DE19981601B4

DE19981601B4 - Antriebsstrang

Info

Publication number: DE19981601B4
Application number: DE19981601.8T
Authority: DE
Inventors: Laszlo Man; Guido Rudkoski; Rolf Meinhard; Christophe Schwartz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: WO2000010827A3; DE19937545A1; AU6463199A; WO2000010827A2; JP2002523275A; DE19981601D2; FR2782479B1; FR2782479A1

Abstract

Antriebsstrang (1; 101; 201; 301), mit: einem Antriebselement mit einer Antriebswelle (2; 102; 202; 302), einem Abtriebselement mit einer Abtriebswelle (18; 118; 218; 318) und einer elektrischen Maschine (50; 150; 250; 350), die einen mit einem Gehäuse (70; 170; 270; 370) des Antriebs- oder Abtriebselements drehfest verbundenen Stator (52; 152; 252; 352) und einen mittels zumindest einer im Kraftfluss zwischen Antriebswelle (2; 102; 202; 302) und Abtriebswelle (18; 118; 218; 318) vorgesehenen Kupplung (5; 105; 205; 305) abkoppelbaren Rotor (51; 151; 251; 351) aufweist, wobei die elektrische Maschine (50; 150; 250; 350) als modulare Baueinheit montierbar ist, der Rotor (51; 151; 251; 351) auf einem an dem Gehäuse (70; 170; 270; 370) befestigten Lagerflansch (71; 171; 271; 371) angeordnet ist, und der Rotor (51; 151; 251; 351) gegenüber dem Stator (52; 152; 252; 352) verdrehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (50; 150; 250; 350) in einem Kraftfluss zwischen Antriebselement und Kupplung (5; 105; 205; 305) oder zwischen Kupplung (5; 105; 205; 305) und Abtriebselement vorgesehen ist.

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 der DE 29 25 219 A1 , der DE 29 25 675 A1 und der DE 30 13 424 A1 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.
Aus der WO 96/06749 A1 ist ein Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Bezüglich weiteren Standes der Technik wird auf die DE 37 37 192 A1 verwiesen.
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.
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug besteht 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, wobei die elektrische Maschine einen mit dem Gehäuse des Antriebs- oder Abtriebselements drehfest verbundenen Stator und einen mittels zumindest einer im Kraftfluss zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle vorgesehenen Kupplung abkoppelbaren Rotor aufweist. Die elektrische Maschine ist auf einem gehäusefest angebrachten Lagerflansch gelagert und/oder als modulare Baueinheit montierbar. Ein Antriebsstrang sieht zumindest zwei Kupplungen vor, 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 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 beiden Gehäusen gleichzeitig erfolgen. Dabei kann die elektrische Maschine radial innerhalb oder radial außerhalb auf dem Lagerflansch gelagert sein. Zur Sicherung 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 – beispielsweise eine Gleitlagerung – zu verwenden. Gegen axialen Versatz des bzw. der Kugellager kann ein Sicherungsring vorgesehen sein.
Rotor und Stator können auf einem gemeinsamen oder auf getrennten Flanschen untergebracht sein, wobei zumindest ein Flansch gehäuseseitig angebracht ist und Rotor und Stator gegeneinander verdrehbar gelagert sind. Die unmittelbare räumliche Zuordnung der Lagerung von Rotor und Stator, beispielsweise auf einem gemeinsamen Flansch, kann deswegen 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 vorgesehen werden, die im Bereich ihres Innendurchmessers einen Lagerring oder Ansatz ausbilden, der sich in axiale Richtung erstreckt und hier den Rotor und gegebenenfalls den Stator aufnehmen kann. Am äußeren Umfang des Lagerrings können Mittel zum Befestigen des Flansches am Gehäuse – beispielsweise Laschen – vorgesehen sein. Vorteilhaft kann auch die Ausbildung eines Lagerrings am Außenumfang des Lagerflansches und dessen Befestigung am seinen Innenumfang sein. Zweckmäßigerweise können die Flansche aus entsprechend geformten Blechteilen gebildet sein. Beispielsweise können Lagerring und Befestigungsmittel mittels Blechbearbeitungsmethoden angeformt sein, so dass der Flansch einstückig aus Blech hergestellt werden kann. Weiterhin kann die Aufnahme des Rotors oder des Stators auf einem Flansch aus einem weiteren ringförmigen Flansch gebildet sein, der mit dem Lagerflansch mittels Nieten, Schrauben, einer Verstemmung oder dergleichen verbunden wird. So kann beispielsweise 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 Umfang 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 verlaufenden 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.
Die elektrische Maschine ist als Baueinheit im Kraftfluss zwischen Antriebselement und einer Kupplung, die das Antriebselement 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 Maschine integriert werden, so dass die modulare Baueinheit mit den entsprechenden Teilen der Kupplung an das Antriebs- beziehungsweise Abtriebselement im gesamten montierbar ist.
Die im Kraftfluss zwischen dem Antriebselement, beziehungsweise deren Antriebswelle, und dem Eingangsteil der Kupplung angeordnete elektrische Maschine kann axial zwischen dem Antriebselement und der Kupplung oder zwischen der Kupplung und dem Abtriebselement untergebracht sein, wobei die kraftschlüssige Verbindung im letzteren Fall vorteilhafterweise über den Kupplungsdeckel erfolgen kann.
Unter anderem ist zur Vermeidung von Schwingungsübertragungen und/oder der einfachen Montage wegen vorteilhaft, 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 elektrischen 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 elastisch zu gestalten, um insgesamt eine elastische, lösbare Verbindung herzustellen, die auch oder zusätzlich mittels mit Hülsen versehener Bohrungen, mittels elastischem Material umkleideter und/oder elastisch ausgebildeter Zapfen vorgesehen sein kann. Zum besseren Halt der Zapfen in den Bohrungen bei axialer Belastung kann es weiterhin vorteilhaft sein, das Ende der Zapfen ballig zu gestalten. 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 lösbaren Verbindung können mit der Kupplung beziehungsweise mit dem Lagerflansch des Rotors der elektrischen Maschine vernietet, verschraubt oder verstemmt sein.
Eine elastische Verbindung zwischen dem Eingangsteil der Kupplung beziehungsweise der Antriebswelle des Antriebselements kann über einen flexiblen Antriebsflansch erfolgen, der an einem Umfangsbereich – beispielsweise radial innen – mit der Antriebswelle 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 Ausgestaltungsmuster sieht die elastische Verbindung mittels zumindest einer an dem Rotor und an der Kupplung beziehungsweise an dem 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 Druckplatte der Kupplung und am Lagerflansch des Rotors beidseitig vernietet sein, wobei sie mit der axialen Federwirkung den Rotor und die Druckplatte der Kupplung 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 Blattfedern erfolgt, so dass ein axialer Spielraum vorteilhaft ausgeglichen werden kann, wobei die Blattfedern sich einerseits an dem Ring und andererseits an dem ihn aufnehmenden Bauteil abstützen.
Zur Freischaltung der elektrischen Maschine von Antriebs- und Abtriebselement kann eine zweite Kupplung in dem Antriebsstrang vorgesehen sein, wobei die zweite Kupplung eine Klauenkupplung sein kann, die vorteilhafterweise drei unterscheidbare Zustände schalten kann. Dies können im Einzelnen folgende Schaltzustände sein, wobei die erste Kupplung – die Schaltkupplung – das Antriebselement von dem Abtriebselement abkoppelbar macht:

1.) das Antriebselement wird mit der elektrischen Maschine verbunden, das Abtriebselement ist von dem Antriebselement getrennt,
2.) das Antriebselement ist von der elektrischen Maschine und von dem Abtriebselement getrennt,
3.) das Antriebselement ist von der elektrischen Maschine getrennt, das Antriebselement ist mit dem Abtriebselement verbunden.

Die erste Position kann beispielsweise dafür vorgesehen sein, das Antriebselement direkt zu starten, wobei der Startvorgang über eine zwischen der elektrischen Maschine und dem Antriebselement anbringbare Dämpfungseinrichtung erfolgen kann. Weiterhin ist die Position 1 die Stellung für den regulären Fahrbetrieb, 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 elektrischen 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 Fahrzeug mittels der elektrischen Maschine abgebremst werden, wobei elektrische Energie gewonnen und dem elektrischen Energiespeicher zugeführt wird (Rekuperation). 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 Antriebselement auf Position 3 das Abtriebselement auf Neutralposition geschaltet werden. Bei genügender Drehzahl der elektrischen Maschine kann die Schaltkupplung geschlossen werden und das Antriebselement unter Ausnutzung der Rotationsenergie 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 Abtriebselements 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 Fahrbetriebs 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 anstehenden 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.
Der Schieber kann in der dritten Position direkt in die Kupplungsscheibe, die wiederum mittels einer Verzahnung auf der Abtriebswelle drehfest angeordnet ist, oder direkt in ein weiteres, drehfest mit der Abtriebswelle verbundenes Bauteil einrasten.
Vorteilhaft kann es sein, in dem Kraftfluss zwischen der Antriebswelle und der elektrischen 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 dem auf der Antriebswelle angeordneten Schwungrad als primärer Masse und dem Rotor als sekundärer Masse der Effekt eines in seiner Wirkungsweise an sich bekannten Zweimassenschwungrads entsteht. Beispielsweise können größere Verdrehwinkel als in herkömmlichen Dämpfungseinrichtungen zwischen Eingangs- und Ausgangsteil und/oder Bogenfedern 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 genannten 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 elektrischen Maschine untergebracht, wobei es weiterhin vorteilhaft sein kann, diese Bauteile auch auf die axiale Baulänge der elektrischen Maschine einzuschränken.
Ein Kraftfahrzeug mit dem zuvor beschriebenen Antriebsstrang kann in einer Vielzahl von Betriebsmodi betrieben werden, beispielsweise kann durch die elektrische Maschine im Schwung-Nutz-Betrieb gefahren werden, das Antriebselement kann von der elektrischen Maschine mit stillstehender oder rotierender elektrischer Maschine 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 1–5 näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Schnitt durch eine Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs,
2 eine weitere Ausgestaltungsform einer lösbaren Verbindung eines in der 1 beschriebenen Antriebsstrangs,
und
die 3 bis 5 weitere Ausgestaltungsformen eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
1 beschreibt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 1 mit einem nicht näher dargestellten Antriebselement und einer dazugehörigen Antriebswelle 2, auf der eine Antriebsplatte 3 zentriert und drehfest mittels 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 eine Druckplatte 4 einer Kupplung 5 verschraubt. An der der Antriebswelle 2 entgegengesetzten Seite ist an der Druckplatte 4 ein Kupplungsdeckel 6 radial außen verschraubt oder vernietet, wobei Befestigungsmittel 3a, 6a der Antriebsplatte 3 und des Kupplungsdeckels 6 abwechselnd auf dem gleichen Umfang angebracht sind. Eine Anpressplatte 7 ist mittels an dem Kupplungsdeckel 6 angebrachter Blattfedern 7a, die an einem radial äußeren Bereich der Anpressplatte 7 über den Umfang verteilt an der Anpressplatte 7 und dem Kupplungsdeckel 6 befestigt sind, gegen die Wirkung einer Tellerfeder 8 axial verschiebbar befestigt, wobei die Blattfedern 7a ein Rückstellmoment entgegen der Tellerfeder 8 bewirken, wenn diese während eines Ausrückvorgangs die Anpressplatte 7 entlastet, wobei hierzu ein Ausrücken 9 mittels einer Schiebehülse 10 und einem Betätigungshebel 11 axial verschoben wird. Axial zwischen der Druckplatte 4 und der Anpressplatte 7 ist ein in seiner Funktionsweise an sich bekannter Torsionsschwingungsdämpfer 12 mit Reibbelägen 13 und einem zweistufigen Dämpfer mit einem Hauptdämpfer 14 und einem Leerlaufdämpfer 15 sowie einer Reibeinrichtung 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.
An einem Innenumfang des kreisförmig ausgeschnittenen Kupplungsdeckels 6 sind auf gleichem Radius in Umfangsrichtung abwechselnd Befestigungsmittel 19 für die Tellerfeder 8 und für einen Aufnahmering 21 für einen Rotor 51 einer axial zwischen der Kupplung 5 und einem Getriebegehäuse 70 angeordneten elektrischen Maschine 50 zur Bildung einer elastischen Steckverbindung 53 vorgesehen. Befestigungsmittel 19 für die Tellerfeder 8 sind zu deren Aufnahme und Abstützung an sich bekannt. Befestigungsmittel 20 greifen durch Bohrungen in einem Aufnahmering 21, wobei zum Ausgleich eines Versatzes zwischen der elektrischen Maschine 50 und der Antriebswelle 2 eine elastische Hülse 22 vorgesehen ist, die an einem balligen Ende 20a des Befestigungsmittels 20 radial erweitert ist, so dass in diesem Bereich ebenfalls eine elastische Kontaktfläche zu dem Aufnahmering 21 gebildet wird.
In 2 ist eine dazu alternative Befestigung des Aufnahmerings 21 an dem Kupplungsdeckel 6 gezeigt. An dem Befestigungsmittel 20 ist eine Blattfeder 23 vorgesehen, die sich von den Befestigungsmitteln 20 aus betrachtet entgegen der Drehrichtung der Antriebswelle 2 erstreckt und mittels weiterer – nicht dargestellter – Befestigungsmittel wie zum Beispiel Nieten an dem Kupplungsdeckel 6 angebracht ist, so dass ein axialer Versatz zwischen dem Aufnahmering 21 und dem Kupplungsdeckel 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 1 gezeigt, sind an dem Ausnahmering 21 weitere über den Umfang verteilte, sich mit den Befestigungsmitteln 20 über den Umfang abwechselnde Zapfen 54 vorgesehen, die durch mit Hülsen 55 aus elastischem Material ausgekleidete Bohrungen des Aufnahmerings 21 greifen und auf einer anderen Seite an einem 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 vernietet 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 einer 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 Anschlag 61 dienende Anprägung vorgesehen ist. Der Hilfsflansch 59 ist mit dem Trägerflansch 56 an einem radial innerhalb der Aufnahme des Rotors 51 verlaufenden Umfang mittels Nieten 62 verbunden. An seinem Innenumfang ist der Trägerflansch 56 axial in Richtung eines Getriebegehäuses 70 umgeformt und nimmt an einer sich dabei bildenden inneren Ringfläche 63 eine Aufnahme für ein im Wesentlichen auf gleicher Höhe wie der axiale Mittelpunkt der elektrischen Maschine 50 angeordnetes Wälzlager 64 auf, wodurch der Trägerflansch 56 verdrehbar auf dem Lagerflansch 71 gelagert ist, der an dem – nur angedeutet gezeigten – Getriebegehäuse 70 mittels eines Schraubenkreises 72 verbunden ist. Der Lagerflansch 71 ist wie die Flansche 56, 60 ein Blechformteil und nimmt auf einer axial ausgeformten, sich in Richtung Kupplung erstreckenden, äußeren Ringfläche mit einer Anformung 73 das Wälzlager 64 und somit den Trägerflansch 56 auf. Zur Befestigung an dem Getriebegehäuse 70 weist der Lagerflansch 71 eine radial nach außen verlaufende Anformung 74 auf, die eine fensterförmige Ausnehmung 75 aufweist, damit der Betätigungshebel 11 durchgeführt werden kann.
Ein Stator 52 der elektrischen Maschine 50 ist mit einem Verbindungsteil 52a, das eine Kühlung der elektrischen Maschine 50 beinhalten kann, an einem Gehäuseteil 70a des Getriebes 70 verbunden, so dass sowohl der Rotor 51 als auch der Stator 52 gehäusefest angeordnet sind und somit ein Spalt 51a der elektrischen Maschine 50 weitgehend unabhängig von Taumelbewegungen der Antriebswelle 2 ist, da ein Ausgleich dieser über eine elastische Steckverbindung 53 beziehungsweise über unter 2 beschriebenen Blattfedern 23 stattfindet.
Die Montage erfolgt in der Weise, dass die komplette Kupplung 5 mit einem Aufnahmering 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.
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 Lagerflansch 171 wiederum verläuft in einem Bereich seines äußeren Umfangs radial und ist mit an sich bekannten Mitteln am angedeuteten Gehäuse des Antriebselements befestigt. Ein Stator 152 mit seinem Befestigungsflansch 152a, der gleichzeitig einen Kühlkreislauf der elektrischen Maschine 150 aufnehmen kann und der daher vorteilhafterweise direkt mit einem Kühlkreislauf des Antriebselements verbunden werden kann, ist auf dem Lagerflansch drehfest aufgenommen. Eine nicht gezeigte Ausführung sieht die Befestigung der elektrischen Maschine an dem Antriebselement mittels eines Befestigungsflansches 152a vor, wobei der Lagerflansch 171 nicht an dem Antriebselement, sondern nur mit dem Befestigungsflansch 152a verbunden ist. Im Bereich eines 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 Taumeleigenschaften zwei Wälzlager 164 aufnimmt, die durch einen Sicherungsring 171c gesichert sind. Auf den beiden Wälzlagern 164 ist der vorzugsweise aus Gussmaterial 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 erstreckenden 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, vernietet oder verstemmt sein kann. Gegen radiale Verdrehung gegenüber dem Trägerflansch 156 ist der Rotor 156 mittels des Anschlagsrings 161 gegen den Anschlag 158 verspannt oder auf den Trägerflansch 156 geschrumpft, verstemmt oder verschweißt.
Die elektrische Maschine 150, die nach dem Synchron-, Asynchron- oder Reluktanzprinzip arbeiten kann, ist axial zwischen dem Antriebselement und der Kupplung 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 Adapterstück 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 der elektrischen 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 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 eingesetzt wird, die als Zusatz die Druckplatte 104 enthält. Nach der Montage des Adapterstücks 102a wird die Druckplatte 104 mit dem Adapterstück 102a verschraubt und der Lagerflansch 171 mit dem Gehäuse 170 des Antriebselements verbunden. Zum Schluss werden der Torsionsschwingungsdämpfer 112 und der Kupplungsdeckel 106 montiert. Die Getriebeeingangswelle 118 wird durch ein Gleitlager 102b in dem Adapterstück 102a zentriert.
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 zu dem Antriebsstrang 101 in 3 ist die Lagerung eines Lagerflansch 271 und eines Trägerflansches 256 aufeinander so, dass Wälzkörper 264 an einem Außenumfang eines 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 Kupplung 205 so abgekantet ist, dass ein axial ausgerichteter, mit dem Trägerflansch 256 in Richtung Antriebselement verschweißter Aufnahmering 257 im Wesentlichen auf gleicher axialen Höhe wie die Wälzkörper 264 angeordnet werden kann. Ein Axialanschlag 258 eines Rotors 251 ist an dem Trägerflansch vorgesehen. Der Rotor 251 wird nach dem Aufziehen auf einen Aufnahmering 257 axial und radial mittels einer Verstemmung gesichert und/oder aufgeschrumpft.
Der Kraftschluss zwischen Antriebswelle 202 und nachgeordneten Aggregaten wie einer Kupplung 205 und der elektrischen Maschine erfolgt mittels eines flexiblen Antriebsblechs 223, das an einem Kurbelwellenadapter 202a, der 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 einem Trägerflansch 256 und andererseits mit einer Druckplatte 206 der Kupplung 205 radial innerhalb deren Reibflächen 206a angebracht sind. Hierdurch entsteht ein Antriebsstrang 201, bei dem sowohl die elektrische Maschine 250 als auch die Kupplung 205 von Taumelschwingungen der Kurbelwelle 202 isoliert ist. Eine Abtriebswelle 218 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht auf der Antriebswelle 202 zentriert.
Die Befestigung eines Lagerflansches 271, an dem der Stator 252 mittels eines Hilfsflansches 252a befestigt ist, kann an einem 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 bei dem Ausführungsbeispiel 101 in 3 beschrieben, wobei anstatt der Druckplatte 105 in dem Antriebsstrang 201 die flexible Antriebsplatte 223 mit dem Kurbelwellenadapter 223 verschraubt wird.
In 5 ist ein Antriebsstrang 301 mit einer elektrischen Maschine 350 dargestellt, die radial außerhalb einer Kupplung 305 angeordnet ist. An einem angedeuteten Gehäuse 370 sind ein Lagerflansch 371 sowie ein Hilfsflansch 352a befestigt, der einen Kühlmantel 352b mit einem Kühlmittelzufluss 352c sowie einen nicht dargestellten Kühlmittelabfluss zur Kühlung der elektrischen Maschine 350 aufweist. Der Stator der elektrischen Maschine 350 ist mit dem Hilfsflansch 352a verbunden. An einem Innenumfang des Lagerflansches 371 ist eine Aufnahme 371a vorgesehen, auf der unter Zwischenlegung von Wälzkörpern 363 ein Trägerflansch 356 mittels einer axial ausgerichteten Aufnahme 356a, die einen umlaufenden Steg 356b zur Beabstandung der Wälzkörper 363 an seinem Innenumfang aufweist, angeordnet ist. Im weiteren radialen Verlauf nach außen ist in dem Trägerflansch 356 eine weitere axial in Richtung einer Kupplung 305 ausgerichtete Aufnahme 357 vorgesehen, die an ihrem Außenumfang einen Rotor 351 aufnimmt und an deren axialer Stirnseite eine Druckplatte 304 sowie ein Kupplungsdeckel 306 der Kupplung 305 verschraubt ist. Radial innerhalb der Aufnahme 357 ist mittels über den Umfang verteilter Nieten 320 ein Torsionsschwingungsdämpfer 312 mit einem Ausgangsteil 312a eingehängt. Das Eingangsteil 312b des Torsionsschwingungsdämpfers 312 ist mittels über den Umfang verteilten Klauen 312c mit einem Schieber 315 mit entsprechenden Klauen 315a verbindbar, der auf einer Antriebswelle 302 gelagert und mittels einer Verzahnung 315b mit der Antriebswelle 302 drehschlüssig verbunden ist.
Der Schieber 315 ist mittels einer in einer hohl gebohrten Abtriebswelle 318 vorgesehen 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 Innenumfang ausgebildet sind. Die Kupplungsscheibe 313 mit den an ihrem Außenumfang angeordneten Reibbelägen 313b bildet mit einer Anpressplatte 307 und einer Druckplatte 304 eine abkoppelbare Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und der Abtriebswelle wobei die Kupplungsscheibe 313 auf der Abtriebswelle 318 zentriert und mit einer Verzahnung 318b drehschlüssig verbunden ist. Ein Dämpfer 313c kleiner Kapazität dient als Leerlaufdämpfer und/oder als radialer Versatzausgleich zwischen der Antriebswelle 302 und der Abtriebswelle 318. Die Kupplung 305 steht in geschlossenen Zustand im Wirkeingriff einer Tellerfeder 308. Zum Öffnen der Kupplung wird die Tellerfeder 308 durch einen Ausrücker 309 weiter 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. Der Ausrücker 309 und eine Schubstange 318a können in Form von Steuerprogrammen automatisch unabhängig oder abhängig voneinander angesteuert werden und Teil eines Steuermanagements für das gesamte Kraftfahrzeug sein, das für eine sportliche und/oder ökonomische Fahrweise ausgelegt sein kann.
Ein 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 einem Gehäuse 370 verschraubt. Anschließend wird das Abtriebselement an das Antriebselement 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 Antriebsstrang 301 ist als Zweimassenschwungrad tauglich, da eine 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 Rotors 351 und den umlaufenden Massen der Kupplung 305 zusammensetzende sekundäre Schwungmasse diese Funktion erfüllen.
Weiterhin kann durch 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 Antriebselement 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 elektrische 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 sein und der Schieber 315 in Position „1” stehen oder die Neutralstellung des Abtriebselements eingelegt und der Schieber in Position „3” sein. Vorteilhaft kann es sein, wenn diese Vorgänge automatisch von einem Fahrzeugmanagement übernommen 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 Antriebsstrang 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 Fahrzeug abgebremst wird und dabei die elektrische Maschine 350 als Stromgenerator eingesetzt wird. Vorteilhafterweise wird dabei automatisch oder manuell ein kleiner Gang eingelegt. Zusätzlich kann in der Position „2” und geöffneter Kupplung 305 die elektrische Maschine im Schwung-Nutz-Betrieb elektrische Energie erzeugen, 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 Abtriebswelle 318 drehschlüssig verbunden. Bei geschlossener Kupplung 305 und bei Neutral-Stellung des Abtriebselements kann in dieser Position das Antriebselement 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 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.

Claims

Antriebsstrang (1; 101; 201; 301), mit: einem Antriebselement mit einer Antriebswelle (2; 102; 202; 302), einem Abtriebselement mit einer Abtriebswelle (18; 118; 218; 318) und einer elektrischen Maschine (50; 150; 250; 350), die einen mit einem Gehäuse (70; 170; 270; 370) des Antriebs- oder Abtriebselements drehfest verbundenen Stator (52; 152; 252; 352) und einen mittels zumindest einer im Kraftfluss zwischen Antriebswelle (2; 102; 202; 302) und Abtriebswelle (18; 118; 218; 318) vorgesehenen Kupplung (5; 105; 205; 305) abkoppelbaren Rotor (51; 151; 251; 351) aufweist, wobei die elektrische Maschine (50; 150; 250; 350) als modulare Baueinheit montierbar ist, der Rotor (51; 151; 251; 351) auf einem an dem Gehäuse (70; 170; 270; 370) befestigten Lagerflansch (71; 171; 271; 371) angeordnet ist, und der Rotor (51; 151; 251; 351) gegenüber dem Stator (52; 152; 252; 352) verdrehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (50; 150; 250; 350) in einem Kraftfluss zwischen Antriebselement und Kupplung (5; 105; 205; 305) oder zwischen Kupplung (5; 105; 205; 305) und Abtriebselement vorgesehen ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang ein Kraftfahrzeug-Antriebstrang (1; 101; 201; 301) ist, das Antriebselement eine Brennkraftmaschine ist, die Antriebswelle eine Kurbelwelle (2; 102; 202; 302) ist, das Abtriebselement ein Getriebe ist und die Abtriebswelle eine Getriebeeingangswelle (18; 118; 218; 318) ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Rotor (51; 151; 251; 351) und dem Stator (52; 152; 252; 352) der elektrischen Maschine (50; 150; 250; 350) gebildeter Spalt (51a; 151a) vor der Montage einstellbar ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (50; 150; 250; 350) radial innen oder radial außen auf dem Lagerflansch (71; 171; 271; 371) gelagert ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (52; 152; 252; 352) und der Rotor (51; 151; 251; 351) auf einem gemeinsamen Flansch (171; 271; 371) oder auf getrennten Flanschen (52a, 71) vorgesehen sind, wobei zumindest einer der Flansche (52a, 71; 171; 271; 371) an dem Gehäuse (70; 170; 270; 370) befestigt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine der Flansche (171) eine radiale Erstreckung aufweist und in einem Bereich seines Innendurchmessers in axiale Richtung zum Ausbilden eines Lagerrings (171a) ausgeformt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine der Flansche (71; 171; 271; 371) an einem äußeren Umfang eine sich axial erstreckende Aufnahme (57; 157; 257; 357) aufweist, auf der der Rotor (51; 151; 251; 351) oder der Stator (52; 152; 252; 352) untergebracht ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine der Flansche (71; 171; 271; 371) aus Blechformteilen gebildet ist und/oder die Aufnahme (57; 157; 257; 357) und die Lagerringe (171a) aus den Blechformteilen angeformt sind.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Kraftfluss zwischen der Antriebswelle (2; 302) und der elektrischen Maschine (50; 350) eine Dämpfungseinrichtung (12; 312) zwischengeschaltet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (312) zumindest einstufig ausgebildet ist und zumindest aus einem entgegen der Relativverdrehung eines mit der Antriebswelle (302) verbundenen Eingangsteils (312b) und eines mit der elektrischen Maschine (350) verbundenen Ausgangsteils (312a) wirksamen Kraftspeicher (312d) besteht.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (312) zwischen einem Schwungrad (3) des Antriebselements als primärer Masse und dem Rotor (351) der elektrischen Maschine (350) als sekundärer Masse wirksam ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (312) derart ausgelegt ist, dass in Verbindung mit der primären Masse und der sekundären Masse der Effekt eines Zweimassenschwungrads entsteht.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Reibbeläge (313b) der Kupplung (305) drehfest mit der Abtriebswelle (318) verbunden sind.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (305) radial innerhalb der elektrischen Maschine (350) untergebracht ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (305) und die Dämpfungseinrichtung (312) radial innerhalb der elektrischen Maschine (350) untergebracht ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Kupplung (305) und Dämpfungseinrichtung (312) höchstens die axiale Ausdehnung der elektrischen Maschine (350) aufweisen.