DE19937545A1 - Antriebsstrang - Google Patents

Antriebsstrang

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DE19937545A1
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electrical machine
flange
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DE19937545A
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Laszlo Man
Guido Rudkoski
Rolf Meinhard
Christophe Schwartz
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LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
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Abstract

Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement und einer elektrischen Maschine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zumindest bestehend aus einem Antriebselement, wie einer Brennkraftmaschine mit einer Antriebswelle, wie einer Kurbelwelle, einem Abtriebselement, wie einem Getriebe mit einer Abtriebswelle, wie einer Getriebeeingangswelle sowie einer elektrischen Maschine, bestehend aus einem mit dem Gehäuse des Antriebs- oder Abtriebselements drehfest verbundenen Stator, und einem mittels zumindest einer im Kraftfluß zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle vorgesehenen Kupplung abkoppelbaren Rotor.
Derartige Einrichtungen sind beispielsweise für Hybridantriebe und Startergeneratoren vorgesehen und aus den DE-OS 29 25 219, 29 25 675 und 30 13 424 bekannt. Die Lagerung des Rotors der elektrischen Maschinen nach dem Stand der Technik erfolgt auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschinen, der Stator ist gehäusefest angebracht. Nachteilig ist hierbei, daß die Drehungleichförmigkeiten des Antriebselements den elektrischen Spalt zwischen Rotor und Stator während des Betriebs kontinuierlich verändern, so daß der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine eingeschränkt wird und im Extremfall die elektrische Maschine geschädigt wird. Weiterhin muß der Spalt der elektrischen Maschine zumindest nach dem Einbau justiert werden.
Soll die elektrische Maschine als Anlasser für das Antriebselement dienen, kann es aus Gründen der Auslegung der elektrischen Maschine sinnvoll sein, die Impulsstartmethode zu verwenden, das heißt, die elektrische Maschine dreht sich bereits vor dem Start und dann wird eine zwischen Antriebselement und elektrischer Maschine vorgesehene Kupplung geschlossen, wodurch das Antriebselement gestartet wird. Nachteil dieser Methode ist die Notwendigkeit von zwei Kupplungen, wenn nicht aus der Neutralstellung des Getriebes gestartet werden soll. Diese Kupplungen erfordern normalerweise bedeutend mehr Betätigungskraft und sind technisch aufwendig und daher entsprechend teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen dahingehend verbesserten Antriebsstrang vorzuschlagen, der eine konstante Einstellung des elektrischen Spalts zwischen Rotor und Stator bei auftretenden Drehungleichförmigkeiten des Antriebselements vorsieht, wobei der Spalt nicht während oder nach der Montage an die Antriebswelle eingestellt werden muß. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine kostengünstigere und leichter betätigbares Kupplungssystem zur Trennung der elektrischen Maschine von Antriebs- und/oder Abtriebselement vorzusehen.
Die Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug gelöst, der zumindest aus einem Antriebselement, wie einer Brennkraftmaschine mit einer Antriebswelle, wie einer Kurbelwelle, einem Abtriebselement, wie einem Getriebe mit einer Abtriebswelle, wie einer Getriebeeingangswelle, sowie einer elektrischen Maschine besteht, wobei die elektrische Maschine einem mit dem Gehäuse des Antriebs- oder Abtriebselements drehfest verbundenen Stator und einem mittels zumindest einer im Kraftfluß zwischen Antriebswelle und Abtriebs­ welle vorgesehenen Kupplung abkoppelbaren Rotor aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrische Maschine auf einem gehäusefest angebrachten Lagerflansch gelagert ist und/oder als modulare Baueinheit montierbar ist. Wei­ terhin wird die Aufgabe durch einen derartigen Antriebsstrang gelöst, der zumin­ dest zwei Kupplungen vorsieht, die die elektrische Maschine einerseits von dem Antriebselement und andererseits Abtriebselement abkoppelbar machen, wobei zumindest eine der beiden Kupplungen eine Klauenkupplung ist.
Vorteilhaft ist die Möglichkeit, in einem Antriebsstrang der erfinderischen Gattung die Justierung des zwischen Rotor und Stator einzustellenden Spalts vor der Montage vorzunehmen, so daß diesbezüglich kein weiterer Bedarf an fachlich anspruchsvollen Einstellarbeiten bei der Endmontage der elektrischen Maschine nötig ist. Die Montage kann beispielsweise mittels des Lagerflansches an das Gehäuse des Antriebs- oder Abtriebselements, an deren Nahtstelle oder an bei­ den Gehäusen gleichzeitig erfolgen. Dabei kann die elektrische Maschine radial innerhalb oder radial außerhalb auf dem Lagerflansch gelagert sein. Zur Siche­ rung einer kipp- und taumelfreien Lagerung kann es vorteilhaft sein, zwei axial auf dem Lagerflansch versetzte Kugellager oder ein Kugellager mit zwei Kugelbahnen oder alternative Lagermöglichkeiten, die diese Anforderungen erfüllen - beispiels­ weise eine Gleitlagerung - zu verwenden. Gegen axialen Versatz der - bezie­ hungsweise des Kugellagers - kann ein Sicherungsring vorgesehen sein.
Nach dem erfinderischen Gedanken können Rotor und Stator auf einem gemein­ samen oder auf getrennten Flanschen untergebracht sein, wobei zumindest ein Flansch gehäuseseitig angebracht ist und Rotor und Stator gegeneinander ver­ drehbar gelagert sind. Die unmittelbare räumliche Zuordnung der Lagerung von Rotor und Stator, beispielsweise auf einem gemeinsamen Flansch, kann deswe­ gen besonders vorteilhaft sein, da dadurch die Summe der Fehlertoleranzen der dazwischenliegenden Bauteile und das sich auf den Spalt auswirkende elastische Verhalten von Bauteilen minimiert werden kann.
Als Flansche können im wesentlichen radial erstreckende Scheibenteile vorgese­ hen werden, die im Bereich ihres Innendurchmessers einen Lagerring oder An­ satz ausbilden, der sich in axiale Richtung erstreckt und hier den Rotor und ge­ gebenenfalls den Stator aufnehmen kann. Am äußeren Umfang des Lagerrings können Mittel zum Befestigen des Flansches am Gehäuse - beispielsweise La­ schen - vorgesehen sein. Vorteilhaft kann auch die Ausbildung eines Lagerrings am Außenumfang des Lagerflansches und dessen Befestigung am seinen Innen­ umfang sein. Zweckmäßigerweise können die Flansche aus entsprechend ge­ formten Blechteilen gebildet sein. Beispielsweise können Lagerring und Befesti­ gungsmittel mittels Blechbearbeitungsmethoden angeformt sein, so daß der Flansch einstückig aus Blech hergestellt werden kann. Weiterhin kann die Auf­ nahme des Rotors oder des Stators auf einem Flansch aus einem weiteren ring­ förmigen Flansch gebildet sein, der mit dem Lagerflansch mittels Nieten, Schrau­ ben, einer Verstemmung oder dergleichen verbunden wird. So kann beispielswei­ se der Rotor oder Stator auf einer an einem ersten Flansch angeformten oder mit ihm verschweißten Aufnahme angeordnet sein, die am axial gegenüber liegenden Ringende durch einen weiteren Flansch radial abgestützt wird, wobei dieser Flansch wiederum mit dem ersten Flansch verbunden ist und im Querschnitt L-förmig sein kann, wobei ein Schenkel die Aufnahme für den Rotor bilden kann. Als Befestigungsmittel des zweiten Flansches können beispielsweise über den Um­ fang verteilte Nieten oder Schrauben dienen.
Der Rotor wird auf dem Lagerflansch axial in beide Richtungen mittels Anschlägen gesichert, wobei hierzu im Flansch ein Anschlag vorgesehen sein kann, gegen den der Rotor bei der Montage aufgeschoben wird. Der axial entgegengesetzte Anschlag wird anschließend beispielsweise in Form einer Ringscheibe oder eines Sicherungsrings an dem Lagerflansch mittels Schrauben, Nieten oder ähnlichen befestigt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, daß der zweite Flansch eine radial nach außen verlaufende Anprägung aufweist, die die Funktion der axialen Abstützung übernimmt. Weiterhin kann der Rotor auf einen ringförmigen Stutzen aufgenommen sein, der einen radial nach außen verlaufen­ den Anschlag aufweist und der anschließend mit dem Lagerflansch verbunden - beispielsweise verschweißt - werden kann, wobei der Lagerflansch seinerseits einen Anschlag auf der axial gegenüberliegenden Seite aufweist.
Nach einem erfinderischen Gedanken ist die elektrische Maschine als Baueinheit im Kraftfluß zwischen Antriebselement und einer Kupplung, die das Antriebsele­ ment vom Abtriebselement abkoppelbar macht - also einer Schaltkupplung - oder zwischen Kupplung und Abtriebselement vorgesehen und als solche komplett montierbar. Dazu kann es vorteilhaft sein, dieser modularen Baueinheit zusätzlich einen Teil der Kupplung zuzuordnen. Beispielsweise kann die Anpreßplatte und/oder die Druckplatte der Kupplung in die Baueinheit der elektrischen Maschi­ ne integriert werden, so daß die modulare Baueinheit mit den entsprechenden Teilen der Kupplung an das Antriebs- beziehungsweise Abtriebselement im ge­ samten montierbar ist.
Erfindungsgemäß kann die im Kraftfluß zwischen dem Antriebselement, bezie­ hungsweise deren Antriebswelle, und dem Eingangsteil der Kupplung angeord­ nete elektrische Maschine axial zwischen dem Antriebselement und der Kupplung oder zwischen der Kupplung und dem Abtriebselement untergebracht sein, wobei die kraftschlüssige Verbindung im letzeren Fall vorteilhafterweise über den Kupp­ lungsdeckel erfolgen kann.
Unter anderem ist zur Vermeidung von Schwingungsübertragungen und/oder der einfachen Montage wegen eine Ausgestaltung der Erfindung dahingehend vorteil­ haft, daß zwischen der modularen Baueinheit und der Kupplung der Kraftfluß über eine elastische Verbindung hergestellt wird, die lösbar sein kann, das heißt, daß es sich um eine Steckverbindung, Verzahnung oder dergleichen handeln kann. Die lösbare Verbindung kann vorteilhafterweise zwischen dem Rotor der elektri­ schen Maschine und dessen Lagerung vorgesehen und so ausgelegt sein, daß sie ein Axialspiel und/oder einen Radialversatz zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle ausgleichen kann. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die lösbare Verbindung elastisch ausgestaltet ist.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel kann mittels einer Steckverbindung gebildet werden, die aus einem an der Kupplung befestigten Ring besteht, der gleichmäßig über den Umfang verteilte Bohrungen aufweist, durch die Zapfen greifen, die axial in Richtung der Bohrungen ausgerichtet und über denselben Umfang verteilt an der elektrischen Maschine befestigt sind, wobei es ebenfalls vorteilhaft sein kann, den Ring an der elektrischen Maschine und die dazu komplementären Zapfen kupplungsseitig vorzusehen. Weiterhin kann es von Vorteil sein, den Ring ela­ stisch zu gestalten, um insgesamt eine elastische, lösbare Verbindung herzustel­ len, die auch oder zusätzlich mittels mit Hülsen versehener Bohrungen, mittels elastischem Material umkleideter und/oder elastisch ausgebildeter Zapfen vorge­ sehen sein kann. Zum besseren Halt der Zapfen in den Bohrungen bei axialer Belastung kann es weiterhin vorteilhaft sein, das Ende der Zapfen ballig zu ge­ stalten. Der die Bohrungen aufweisende Ring stellt den Kraftschluß zwischen Kupplung und elektrischer Maschine über die lösbare Verbindung her und kann dazu mittels Befestigungsmitteln - beispielsweise über den Umfang verteilter Nieten oder Schrauben - an einer flanschförmigen Aufnahme der elektrischen Maschine beziehungsweise der Kupplung befestigt sein, wobei die durch die Bohrungen des Rings hindurch ragenden Nieten ebenfalls ballig ausgeführt sein können und/oder die entsprechenden Bohrungen zur Befestigung des Rings ebenfalls entsprechend den Zapfendurchführungen elastisch ausgestaltet sein können, wobei zwischen dem Ring und der kupplungsseitigen beziehungsweise rotorseitigen Befestigung zumindest eine Blattfeder zwischengelegt sein kann, um beide Teile voneinander axial verlagerbar zu beabstanden. Die Zapfen der lösba­ ren Verbindung können mit der Kupplung beziehungsweise mit dem Lagerflansch des Rotors der elektrischen Maschine vernietet, verschraubt oder verstemmt sein.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungsmöglichkeit einer elastischen Verbindung zwischen dem Eingangsteil der Kupplung beziehungsweise der An­ triebswelle des Antriebselements kann über einen flexiblen Antriebsflansch erfol­ gen, der an einem Umfangsbereich - beispielsweise radial innen - mit der An­ triebswelle und an einem weiteren Umfangsbereich - beispielsweise radial außen mit der Kupplung und der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist, wobei der Antriebsflansch so ausgestaltet ist, daß er in Drehrichtung steif und in axialer Richtung flexibel ausgestaltet ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Antriebsflansch aus mindestens zwei dünnen, eng aneinander liegenden Blechen zusammengesetzt ist, wobei die Blechteile dünner als 1 mm vorzugsweise 0.3-0.7 mm dick sind.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Ausgestaltungsmuster sieht die elastische Ver­ bindung mittels zumindest einer am Rotor und an der Kupplung beziehungsweise am Rotor und an der Antriebswelle befestigten Blattfeder vor, wobei dadurch die Momentenübertragung in Drehrichtung bei axialer Flexibilität hergestellt wird. Vorteilhafterweise werden drei über den Umfang verteilte Blattfedern verwendet, die in Umfangsrichtung ausgerichtet sein können, wobei die Federwirkung in axiale Richtung erfolgt und eine andere Zahl von Verbindungen dieser Art über den Umfang verteilt je nach Applikation besonders vorteilhaft sein kann. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Blattfedern radial vorzugsweise annähernd mittig zwischen Rotor und der Lagerung des Rotors auf dem gehäusefest angebrachten Lagerflansch unterzubringen. Die zumindest eine Blattfeder kann an der Druck­ platte der Kupplung und am Lagerflansch des Rotors beidseitig vemietet sein, wobei sie mit der axialen Federwirkung den Rotor und die Druckplatte der Kupp­ lung axial beabstandet. Vorteilhaft kann es auch sein, die oben beschriebene Steckverbindung so auszugestalten, daß der die Zapfen aufnehmende Ring mit dem ihn aufnehmenden Bauteil mittels erfindungsgemäßer Blattfedern erfolgt, so daß ein axialer Spielraum vorteilhaft ausgeglichen werden kann, wobei die Blatt­ federn sich einerseits am Ring und andererseits an dem ihn aufnehmenden Bau­ teil abstützen.
Zur Freischaltung der elektrischen Maschine von Antriebs- und Abtriebselement kann eine zweite Kupplung in dem Antriebsstrang vorgesehen sein, wobei erfin­ dungsgemäß die zweite Kupplung eine Klauenkupplung sein kann, die vorteilhaf­ terweise drei unterscheidbare Zustände schalten kann. Dies können im einzelnen folgende Schaltzustände sein, wobei die erste Kupplung - die Schaltkupplung - das Antriebselement vom Abtriebselement abkoppelbar macht:
  • 1. das Antriebselement wird mit der elektrischen Maschine verbunden, das Ab­ triebselement ist vom Antriebselement getrennt,
  • 2. das Antriebselement ist von der elektrischen Maschine und vom Abtriebsele­ ment getrennt,
  • 3. das Antriebselement ist von der elektrischen Maschine getrennt, das Antriebs­ element ist mit dem Abtriebselement verbunden.
Die erste Position kann beispielsweise dafür vorgesehen sein, das Antriebsele­ ment direkt zu starten, wobei der Startvorgang über eine zwischen der elektri­ schen Maschine und dem Antriebselement anbringbare Dämpfungseinrichtung erfolgen kann. Weiterhin ist die Position 1 die Stellung für den regulären Fahrbe­ trieb, bei dem die elektrische Maschine angekoppelt ist und Strom erzeugt. Auch eine Unterstützung des Antriebselements durch die elektrische Maschine ist in dieser Stellung möglich. Die Beschaltung der elektrische Maschine wird dazu entsprechend gesteuert.
Die zweite Position kann zum Fortbewegen des Fahrzeugs mit der elektrischen Maschine genutzt werden und bei geschlossener Schaltkupplung kann das Fahr­ zeug mittels der elektrischen Maschine abgebremst werden, wobei elektrische Energie gewonnen und dem elektrischen Energiespeicher zugeführt werden (Re­ kuperation). Die zweite Position erlaubt weiterhin bei ausgerückter Schaltkupplung den Schwung-Nutz-Betrieb der elektrischen Maschine, die unabhängig von den Drehzahlen von Antriebs- und Abtriebswelle, nachdem sie durch Antriebs- oder Abtriebselement beschleunigt wurde, frei drehen und damit kinetische Energie für einen eventuell nachfolgenden Impulsstart speichern kann oder die kinetische Energie in elektrische Energie umwandeln kann, wobei der Rotor abgebremst wird und mit der Zeit zum Stillstand kommt.
In der dritten Position ist unter anderem ein Impulsstart des Antriebselements unter Ausnutzung der Rotationsenergie der elektrischen Maschine möglich. Dabei kann die als Hilfskupplung fungierende Klauenkupplung bei stehendem Antriebs­ element auf Position 3 das Abtriebselement auf Neutralposition geschaltet wer­ den. Bei genügender Drehzahl der elektrischen Maschine kann die Schaltkupp­ lung geschlossen werden und das Antriebselement unter Ausnutzung der Rotations­ energie der beschleunigten Schwungmassen des Rotors gestartet werden. Anschließend kann bei geschlossener Schaltkupplung die Hilfskupplung zum Fahrbetrieb mit dem Antriebselement ohne Synchronisation in die erste Position geschaltet werden. Auch ein Direktstart ist bei genügend starker Auslegung aus der Position 3 bei geschlossener Schaltkupplung und Neutralstellung des Abtriebs­ elements möglich.
Die Hilfskupplung kann mit einfachen Mitteln manuell, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigt werden, wobei auch eine Kombination der vorgenannten Mittel verwendet werden kann, da sie leichter als eine Reibungskupplung und bis auf die oben beschriebene, optionale Situation ohne Synchronisation betrieben werden kann. Vorteilhafterweise wird die Hilfskupplung ohne direkte Einwirkung des Fahrers automatisch nach den entsprechenden Anforderungen des Fahrbe­ triebs betätigt.
Die als Klauenkupplung wirkende Hilfskupplung kann vorteilhafterweise derart aufgebaut sein, daß sie - wie an sich bekannt - ein Schieber in eine Richtung betätigt, das heißt gezogen oder gedrückt, wird, wobei diese Betätigung entgegen der Wirkung eines Kraftspeichers, der beispielsweise eine auf der Antriebswelle angeordnete, in axiale Richtung wirkende Spiralfeder oder Schraubenfeder sein kann, erfolgt und somit eine Rückstellung erreicht wird. Zur Übertragung des an­ stehenden Moments greift der vorteilhafterweise auf der Antriebswelle drehfest und axial verschiebbar angeordnete Schieber mittels eines Außenprofils in ein Innenprofil der elektrischen Maschine oder der Abtriebswelle ein und bildet damit eine drehschlüssige Verbindung. Das Profil des Schiebers kann aus axial oder radial ausgerichteten Klauen bestehen, die vorzugsweise am Außenumfang des Schiebers angebracht sein können. Auch andere Profile beispielsweise eine Hirt- Verzahnung und/oder andere Bereiche beispielsweise radial innen können sich als vorteilhaft erweisen.
Nach dem erfinderischen Gedanken kann der Schieber in der dritten Position direkt in die Kupplungsscheibe, die wiederum mittels einer Verzahnung auf der Abtriebswelle drehfest angeordnet ist, oder direkt in einen weiteren, drehfest mit der Abtriebswelle verbundenes Bauteil einrasten.
Vorteilhaft kann es sein, im Kraftfluß zwischen der Antriebswelle und der elektri­ schen Maschine eine Dämpfungseinrichtung vorzusehen, die dann wirksam ist, wenn die Klauenkupplung auf Position 1 steht, also die elektrische Maschine mit dem Antriebselement über die Antriebswelle kraftschlüssig verbunden ist. Die Dämpfungseinrichtung mit zumindest einem zwischen einem Eingangsteil der elektrischen Maschine und einem Ausgangsteil der Antriebswelle wirksamen Kraftspeicher ist an sich bekannt und kann ein- oder mehrstufig ausgelegt sein und eine Reibeinrichtung enthalten. Dabei kann die Dämpfungseinrichtung so ausgelegt sein, daß in Verbindung mit der auf der Antriebswelle angeordneten Schwungrad als primärer Masse und dem Rotor als sekundärer Masse der Effekt eines in seiner Wirkungsweise an sich bekannten Zweimassenschwungrads ent­ steht. Beispielsweise können größere Verdrehwinkel als in herkömmlichen Dämpfungseinrichtungen zwischen Eingangs- und Ausgangsteil und/oder Bogen­ federn als Kraftspeicher, die auch gefettet sein können, vorgesehen sein.
Eine weitere, zweite Dämpfungseinrichtung kann zwischen den Reibbelägen und der Abtriebswelle zumindest aus einem entgegen der Relativverdrehung eines mit den Reibbelägen verbundenen Eingangsteils und eines mit der Abtriebswelle verbundenen Ausgangsteils wirksamen Kraftspeicher vorgesehen sein, wobei die Dämpfungswirkung vergleichsweise gering gegenüber der ersten, oben genann­ ten Dämpfungseinrichtung sein kann. Es kann sogar vorteilhaft sein, die zweite Dämpfungseinrichtung relativ starr zu gestalten, wobei die Dämpfungseinrichtung in erster Linie die Aufgabe hat, einen eventuellen Versatz zwischen Antriebs- und Abtriebswelle auszugleichen.
Vorteilhafterweise ist die Kupplungseinrichtung mit den beiden Kupplungen und vorzugsweise einschließlich der Dämpfungseinrichtung radial innerhalb der elek­ trischen Maschine untergebracht, wobei es weiterhin vorteilhaft sein kann, diese Bauteile auch auf die axiale Baulänge der elektrischen Maschine einzuschränken.
Ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang kann in einer Viel­ zahl von Betriebsmodi betrieben werden, beispielsweise kann durch die elektri­ sche Maschine im Schwung-Nutz-Betrieb gefahren, das Antriebselement kann von der elektrischen Maschine mit stillstehender oder rotierender elektrischer Maschi­ ne gestartet werden, die elektrische Maschine kann allein oder in Verbindung mit dem Antriebselement das Kraftfahrzeug fortbewegen und/oder das Kraftfahrzeug kann mittels Rekuperation abgebremst werden, wobei hier das Antriebselement abgekoppelt sein kann.
Die Erfindung wird anhand der Fig. 1-5 näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs,
Fig. 2 eine weitere Ausgestaltungsform einer lösbaren Verbindung eines in der Fig. 1 beschriebenen Antriebsstrangs, und
die Fig. 3 bis 5 weitere Ausgestaltungsformen eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
Fig. 1 beschreibt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebs­ strangs 1 mit einem nicht näher dargestellten Antriebselement und einer dazuge­ hörigen Antriebswelle 2, auf der eine Antriebsplatte 3 zentriert und drehfest mit­ tels Schrauben 2a befestigt ist, wobei die Antriebsplatte 3 axial elastisch sein kann, um Taumelbewegungen der Antriebswelle 2 auszugleichen. Radial außen an der Antriebsplatte 3 ist die Druckplatte 4 der Kupplung 5 verschraubt. An der der Antriebswelle 2 entgegengesetzten Seite ist an der Druckplatte 4 der Kupp­ lungsdeckel 6 radial außen verschraubt oder vernietet, wobei die Befestigungs­ mittel 3a, 6a der Antriebsplatte 3 und des Kupplungsdeckels 6 abwechselnd auf dem gleichen Umfang angebracht sind. Die Anpreßplatte 7 ist mittels am Kupp­ lungsdeckel 6 angebrachter Blattfedern 7a, die an einem radial äußeren Bereich der Anpreßplatte 7 über den Umfang verteilt an Anpreßplatte 7 und Kupplungs­ deckel 6 befestigt sind, gegen die Wirkung der Tellerfeder 8 axial verschiebbar befestigt, wobei die Blattfedern 7a ein Rückstellmoment entgegen der Tellerfeder 8 bewirken, wenn diese während eines Ausrückvorgangs die Anpreßplatte 7 ent­ lastet, wobei hierzu ein Ausrücker 9 mittels einer Schiebehülse 10 und dem Betä­ tigungshebel 11 axial verschoben wird. Axial zwischen Druckplatte 4 und Anpreß­ platte 7 ist der in seiner Funktionsweise an sich bekannte Torsionsschwingungs­ dämpfer 12 mit den Reibbelägen 13 und einem zweistufigen Dämpfer mit dem einen Hauptdämpfer 14 und einem Leerlaufdämpfer 15 sowie einer Reibeinrich­ tung 16 vorgesehen. Mittels einer Verzahnung 17 wird das von der Antriebswelle 2 eingeleitete Drehmoment an die Abtriebswelle 18, die aus Stabilitätsgründen in diesem Ausführungsbeispiel verdrehbar in der Antriebswelle 2 aufgenommen ist, und damit in ein nicht näher dargestelltes Abtriebselement beispielsweise ein Getriebe eingeleitet.
Am Innenumfang des kreisförmig ausgeschnittenen Kupplungsdeckels 6 sind auf gleichem Radius in Umfangsrichtung abwechselnd Befestigungsmittel 19 für die Tellerfeder 8 und für den Aufnahmering 21 für den Rotor 51 der axial zwischen der Kupplung 5 und dem Getriebegehäuse 70 angeordneten elektrischen Maschine 50 zur Bildung einer elastischen Steckverbindung 53 vorgesehen. Die Befesti­ gungsmittel 19 für die Tellerfeder 8 sind zu deren Aufnahme und Abstützung an sich bekannt. Die Befestigungsmittel 20 greifen durch Bohrungen im Aufnahme­ ring 21, wobei zum Ausgleich eines Versatzes zwischen der elektrischen Maschi­ ne 50 und der Antriebswelle 2 eine elastische Hülse 22 vorgesehen ist, die an dem balligen Ende 20a des Befestigungsmittels 20 radial erweitert ist, so daß in diesem Bereich ebenfalls eine elastische Kontaktfläche zum Aufnahmering 21 gebildet wird.
In Fig. 2 ist eine dazu alternative Befestigung des Aufnahmerings 21 am Kupp­ lungsdeckel 6 gezeigt. An dem Befestigungsmittel 20 ist eine Blattfeder 23 vorge­ sehen, die sich von den Befestigungsmitteln 20 aus betrachtet entgegen der Dreh­ richtung der Antriebswelle 2 erstreckt und mittels weiterer - nicht dargestellter - Befestigungsmittel wie zum Beispiel Nieten am Kupplungsdeckel 6 angebracht ist, so daß ein axialer Versatz zwischen dem Aufnahmering 21 und dem Kupplungs­ deckel 6 durch die Beaufschlagung der gleichmäßig über den Umfang verteilten Blattfedern 23 ausgeglichen wird, wobei zwischen drei und sechs Blattfedern 23 vorteilhaft sind. Ein radialer Versatz der An- und Abtriebswelle 2, 18 kann durch den Torsionsschwingungsdämpfer 12 ausgeglichen werden.
Wie im folgenden in Fig. 1 gezeigt sind am Ausnahmering 21 weitere über den Umfang verteilte, sich mit den Befestigungsmitteln 20 über den Umfang abwech­ selnde Zapfen 54 vorgesehen, die durch mit den Hülsen 55 aus elastischem Mate­ rial ausgekleidete Bohrungen des Aufnahmerings 21 greifen und auf der anderen Seite am Trägerflansch 56 des Rotors 51 angebracht sind, der hierzu mit Domen 56a zur Materialverstärkung ausgestattet ist. Die Zapfen 54 sind vorzugsweise mit dem Trägerflansch 56 vemietet und weisen an ihrem freien Ende eine konische Form auf, so daß sie bei der Montage sich leichter zentrieren.
Der Trägerflansch 56 ist an seinem Außenumfang axial in Richtung Kupplung 5 umgeformt und bildet dadurch eine Aufnahme 57 für den Rotor 51. Hierzu ist ein Anschlag 58 in der Aufnahme 57 angeprägt. Zur Abstützung des Rotors 51 auf der der Aufnahme 57 axial gegenüber liegenden Seite ist ein Hilfsflansch 59 mit einer entsprechenden Aufnahme 60 vorgesehen, an der ebenfalls eine als An­ schlag 61 dienende Anprägung vorgesehen ist. Der Hilfsflansch 59 ist mit dem Trägerflansch 56 an einem radial innerhalb der Aufnahme des Rotors 51 verlau­ fenden Umfang mittels Nieten 62 verbunden. An seinem Innenumfang ist der Trägerflansch 56 in axial in Richtung Getriebegehäuse 70 umgeformt und nimmt an der sich dabei bildenden inneren Ringfläche 63 eine Aufnahme für ein im we­ sentliche auf gleicher Höhe wie der axiale Mittelpunkt der elektrischen Maschine 50 angeordnetes Wälzlager 64, wodurch der Trägerflansch 56 verdrehbar auf dem Lagerflansch 71 gelagert ist, der am - nur angedeutet gezeigten - Getriebe­ gehäuse 70 mittels des Schraubenkreises 72 verbunden ist. Der Lagerflansch ist wie die Flansche 56, 60 ein Blechformteil und nimmt auf einer axial ausgeformten, sich in Richtung Kupplung erstreckenden, äußeren Ringfläche mit der Anformung 73 das Wälzlager 64 und somit den Trägerflansch 56 auf. Zur Befestigung am Getriebegehäuse 70 weist der Lagerflansch 71 eine radial nach außen verlaufen­ de Anformung 74 auf, die eine fensterförmige Ausnehmung 75 aufweist, damit der Betätigungshebel 11 durchgeführt werden kann.
Der Stator 52 der elektrischen Maschine 50 ist mit dem Verbindungsteil 52a, das die Kühlung der elektrischen Maschine 50 beinhalten kann, an einem Gehäuseteil 70a des Getriebes 70 verbunden, so daß sowohl Rotor 51 als auch Stator 52 gehäusefest angeordnet sind und somit der Spalt 51a der elektrischen Maschine 50 weitgehend unabhängig von Taumelbewegungen der Antriebswelle 2 sind, da ein Ausgleich dieser über die elastische Steckverbindung 53 beziehungsweise über die unter Fig. 2 beschriebenen Blattfedern 23 stattfindet.
Die Montage erfolgt in der Weise, daß die komplette Kupplung 5 mit Aufnahme­ ring 21 auf die Antriebswelle befestigt wird. Die bezüglich der Geometrie des Spalts 51a justierte elektrische Maschine 50 wird an das Getriebegehäuse 70 verschraubt, so daß die Endmontage von Antriebselement und Getriebe über die elastische Stechverbindung 53 ohne zusätzliche Hilfsmittel erfolgen kann. Eine Justierung der elektrischen Maschine während dieses Montageschritts entfällt.
Fig. 3 zeigt einen im wesentlichen mit dem Antriebsstrang 1 vergleichbaren Antriebsstrang 101 mit einer Antriebswelle 102, einer elektrischen Maschine 150, einer Kupplung 105 und einer Abtriebswelle 118. In diesem Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine 150 axial zwischen der Antriebswelle 102 und der Kupplung 105 untergebracht und auf einem Lagerflansch 171 gelagert. Der La­ gerflansch wiederum verläuft im Bereich seines äußeren Umfangs radial und ist mit an sich bekannten Mitteln am angedeuteten Gehäuse des Antriebselements befestigt. Der Stator 152 mit seinem Befestigungsflansch 152a, der gleichzeitig den Kühlkreislauf der elektrischen Maschine 150 aufnehmen kann und der daher vorteilhafterweise direkt mit dem Kühlkreislauf des Antriebselements verbunden werden kann, ist auf dem Lagerflansch drehfest aufgenommen. Eine nicht ge­ zeigte Ausführung sieht die Befestigung der elektrischen Maschine an dem An­ triebselement mittels des Befestigungsflansches 152a vor, wobei der Lagerflansch 171 nicht an dem Antriebselement sondern nur mit dem Befestigungsflansch 152a verbunden ist. Im Bereich des Innenumfangs ist an dem Lagerflansch 171 ein axial von der Antriebswelle 102 weg weisender Ring 171a ausgeformt, der auf seiner radial äußeren Ringfläche 171b zur Verbesserung dessen Taumeleigen­ schaften zwei Wälzlager 164 aufnimmt, die durch einen Sicherungsring 171c gesichert sind. Auf den beiden Wälzlagem 164 ist der vorzugsweise aus Gußma­ terial hergestellte Trägerflansch 156 mittels eines Ansatzes 156a aufgenommen und gelagert, wobei mittels eines an seinem Innenumfang vorgesehenen Stegs 156b die beiden Wälzlager 164 beabstandet werden. Der Außenumfang des Trägerflansches 156 ist als axial in beide Richtungen auf dem sich radial erstrecken­ den Teil des Trägerflansches 156 ausgerichtete Aufnahme 157 für den Rotor 151 ausgestaltet und weist axial in Richtung Kupplung 105 einen Anschlag 158 auf, so daß der Rotor 151 auf die sich bildende Ringfläche aufgezogen werden kann und an der axial gegenüberliegenden Seite mit einem Anschlagring 161 axial fixiert werden kann, wobei der Anschlagring 161 verschraubt, vemietet oder ver­ stemmt sein kann. Gegen radiale Verdrehung gegenüber dem Trägerflansch 156 ist der Rotor 156 mittels des Anschlagsrings 161 gegen den Anschlag 158 ver­ spannt oder auf den Trägerflansch 156 geschrumpft, verstemmt oder verschweißt.
Die elektrische Maschine 150, die nach dem Synchron-, Asynchron- oder Reluk­ tanzprinzip arbeiten kann, ist axial zwischen dem Antriebselement und der Kupp­ lung 105 untergebracht, wobei zur Optimierung des axialen Raumbedarfs die Druckplatte 104 ein Abschlußprofil 104 aufweist, das an die axiale Kontur der elektrischen Maschine 150 angepasst ist. Die Druckplatte 104 ist auf einem Ad­ apterstück 102a zentriert und verschraubt, das Adapterstück 102a überbrückt den von der elektrischen Maschine 150 beanspruchten axialen Bauraum und ist mit der Kurbelwelle 102 verschraubt.
Der Kraftschluß zwischen elektrischer Maschine 150 und der Antriebswelle 102 erfolgt zwischen der Druckplatte 104 und dem Trägerflansch 156 mittels der Blattfedern 123, die radial zwischen der Aufnahme 107 und dem Ansatz 156a mittels über den Umfang verteilter Nieten 120 an dem Trägerflansch 156 befestigt sind und entgegen der Drehrichtung der Antriebswelle 102 ausgerichtet und radial auf gleicher Höhe oder radial innerhalb der Nieten 120 mit der Druckplatte 104 mittels der Nieten 120a befestigt sind. Vorzugsweise werden drei Blattfedern 123 verwendet. Die Blattfedern 123 dienen zum Ausgleich der Taumelschwingungen der Antriebswelle 102, so daß die elektrische Maschine von diesen isoliert und der Spalt 151a während des Betriebs des Antriebsstrangs 101 weitgehend konstant bleibt.
Die Montage des Antriebsstrangs 101 erfolgt vergleichbar mit dem Antriebsstrang 1 in der Weise, daß eine komplett vormontierte elektrische Maschine 150 einge­ setzt wird, die als Zusatz die Druckplatte 104 enthält. Nach der Montage des Ad­ apterstücks 102a wird die Druckplatte 104 mit dem Adapterstück 102a ver­ schraubt und der Lagerflansch 171 mit dem Gehäuse 170 des Antriebselements verbunden. Zum Schluß wird der Torsionsschwingungsdämpfer 112 und der Kupplungsdeckel 106 montiert. Die Getriebeeingangswelle 118 wird durch ein Gleitlager 102b im Adapterstück 102a zentriert.
Fig. 4 zeigt einen mit dem Antriebsstrang 101 ähnlichen Antriebsstrang 201 mit einer axial zwischen dem Antriebselement, von dem nur ein Gehäuseteil 270 angedeutet ist, und der Kupplung 205 angeordneten elektrischen Maschine 250. Im Unterschied zum Antriebsstrang 101 in Fig. 3 ist die Lagerung von Lager­ flansch 271 und Trägerflansch 256 aufeinander so, daß die Wälzkörper 264 an dem Außenumfang des angeformten Lageransatzes 271a aufgezogen und mit einem umlaufenden Steg 271b beabstandet sind. Der Trägerflansch 256 nimmt die Wälzkörper 264 auf einer axial angeformten Aufnahme 256a mit einem Axialanschlag 256b an seinem Außenumfang auf und erstreckt sich annähernd radial nach außen, wobei dessen radial äußerer Bereich axial in Richtung Kupp­ lung 205 so abgekantet ist, daß ein axial ausgerichteter, mit dem Trägerflansch 256 in Richtung Antriebselement verschweißter Aufnahmering 257 im wesentli­ chen auf gleicher axial Höhe wie die Wälzkörper 264 angeordnet werden kann. Ein Axialanschlag 258 des Rotors 251 ist an dem Trägerflansch vorgesehen. Der Rotor 251 wird nach dem Aufziehen auf den Aufnahmering 257 axial und radial mittels einer Verstemmung gesichert und/oder aufgeschrumpft.
Der Kraftschluß zwischen Antriebswelle 202 und den nachgeordneten Aggregaten wie der Kupplung 205 und der elektrischen Maschine erfolgt mittels eines flexiblen Antriebsblechs 223, das am Kurbelwellenadapter 202a, das zur Überbrückung des axialen Raumbedarfs der elektrischen Maschine 250 dient, verschraubt und damit mit der Antriebswelle verbunden ist. Das flexible Antriebsblech 223 besteht aus mehreren dünnen Blechen einer Stärke von vorzugsweise 0,3 mm und ist zum Zwecke der Eliminierung von Taumelschwingungen der Antriebswelle 202 axial flexibel ausgestaltet. Radial außen ist ein Lochkreis vorgesehen, in den Nieten 220 eingreifen, die einerseits mit dem Trägerflansch 256 und andererseits mit der Druckplatte 206 der Kupplung 205 radial innerhalb deren Reibflächen 206a ange­ bracht sind. Hierdurch entsteht ein Antriebsstrang 201, bei dem sowohl die elektri­ sche Maschine 250 als auch die Kupplung 205 von Taumelschwingungen der Kurbelwelle 202 isoliert ist. Die Abtriebswelle 218 ist in diesem Ausführungsbei­ spiel nicht auf der Antriebswelle 202 zentriert.
Die Befestigung des Lagerflansches 271, an dem der Stator 252 mittels des Hilfsflansches 252a befestigt ist, kann am Motorgehäuse 270 entweder über den Hilfsflansch 252 oder mittels einer direkten Verbindung erfolgen, wobei bekannte Verbindungsmethoden wie eine Verschraubung, Vernietung oder dergleichen eingesetzt werden.
Die Montage erfolgt wie beim Ausführungsbeispiel 101 in Fig. 3 beschrieben, wobei anstatt der Druckplatte 105 im Antriebsstrang 201 die flexible Antriebsplatte 223 mit dem Kurbelwellenadapter 223 verschraubt wird.
In Fig. 5 ist ein Antriebsstrang 301 mit einer elektrischen Maschine 350 darge­ stellt, die radial außerhalb der Kupplung 305 angeordnet ist. An einem angedeu­ teten Gehäuse 370 ist der Lagerflansch 371 sowie der Hilfsflansch 352a befestigt, der einen Kühlmantel 352b mit einem Kühlmittelzufluß 352c sowie einen nicht dargestellten Kühlmittelabfluß zur Kühlung der elektrischen Maschine 350 auf­ weist. Der Stator der elektrischen Maschine 350 ist mit dem Hilfsflansch 352a verbunden. Am Innenumfang des Lagerflansches 371 ist eine Aufnahme 371a vorgesehen, auf der unter Zwischenlegung der Wälzkörper 363 der Trägerflansch 356 mittels einer axial ausgerichteten Aufnahme 356a, die einen umlaufenden Steg 356b zur Beabstandung der Wälzkörper 363 an seinem Innenumfang auf­ weist, angeordnet ist. Im weiteren radialen Verlauf nach außen ist in dem Träger­ flansch 356 eine weitere axial in Richtung Kupplung 305 ausgerichtete Aufnahme 357 vorgesehen, die an ihrem Außenumfang den Rotor 351 aufnimmt und an deren axialer Stirnseite die Druckplatte 304 sowie der Kupplungsdeckel 306 der Kupplung 305 verschraubt ist. Radial innerhalb der Aufnahme 357 ist mittels über den Umfang verteilter Nieten 320 eine Torsionsschwingungsdämpfer 312 mit einem Ausgangsteil 312a eingehängt. Das Eingangsteil 312b des Torsions­ schwingungsdämpfers 312 ist mittels über den Umfang verteilten Klauen 312c mit einem Schieber 315 mit entsprechenden Klauen 315a verbindbar, der auf der Antriebswelle 302 gelagert und mittels einer Verzahnung 315b mit der Antriebs­ welle 302 drehschlüssig verbunden ist.
Der Schieber 315 ist mittels einer in einer hohl gebohrten Abtriebswelle 318 vor­ gesehen Schubstange 318a entgegen der Wirkung einer auf der Antriebswelle 302 vorgesehenen Schraubenfeder 315c verschiebbar, wobei die Schubstange manuell oder durch einen hydraulischen, pneumatischen, elektrischen und/oder mechanischen Aktor betätigt werden kann. Wird der Schieber 315 aus der mit "1" markierten, soeben beschriebenen Position in die Position "2" verschoben, tritt keine Wechselwirkung des Schiebers 315 und damit der Antriebswelle 302 mit einem anderen Aggregat ein. In der Position "3" wird durch den Schieber 315 eine direkte, drehschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle 302 und der Kupplungsscheibe 313, bei der dazu entsprechende Klauen 313a an deren In­ nenumfang ausgebildet sind. Die Kupplungsscheibe 313 mit den an ihrem Außen­ umfang angeordneten Reibbelägen 313b bildet mit der Anpreßplatte 307 und Druckplatte 304 eine abkoppelbare Verbindung zwischen der elektrischen Ma­ schine und der Abtriebswelle, wobei die Kupplungsscheibe 313 auf der Abtriebs­ welle 318 zentriert und mit einer Verzahnung 318b drehschlüssig verbunden ist. Ein Dämpfer 313c kleiner Kapazität dient als Leerlaufdämpfer und/oder als radia­ ler Versatzausgleich zwischen Antriebswelle 302 und Abtriebswelle 318. Die Kupplung 305 steht in geschlossenen Zustand im Wirkeingriff der Tellerfeder 308. Zum Öffnen der Kupplung wird die Tellerfeder 308 durch den Ausrücker 309 wei­ ter gespannt und die Kupplung 305 wird durch die mit zunehmendem Ausrückweg des Ausrückers 309 abnehmende Federrate der Tellerfeder 308 ausgerückt. Der Ausrücker 309 ist mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, elektrisch und/oder mit ähnlichen Mitteln betätigbar. Ausrücker 309 und Schubstange 318a können in Form von Steuerprogrammen automatisch unabhängig oder abhängig voneinan­ der angesteuert werden und Teil eines Steuermanagements für das gesamte Kraftfahrzeug sein, das für eine sportliche und/oder ökonomische Fahrweise aus­ gelegt sein kann.
Das Aggregat bestehend aus elektrischer Maschine 350 und radial innerhalb angeordneter Kupplung 305 ist fertig vormontierbar und wird auf die Antriebswelle 302 geschoben, an der eine Schwungmasse 302a vorgesehen ist, und mit dem Gehäuse 370 verschraubt. Anschließend wird das Abtriebselement an das An­ triebselement montiert. Die elektrische Maschine 350 ist abtriebsseitig von einem Gehäuse 350a umgeben, das auf der Abtriebswelle 318 mittels eines Wälzlagers 350b gelagert ist.
Nachfolgend wird die Funktion des Antriebsstrangs 301 näher erläutert. Der An­ triebsstrang 301 ist als Zweimassenschwungrad tauglich, da die primäre Schwungmasse 302a in Verbindung mit dem Torsionsschwingungsdämpfer 312, der dafür entsprechend ausgelegt sein kann, beispielsweise mit einem größeren Verdrehwinkel und/oder Bogenfedern 312d, und die sich aus der Masse des Ro­ tors 351 und den umlaufenden Massen der Kupplung 305 zusammensetzenden sekundären Schwungmasse diese Funktion erfüllen.
Weiterhin kann durch die Variation des Schiebers 315 in Verbindung mit der Kupplung 305 eine Vielzahl von Fahrzuständen erreicht werden, die bezüglich einer optimierten Fahrweise viele Vorteile aufweisen.
Bei der Stellung des Schiebers in Position "1" ist die Antriebswelle 302 und somit das Antriebselement direkt über den Torsionsschwingungsdämpfer 312 mit der elektrischen Maschine 350 verbunden, das heißt, daß bei dieser Position das Fahrzeug mit der Reibungskupplung 305 wie an sich bekannt fahrbar ist, wobei die elektrische Maschine 350 als Stromgenerator mitläuft, sofern dies gewünscht ist. Ist der Betrieb als Stromgenerator nicht gewünscht, wird sie vom Stromnetz getrennt und läuft im Leerlauf mit oder sie wird zu Teillastzwecken entsprechend abgeregelt. Weiterhin kann in der Position "1" des Schiebers 315 das Antriebs­ element in konventioneller Weise angeworfen werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Dämpfungseinrichtung 312 zwischengeschaltet ist. Vorteilhaft bei der Verwendung weniger steifer Bogenfederelemente 312d kann sein, daß die elektri­ sche Maschine 350 zuerst entgegen der Wirkung der Bogenfedern 312d gedreht wird und danach mit der unterstützenden Kraft dieser nach Umkehr des Drehsinns der elektrischen Maschine 350 und der Zuführung von elektrischer Energie durch diese das Antriebselement gestartet wird. Hierzu muß die Kupplung 305 offen und der Schieber 315 in Position "1" stehen oder die Neutralstellung des Abtriebs­ elements eingelegt und der Schieber in Position "3" sein. Vorteilhaft kann es sein, wenn diese Vorgänge automatisch von einem Fahrzeugmanagement übernom­ men werden. Weiterhin kann die elektrische Maschine in der Position "1" das Antriebselement als sogenannter "booster" im Vortrieb unterstützen.
In der Position "2" des Schiebers 315 ist die Antriebswelle 302 vom übrigen An­ triebsstrang 301 getrennt, das heißt, in dieser Position ist ein elektrischer Antrieb des Fahrzeugs möglich, wobei die Kupplung 305 wie im konventionellen Fall mit dem Antriebselement als Vortriebsquelle betätigbar ist. Eine weitere Möglichkeit ist bei geschlossener Kupplung 315 eine Rekuperation, das heißt, daß das Fahr­ zeug abgebremst wird und dabei die elektrische Maschine 350 als Stromgenerator eingesetzt wird. Vorteilhafterweise wird dabei automatisch oder manuell ein klei­ ner Gang eingelegt. Zusätzlich kann in der Position "2" und geöffneter Kupplung 305 die elektrische Maschine im Schwung-Nutz-Betrieb elektrische Energie er­ zeugen, wenn sie zuvor durch das An- oder Abtriebselement beschleunigt wurde oder sie kann im Leerlauf drehen, um später die kinetische Energie für einen Impulsstart der Antriebsquelle zu nutzen.
In der Position "3" des Schiebers 315 ist die Antriebswelle 302 direkt mit der Ab­ triebswelle 318 drehschlüssig verbunden. Bei geschlossener Kupplung 305 und bei Neutral-Stellung des Abtriebselements kann in dieser Position das Antriebs­ element ohne Zwischenschaltung des Dämpfers 312 direkt gestartet werden. Auch ein Impulsstart ist möglich, wenn bei geöffneter Kupplung 305 die elektrische Maschine 350 beschleunigt wird und danach die Kupplung 305 geschlossen wird.
Der Schieber 315 wird bei seinen Schaltvorgängen nicht synchronisiert, da die Schaltvorgänge von den Positionen "1" nach "3" und "3" nach "1" in der Regel bei geschlossener Kupplung 305 und damit gleicher Drehzahl zwischen Antriebswelle 302 und Abtriebswelle 318 oder bei stehenden Wellen 302, 318 erfolgen, so daß die entsprechenden Schaltgeräusche vernachlässigbar sind, wobei die Klauen 312c, 313a, 315a zum Zwecke eines geräuscharmen Ineinandergreifens optimiert sein können, beispielsweise durch Anphasen der Kanten, durch Beschichten und/oder eine geeignete Auswahl der Klauengeometrie, beispielsweise durch Verwendung einer Hirt Verzahnung.
Folgende deutsche Patentanmeldungen sind in die vorliegende Anmeldung voll inhaltlich aufgenommen:
DE 199 16 936.5, DE 199 25 332.3, DE 198 15 417.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor­ schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbil­ dung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweili­ gen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfin­ dungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Erfindung ist auch nicht auf (das) die Ausführungsbeispiel(e) der Beschrei­ bung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abände­ rungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Be­ schreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschrit­ ten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegen­ stand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (68)

1. Antriebsstrang oder Bauteil hierfür, insbesondere für ein Kraftfahrzeug im Zusammenhang mit einer Brennkraftmaschine und/oder einem Getriebe und zumindest einem in den Anmeldungsunterlagen offenbarten, zusätzlichen Element.
2. Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zumindest bestehend aus einem Antriebselement, wie einer Brennkraftmaschine mit einer Antriebswelle, wie einer Kurbelwelle, einem Abtriebselement, wie einem Getriebe mit einer Abtriebswelle, wie einer Getriebeeingangswelle sowie einer elektrischen Ma­ schine, bestehend aus einem mit dem Gehäuse des Antriebs- oder Abtriebs­ elements drehfest verbundenen Stator und einem mittels zumindest einer im Kraftfluß zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle vorgesehenen Kupplung abkoppelbaren Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine als modulare Baueinheit montierbar ist.
3. Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zumindest bestehend aus einem Antriebselement, wie einer Brennkraftmaschine mit einer Antriebswelle, wie einer Kurbelwelle, einem Abtriebselement, wie einem Getriebe mit einer Abtriebswelle, wie einer Getriebeeingangswelle sowie einer elektrischen Ma­ schine, bestehend aus einem Stator und einem Rotor, wobei die elektrische Maschine mittels zumindest zweier vorgesehenen Kupplungen vom Antriebs­ element und/oder vom Abtriebselement abkoppelbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest eine der beiden Kupplungen eine Klauenkupplung ist.
4. Antriebsstrang, insbesondere nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor auf einem an einem Gehäuseteil des Antriebsele­ ments und/oder des Abtriebselements vorgesehenen Lagerflansch angeordnet ist.
5. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem Rotor und dem Stator der elektrischen Maschine gebildeter Spalt vor der Montage eingestellt wird.
6. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine radial innen oder radial außen auf dem Lagerflansch gelagert ist.
7. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Stator und Rotor der elektrischen Maschine auf einem gemeinsamen Flansch oder auf getrennten Flanschen angeordnet sind, wobei zumindest ein Flansch am Gehäuse des Antriebs- oder Abtriebsele­ ments befestigt ist und der Rotor gegenüber dem Stator verdrehbar gelagert ist.
8. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Flansch eine an sich eine radiale Erstreckung aufweist und im Bereich seines Innendurchmessers in axiale Richtung zur Ausbildung eines Lagerrings ausgeformt ist.
9. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Flansch am äußeren Um­ fang eine sich axial erstreckende Aufnahme aufweist, auf der der Rotor bezie­ hungsweise der Stator untergebracht ist.
10. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Flansch aus Blechformteilen besteht und/oder die Aufnahme und die Lagerringe aus den Blechteilen ange­ formt sind.
11. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme aus einem zweiten, mit dem er­ sten Flansch verbundenen Flansch gebildet ist.
12. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme aus Anformungen des ersten und eines zweiten Flansches, der mit dem ersten Flansch verbunden ist, gebildet werden, wobei die Anformungen der beiden Flansche einander entgegenge­ setzt in axiale Richtung ausgebildet sind.
13. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Flansch im Querschnitt L-förmig ist und ein Schenkel als Aufnahme für den Rotor dient.
14. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten Flansch ein sich axial erstrecken­ der Ring, der die Aufnahme für den Rotor bildet, verbunden ist.
15. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine im Kraftfluß zwischen Antriebselement und Kupplung oder zwischen Kupplung und Abtriebselement vorgesehen ist.
16. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der modularen Baueinheit zusätzlich ein Teil der Kupplung zugeordnet ist.
17. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der der modularen Baueinheit zugeordnete Teil der Kupplung eine Anpressplatte oder Druckplatte ist.
18. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kraftfluß zwischen Antriebswelle und ei­ nem Eingangsteil der Kupplung angeordnete elektrische Maschine axial zwi­ schen der Kupplung und dem Abtriebselement oder zwischen dem Antriebs­ element und der Kupplung untergebracht ist.
19. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der modularen Baueinheit und einem Bauteil der Kupplung der Krafttluß über eine elastische Verbindung hergestellt wird.
20. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindung lösbar ist.
21. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung radial zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dessen Lagerung vorgesehen ist.
22. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung einen Radial- und/oder Axialversatz zwischen Antriebs- und Abtriebselement zuläßt.
23. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung aus einer Steckverbin­ dung, Verzahnung oder dergleichen besteht.
24. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung elastisch ausgestaltet ist.
25. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung aus einem an der Kupp­ lung befestigten Ring mit gleichmäßig über den Umfang verteilten Bohrungen, durch die sich axial erstreckende Zapfen, die dazu komplementär an der elek­ trischen Maschine befestigt sind, greifen, besteht.
26. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring der lösbaren Verbindung elastisch ausgestaltet ist.
27. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrungen enthaltende Ring an der elektri­ schen Maschine und die dazu komplementären Zapfen an der Kupplung vor­ gesehen sind.
28. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen mit einer elastisch verformbaren Hülse ausgekleidet sind.
29. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen an ihrem Ende ballig ausgeformt sind.
30. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring mittels über den Umfang verteilter Be­ festigungsmittel an einer flanschförmigen Aufnahme der elektrischen Maschine beziehungsweise der Kupplung befestigt ist.
31. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Nieten und den für diese vorge­ sehenen Bohrungen im Ring jeweils eine elastisch verformbare Hülse vorge­ sehen ist.
32. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ring und der flanschförmigen Aufnahme wenigstens eine mittels wenigstens einer Niete befestigten Blattfe­ der vorgesehen ist, die den Ring und die flanschförmige Aufnahme gegen eine ballige Ausformung am Ende der wenigstens einen Niete beabstandet.
33. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftfluß vom Antriebselement auf die Kupplung und/oder die elektrische Maschine mittels eines flexiblen Antriebs­ flansches erfolgt.
34. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Antriebsflansch aus zumindest 2 eng aufeinander liegenden, eine flexible Einheit bildenden Blechteilen gebildet ist.
35. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechteile dünner als 1 mm vorzugsweise 0.3 bis 0.7 mm dick sind.
36. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindung mittels zumindest ei­ ner am Rotor und an der Kupplung beziehungsweise am Rotor und an der An­ triebswelle befestigten Blattfeder hergestellt wird.
37. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung der zumindest einen Blattfeder vorwiegend in Umfangsrichtung und der Wirkbereich der Blattfeder in axiale Richtung erfolgt.
38. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der zumindest einen Blattfeder radial zwischen dem Rotor und der Lagerung des Rotors auf dem gehäusefe­ sten Flansch erfolgt.
39. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenkupplung drei unterscheidbare Zu­ stände schaltet.
40. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenkupplung zumindest einen der nach­ folgenden Zustände schaltet, wobei die Schaltkupplung die elektrische Ma­ schine von dem Abtriebselement abkoppelbar macht:
  • a) das Antriebselement wird mit der elektrischen Maschine verbunden, das Abtriebselement ist vom Antriebselement getrennt,
  • b) das Antriebselement ist von der elektrischen Maschine und vom Abtriebs­ element getrennt,
  • c) das Antriebselement ist von der elektrischen Maschine getrennt, das An­ triebselement ist mit dem Abtriebselement verbunden.
41. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenkupplung manuell, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder in einer Kombination der vorgenannten betätigt wird.
42. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenkupplung einen in zumindest drei Po­ sitionen schaltbaren Schieber aufweist, der drehfest und axial verschiebbar mit der Antriebswelle verbunden ist.
43. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber entgegen der Wirkung eines Kraftspeichers betätigt wird.
44. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher aus einer Druck- oder Zugfe­ der besteht.
45. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber in beide Richtungen geführt wird.
46. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung des Kraftspeichers axial in Rich­ tung des Antriebs- oder Abtriebselements erfolgt.
47. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber mittels eines Profils mit einem zu diesem Profil komplementären Profil der elektrischen Maschine oder einem Bauteil des Abtriebselements eine drehschlüssige Verbindung bildet.
48. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil im Bereich des Außenumfangs des Schiebers angeordnet ist.
49. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil aus axial oder radial ausgerichteten Klauen besteht.
50. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile des Abtriebselements eine Kupp­ lungsscheibe, die Abtriebswelle oder dergleichen ist.
51. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen des Schiebers radial oder axial die drehfeste Verbindung bilden.
52. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kraftfluß zwischen der Antriebswelle und der elektrischen Maschine eine Dämpfungseinrichtung zwischengeschaltet wird.
53. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung wirksam ist, wenn die Klauenkupplung die elektrische Maschine und die Antriebswelle verbindet.
54. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung zumindest einstufig ausgebildet ist und zumindest aus einem entgegen der Relativverdrehung ei­ nes mit der Antriebswelle verbundenen Eingangsteils und eines mit der elektri­ schen Maschine verbundenen Ausgangsteils wirksamen Kraftspeicher besteht.
55. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung eine Reibeinrichtung aufweist.
56. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung zwischen einem Schwungrad des Antriebselements als primärer Masse und dem Rotor der elektrischen Maschine als sekundärer Masse wirksam ist.
57. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anordnung als Zweimassenschwungrad vorgesehen ist.
58. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Reibbeläge der Kupplung drehfest mit der Ab­ triebswelle verbunden sind.
59. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Reibbelägen und der Abtriebs­ welle eine Dämpfungseinrichtung mit zumindest aus einem entgegen der Re­ lativverdrehung eines mit den Reibbelägen verbundenen Eingangsteils und ei­ nes mit der Abtriebswelle verbundenen Ausgangsteils wirksamen Kraftspei­ cher besteht.
60. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung einen Versatz zwi­ schen Antriebs- und Abtriebswelle ausgleicht.
61. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung radial innerhalb der elektrischen Maschine untergebracht ist.
62. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung und die Dämpfungseinrichtung ra­ dial innerhalb der elektrischen Maschine untergebracht ist.
63. Antriebsstrang, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kupplung und Dämpfungseinrichtung höchstens die axiale Ausdehnung der elektrischen Maschine aufweisen.
64. Kraftfahrzeug insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine als Schwung-Nutz- Einrichtung vorgesehen ist.
65. Kraftfahrzeug insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement von der elektrischen Ma­ schine mit stillstehender oder rotierender elektrischer Maschine gestartet wird.
66. Kraftfahrzeug insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine das Kraftfahrzeug al­ lein oder in Verbindung mit dem Antriebselement fortbewegt.
67. Kraftfahrzeug insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftfahrzeug mittels Rekuperation abge­ bremst wird.
68. Kraftfahrzeug insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Phase der Rekuperation das An­ triebselement abgekoppelt ist.
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