planetenträger hergestellt. Somit ist beim Startvorgang bis etwa 500 U/min eine Untersetzung von ungefähr 3 bis 5 gegeben, ab 500 U/min erfolgt die starre Kopplung des Rotors mit der Kurbelwelle. Die Ausführung der Kupplun gen/Schaltelemente kann durch Fliehkraft gesteuert werden (Fliehkraftkupplung) oder durch Betätigung von Elektromagneten oder anderen Elementen.

Vorteilhaft kann die elektrische Maschine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Schaltgetriebe oder am vorderen Verbrennungsmotorende angeordnet sein.

In der Regel wird die elektrische Maschine zwischen Verbrennungsmotor und Schaltgetriebe vorgesehen sein. In diesem Fall kann sie entweder mit der Kur belwelle des Verbrennungsmotors oder mit der Getriebeeingangswelle des Schaltgetriebes in Wirkverbindung stehen. Es sind aber auch Anwendungsfälle denkbar, in denen die elektrische Maschine am vorderen Ende des Verbren nungsmotors angeordnet ist. In diesem Fall steht die elektrische Maschine nur mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in Wirkverbindung. In dem letztge nannten Fall ist es möglich, daß die elektrische Maschine, beispielsweise über den Rotor, mit der Riemenscheibe des Verbrennungsmotors verbünden wird. Über diese Riemenscheibe am Rotor können dann auch andere Nebenaggregate angetrieben werden.

Vorteilhaft kann im Planetengetriebe wenigstens ein Torsionsschwingungsdämp fer vorgesehen sein. Wenn ein solcher Torsionsschwingungsdämpfer im Plane tengetriebe integriert wird - etwa im Planetenträger -, kann hierdurch eine Schwingungsdämpfung bei den einzelnen Bauelementen erzielt werden. Wenn die elektrische Maschine zwischen Verbrennungsmotor und Schaltgetriebe angeord net ist, kann über den Schwingungsdämpfer beispielsweise eine Schwingungs dämpfung im Antriebsstrang oder in der Kupplung, beispielsweise im Hinblick auf ein Zweimassen-Schwungrad, realisiert werden. Wenn die elektrische Maschine am vorderen Verbrennungsmotorende angeordnet ist, kann über den Schwin gungsdämpfer beispielsweise eine Schwingungsdämpfung oder eine Torsions dämpfung des Riemenantriebs erreicht werden.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Übersicht einer erfindungsgemäßen Antriebsanord nung;

Fig. 2 eine Antriebsanordnung mit einem Außenläufer als Elektromotor und ei nem Planetengetriebe;

Fig. 3 eine Antriebsanordnung mit einem Außenläufer als elektrische Maschine, dessen Stator koaxial zu einer Kupplung angeordnet ist;

Fig. 4 eine Antriebsanordnung mit einem Außenläufer und einem radial innerhalb des Stators angeordneten Planetengetriebe;

Fig. 5 eine Antriebsanordnung mit einem Innenläufer;

Fig. 6 eine Antriebsanordnung mit einem axial zwischen Elektromotor und Ge triebe angeordneten Planetengetriebe;

Fig. 7 eine Antriebsanordnung mit einem Innenläufer, dessen Rotor koaxial zu einer Kupplung angeordnet ist; und

Fig. 8 eine Antriebsanordnung, bei der das Planetengetriebe schaltbar/kuppelbar ausgebildet ist.

In Fig. 1 ist eine Antriebsanordnung 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, die einen Verbrennungsmotor 3 mit einer Kurbelwelle 5 aufweist. Die Kurbelwelle 5 ist über eine zwischengeschaltete Kupplung 7 mit einer Getriebeeingangswelle 11 eines Schaltgetriebes 37 verbunden. Weiterhin ist zwischen dem Verbrennungs motor 3 und dem Schaltgetriebe 37 eine elektrische Maschine 13 angeordnet, die beispielsweise als elektrischer Motor oder Starter-Generator ausgebildet sein kann. Die elektrische Maschine 13 ist weiterhin mit einem Untersetzungsgetriebe 25 verbunden, das als Planetengetriebe 27 ausgebildet ist. Je nach Bedarf und Anwendungsfall könnte die elektrische Maschine 13 auch am vorderen Verbren nungsmotorenende 2 angeordnet sein.

In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform einer Antriebsanordnung 1 zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Diese Antriebsanordnung weist einen mit einer Kurbelwelle 5 versehenen Verbrennungsmotor 3 auf, dessen Kurbelwelle 5 über eine Kupplung 7, die mittels eines Ausrückers 9 betätigt wird, mit einer Getrie beeingangswelle 11 eines nachgeschalteten Schaltgetriebes 37 verbindbar ist. Mit dieser Getriebeeingangswelle 11 ist ein Hohlrad 35 eines zwischen der Kupplung 7 und der elektrischen Maschine 13, die hier als Außenläufer 43 aus gebildet ist, vorgesehenen Planetengetriebes 27 verbunden. Das Planetengetriebe 27 umfaßt Planetenräder 31, die ortsfest gelagert sind und die einerseits mit dem Hohlrad 35 und andererseits mit einem Sonnenrad 29 kämmen, das drehfest mit dem Rotor 15 der elektrischen Maschine 13 verbunden ist. Vorzugsweise ist als elektrische Maschine 13 eine Synchronmaschine 45 vorgesehen, deren Rotor 15 mit Dauermagneten 17 bestückt ist. Dieser als Außenläufer 43 ausgebildete Ro tor 15 umgibt koaxial einen radial innenliegenden Stator 19, der mit Strom be aufschlagbaren Spulen 21 versehen ist, die vorzugsweise elektrisch leitend mit einer nicht dargestellten elektrischen Spannungsquelle über eine zwischenge schaltete Elektronik verbunden sind. Diese Spulen 21 sind in bekannter Weise miteinander verschaltet, so daß hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird. Die elektrische Maschine 13 ist über das Planetengetriebe 27 als Unterset zungsgetriebe 25 mit der Getriebeeingangswelle 11 verbunden, wobei das Plane tengetriebe 27 auf der dem Schaltgetriebe 37 abgewandten Seite der elektri schen Maschine 13 angeordnet ist.

Im folgenden wird kurz die Betriebsweise dieser Antriebsanordnung 1 beschrie ben. Für den verbrennungsmotorischen Antrieb des Fahrzeugs wird der Verbren nungsmotor 3 gestartet, wobei das vom Verbrennungsmotor 3 bereitgestellte Drehmoment über die Reibungskupplung 7 auf die Getriebeeingangswelle 11 übertragen wird. Für einen Schaltvorgang des Schaltgetriebes 37 wird die Kupp lung 7 geöffnet, so daß der Verbrennungsmotor 3, insbesondere dessen Kurbel welle 5, von der Getriebeeingangswelle 11 und damit vom Schaltgetriebe 37 ab gekoppelt ist. Durch die Rotation der Getriebeeingangswelle 11 wird auch das Hohlrad 35 rotatorisch angetrieben, wodurch über das Planetengetriebe 27 auch der Rotor 15 der elektrischen Maschine 13 entsprechend dem Untersetzungsver hältnis des Planetengetriebes 27 rotiert. Das heißt, die Drehzahl des Rotors 15 beträgt ein Vielfaches der Drehzahl der Getriebeeingangswelle 11.

Ist der alleinige elektromotorische Betrieb vorgesehen, so ist die Kupplung 7 ge öffnet und der Rotor 15 der elektrischen Maschine 13 wird durch entsprechende Ansteuerung des Stators 19 in Rotation versetzt, wodurch die Getriebeein gangswelle 11 mit einem mittels des Planetengetriebes 27 übersetzten Drehmo ment beaufschlagt wird. Der Antrieb des Fahrzeugs mittels der elektrischen Ma schine 13 ist, insbesondere im Bereich niedriger Fahrgeschwindigkeiten, in denen der Verbrennungsmotor 3 einen schlechten Wirkungsgrad hat, vorteilhaft. Auch kann auf einen Rückwärtsgang im Schaltgetriebe 37 verzichtet werden, sofern bei Rückwärtsfahrt das Fahrzeug prinzipiell mittels der elektrischen Maschine 13 angetrieben wird.

Ebenso ist ein Mischbetrieb, das heißt ein Antrieb des Fahrzeugs durch den Ver brennungsmotor 3 und die elektrische Maschine 13 möglich, wobei durch die elektrische Maschine 13 unterstützend zu dem vom Verbrennungsmotor 3 bereit gestellten Drehmoment ein zusätzliches Drehmoment bereitgestellt wird.

Die Funktionsweise der in Fig. 3 bis 7 dargestellten Ausführungsformen unter scheidet sich von der anhand von Fig. 1 beschriebenen Funktionsweise nicht we sentlich, so daß im folgenden nur der prinzipielle Aufbau der jeweiligen An triebsanordnung 1 beschrieben wird.

Fig. 3 stellt eine Antriebsanordnung 1 mit einem Außenläufer 43 als elektrische Maschine 13 dar, wobei die Kupplung 7 innerhalb einer, radial innerhalb des Sta tors 19 vorgesehenen, Ausnehmung 20 angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird eine besonders kompakt ausgebildete Antriebsanordnung 1 bereitgestellt. Wiederum ist der Rotor 15 der elektrischen Maschine 13 mit dem Sonnenrad 29 eines nachgeschalteten, zwischen elektrischer Maschine 13 und Schaltgetriebe 37 angeordneten Planetengetriebes 27 fest verbunden. Mit dem Sonnenrad 29 kämmen Planetenräder 31, die drehbar auf einem Planetenträger 31 gelagert sind. Dieser Planetenträger 33 steht mit der Getriebeeingangswelle 11 in Wirk verbindung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Planetenträger 33 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 11 verbunden. Es kann jedoch auch vor gesehen sein, den Planetenträger 33 mit einem Torsionsschwingungsdämpfer zu versehen. Auch kann vorgesehen sein, den Rotor 15 mit einem Torsionsschwin gungsdämpfer oder einem Federelement zur Dämpfung von Drehmomentschwan kungen zu versehen.

Die auf dem Planetenträger 33 drehbar gelagerten Planetenräder 31 kämmen ei nerseits mit dem Sonnenrad 29 und andererseits mit einem ortsfest gelagerten Hohlrad 35.

Die Antriebsanordnung gemäß Fig. 4 weist einen Verbrennungsmotor 3 auf, der wiederum über die Kupplung 7 mit der Getriebeeingangswelle 11 in Wirkverbin dung steht. Als elektrische Maschine 13 ist wiederum ein Außenläufer 43 vorge sehen, dessen Rotor 15 drehfest mit einem Sonnenrad 29 eines radial innerhalb des Stators 19 angeordneten Planetengetriebes 27 verbunden ist. Mit diesem Sonnenrad 29 kämmen Planetenräder 31, die drehbar auf einem Planetenträger 33 gelagert sind. Der Planetenträger 33 ist drehfest mit der Getriebeeingangswel le 11 verbunden. Die Planetenräder 31 stützen sich gegen ein fest mit dem Sta tor 19 verbundenes Hohlrad 35 ab. Vorzugsweise ist dieses Hohlrad 35 mit dem Statorträger 23 einstückig ausgebildet. Der übrige Aufbau unterscheidet sich nicht von dem anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Aufbau.

In den Fig. 5 bis 7 sind Ausführungen von Antriebsanordnungen 1 gezeigt, die als elektrische Maschine 13 mit einem Innenläufer 41 versehen sind, wobei bei die sen Ausführungsbeispielen als elektrische Maschine 13 eine Asynchronmaschine 47 vorgesehen ist, deren Rotor 15 ebenfalls mit elektrisch leitenden Windungen versehen ist. Diese elektrische Maschine 13 weist gemäß den zur Verfügung ste henden Bauraumverhältnissen einen möglichst großen Radius auf, da mit dem Radius die durch die elektrische Maschine 13 bereitstellbare Leistung korreliert. Der Rotor 15 der elektrischen Maschine 13 ist über ein Planetengetriebe 27, das auf der der elektrischen Maschine 13 abgewandten Seite des Schaltgetriebes 37 angeordnet ist, mit der Getriebeeingangswelle 11 wirkverbunden. Dieses vorge sehene Planetengetriebe 27 weist ein Hohlrad 35 auf, das drehfest mit der Ge triebeeingangswelle 11 verbunden ist, wobei die Planetenräder 31 auf einem ortsfest gelagerten Planetenträger 33 drehbar gelagert sind.

Das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich durch die Anordnung des Planetenge triebes 27, das bei dieser Ausführung auf der dem Schaltgetriebe 37 zugewand ten Seite der elektrischen Maschine 13 angeordnet ist. Das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel weist eine elektrische Maschine 13 auf, wobei radial inner halb des Rotors 15 die Kupplung 7 mittels der Kurbelwelle 5 mit der Getriebeein gangswelle 11 in Wirkverbindung bringbar ist. Das Planetengetriebe 27 ist auf der dem Schaltgetriebe 37 abgewandten Seite der elektrischen Maschine 13 an geordnet, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Hohlrad 35 dreh fest mit der Kurbelwelle 5 verbunden ist. Der übrige Aufbau entspricht den be reits vorangegangenen Ausführungsbeispielen.

In Fig. 8 ist eine Antriebsanordnung 1 dargestellt, in der das Planetengetriebe 27 in Form eines schaltbaren/kuppelbaren Planetengetriebes 27 ausgebildet ist. Der herkömmliche Antriebsstrang, bestehend aus Verbrennungsmotor 3, Kupplung 7, die als Einscheibentrockenkupplung ausgebildet sein kann und Schaltgetriebe 37, ist zusätzlich mit einer als Starter-Generator ausgebildeten elektrischen Maschine 13 versehen. Die elektrische Maschine 13 ist eine permanenterregte Synchron maschine in Außenläuferbauweise. Bei dieser Bauart steht im Inneren des Rotors 15 ausreichend Bauraum zur Verfügung, um das selbstschaltende Planetengetrie be 27 zu integrieren, das ein Untersetzungsverhältnis beim Anlaßvorgang akti viert.

Der Rotor 15 ist über ein Rotorgehäuse 14 mit dem Sonnenrad 29 des Planeten getriebes 27 direkt gekoppelt. An der Rückseite des Rotorgehäuses 14 ist die Kupplung 7 angeordnet, die in bekannter Weise eine Kupplungsscheibe 71 und eine Kupplungsdruckplatte 72 mit einer Membranfeder 73 aufweist. Der Plane tenträger 33 mit seinen Planetenrädern 31 ist direkt mit der Kurbelwelle 5 des Verbrennungsmotors 3 verbunden.

Das Hohlrad 35 des Planetengetriebes 27 weist einen starr mit dem Hohlrad 35 verbundenen Federtopf 52 einer als Fliehkraftkupplung ausgebildeten Kupplung 50 auf. Innerhalb des Federtopfes 52 ist eine Druckfeder 53 vorgesehen, die ei nen Kolben 51 gegen das feststehende Statorgehäuse 24 preßt, so daß das Hohlrad 35 mit Federkraft gegen das Statorgehäuse 24 gepreßt wird, solange es sich nicht dreht. Es ergibt sich also eine Umlauf-Untersetzung zwischen Sonnen radwelle 48 und Kurbelwelle 5 von

i = 1 + z_Hohlrad/z_Sonnenrad,

was für den Anlaßvorgang des Verbrennungsmotors 3 mit Hilfe des Starter- Generators 13 von Vorteil ist. Bei "z" handelt es sich im vorliegenden Fall um die Anzahl der Zähne der Räder.

Mit der Sonnenradwelle 48 ist ebenfalls ein Federtopf 62 einer Kupplung 60 fest verbunden, in dem ein innenliegender Kolben 61 durch eine Druckfeder 63 über eine Zugstange 64 von einem Zwischenstück 80 abgehoben gehalten wird. Das Zwischenstück 80 ist über ein als Gestänge ausgebildetes Koppelelement 82 mit der Kupplung 50, und zwar mit dem Kolben 51, verbunden.

Solange sich die Sonnenradwelle 48 unterhalb einer bestimmten Mindestdrehzahl dreht (beispielsweise < 500 U/min), wird der Kolben 61 keine Kraftübertragung ermöglichen. Überschreitet die Sonnenradwelle 48 diese genannte Mindestdreh zahl, so beginnt der Kolben 61 eine Kraft beziehungsweise ein Drehmoment auf das Zwischenstück 80 auszuüben. Dadurch wird der Kolben 51, der über das Koppelelement 82 mit dem Zwischenstück 80 verbunden ist, aus seiner Position angehoben, wodurch die starre Kopplung zwischen dem Hohlrad 35 und dem Statorgehäuse 24 aufgehoben wird. Die Folge ist, daß sich das Hohlrad 35 nun mitdreht. Der Kolben 61 kann maximal so weit angehoben werden, bis das Zwi schenstück 80 an ein Belagstück 81 anstößt, das am Hohlrad 35 angeordnet ist.

Durch die Zunahme der Drehzahl und damit auch die Erhöhung der Fliehkraft er gibt sich nun eine starre Kopplung zwischen der Sonnenradwelle 48 und dem Hohlrad 35, wodurch sich die für den generatorischen Betrieb benötigte Kopplung mit der Übersetzung von i = 1 einstellt.

Zur Dämpfung von Schwingungen und Torsionen können weiterhin zwei Torsi onsschwingungsdämpfer 90 vorgesehen sein, die im Planetengetriebe 27 inte griert sind und vorteilhaft im Planetenträger 33 vorgesehen sind.

Claims

1. Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (3) mit einer Kurbelwelle (5), die über eine zwischengeschaltete Kupplung (7) mit einer Getriebeeingangswelle (11) eines Schaltgetriebes (37) verbindbar ist, und mit einer in der Antriebsanordnung (1) vorgesehenen elektrischen Ma schine (13), die einen Stator (19) und einen Rotor (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (13) zur Untersetzung ihrer Drehzahl über ein Untersetzungsgetriebe (25) mit der Kurbelwelle (5) und/oder der Getriebeein gangswelle (11) in Wirkverbindung steht und daß das Untersetzungsgetriebe (25) als Planetengetriebe (27) ausgebildet ist, das ein Sonnenrad (29), ein Hohlrad (35) und eine Anzahl von Planetenrädern (31) aufweist.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (13) als Synchronmaschine (45), insbesondere als permanenterregte Synchronmaschine, oder als Asynchronmaschine (47) ausgebildet ist.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (27) als nicht schaltbares oder kuppelbares bezie hungsweise schaltbares Planetengetriebe (27) ausgebildet ist.

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (15) der elektrischen Maschine (13) mit dem Sonnenrad (29) des Planetengetriebes (27) in Wirkverbindung steht, das mit ortsfest gelager ten Planetenrädern (31) kämmt und daß die Planetenräder (31) ihrerseits mit dem mit der Kurbelwelle (5) oder der Getriebeeingangswelle (11) in Wirkver bindung stehenden Hohlrad (35) kämmen.

5. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (15) der elektrischen Maschine (13) mit dem Sonnenrad (29) des Planetengetriebes (27) in Wirkverbindung steht, daß das Sonnenrad (29) mit den Planetenrädern (31) kämmt, daß die Planetenräder (31) ihrerseits mit dem drehfest angeordneten Hohlrad (35) kämmen und daß die Planetenräder (31) drehbar auf einem Planetenträger (33) gelagert sind, der mit der Kurbel welle (5) oder der Getriebeeingangswelle (11) in Wirkverbindung steht.

6. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als elektrische Maschine (13) ein Außenläufer (43) vorgesehen ist, der einen mit einer In nenausnehmung versehenen Stator (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (19) mit einer radial nach innen weisenden, das Hohlrad (35) bildenden Verzahnung versehen ist.

7. Antriebsanordnung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Maschine (13) ein Innenläufer (41) vorgesehen ist und daß der Rotor (15) der elektrischen Maschine (13) drehfest mit dem Sonnenrad (29) des parallel zur elektrischen Maschine (13) angeordneten Planetengetrie bes (27) in Wirkverbindung steht.

8. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (31) auf mit einem Statorträger (23) einteilig ausbildba ren oder ausgebildeten Vorsprüngen (30) drehbar gelagert sind.

9. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (15) der elektrischen Maschine (13) mit dem Sonnenrad (29) des Planetengetriebes (27) in Wirkverbindung steht, daß das Sonnenrad (29) mit Planetenrädern (31) kämmt, die drehbar auf einem Planetenträger (33) gelagert sind, der mit der Kurbelwelle (5) oder der Getriebeeingangswelle (11) in Wirkverbindung steht und daß die Planetenräder (31) weiterhin mit dem Hohlrad (35) kämmen, das in Abhängigkeit von der Drehzahl des Sonnenrads (29) drehfest oder drehbar angeordnet ist.

10. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (27) eine oder mehrere, vorzugsweise zwei, Kupp lungen (50; 60) aufweist, über die es kuppelbar beziehungsweise schaltbar ist/sind oder gekuppelt beziehungsweise geschaltet wird/werden.

11. Antriebsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung oder die Kupplungen (50; 60) in Abhängigkeit von der Tem peratur und/oder der Drehzahl kuppelbar beziehungsweise schaltbar ist/sind oder gekuppelt beziehungsweise geschaltet wird/werden.

12. Antriebsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung oder die Kupplungen (50; 60) als Fliehkraftkupplung aus gebildet ist/sind.

13. Antriebsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung oder die Kupplungen (50; 60) einen Federtopf (52; 62), ei ne Druckfeder (53; 63) und einen Kolben (51; 61) aufweist/aufweisen.

14. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Kupplungen (50, 60) im Planetengetriebe (27) diese über ein Koppelelement (82) miteinander verbunden sind.

15. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (13) zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und dem Schaltgetriebe (37) oder am vorderen Verbrennungsmotorende (2) ange ordnet ist.

16. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Planetengetriebe (27) wenigstens ein Torsionsschwingungsdämpfer (90) vorgesehen ist.