DE2925675A1

DE2925675A1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE2925675A1
Application number: DE19792925675
Authority: DE
Inventors: Karsten Dipl Ing Dr Ehlers; Paulus Dipl Ing Heidemeyer; Peter Dipl Ing Hofbauer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1979-06-26
Filing date: 1979-06-26
Publication date: 1981-02-12
Also published as: GB2054491B; IT8022995A0; US4346773A; JPS564625U; FR2459737A2; SE455628B; DE2925675C2; JPS6042224Y2; SE8004605L; IT1131665B; GB2054491A; FR2459737B2

Description

VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT

5180 Wolfsburg 1
- 3 -

Unsere Zeichen: E 2761
1702pt-.gn-.kl

Kraftfahrzeug ,.

Me Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Gemäß dem Hauptpatent ist zwischen dem Antriebsmotor und dem die Ungleichförmigkeiten des Motordrehmomentes ausgleichenden Schwungrad, welches zwischen Antriebsmotor und Schaltgetriebe angeordnet iet, eine zweite schaltbare Kupplung (Schwungradkupplung) vorgesehen, welche bei bestimmten Betriebszuständen, insbesondere wenn der Antriebsmotor das Kraftfahrzeug nicht antreibt, das Schwungrad aber mit einer Mindestdrehzahl umläuft, den Antriebsmotor vom Schwungrad abkoppelt, wonach der abgekuppelte Antriebsmotor stillgesetzt wird. Nach Beendigung dieses Betriebszustandes, wenn also die Drehzahl des Schwungrades die vorerwähnte Mindestdrehzahl unterschreiten will, wird die Verbindung zwischen AntrL ebsmotor und Schwungrad selbsttätig wiederhergestellt und der Antriebsmotor mittels des Schwungrades wieder in Gang gesetzt. Durch das Stillsetzen des abgekuppelten Antriebsmotors ergibt sich, insbesondere in Leerlauf- und Schubbetriebsphasen, eine wesentliche Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der mit den Abgasen in die Atmosphäre abgegebenen Schadstoffe.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, den Gegenstand des Hauptpatents weiterzubilden und dabei insbesondere für eine zweckmäßige und den Anforderungen gerecht werdende konstruktive Gestaltung der Kuppplung und der zugehörigen Bauteile zu sorgen.

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Vorsitzender Vorstand: Toni Schmucker, Vorsitzender ■ Prof. Or, tadin. Ernst Fiale · Dr. jur. Petor Frerk · Günter Hartwidi

des Aufsichtsrat j: Horst Münzner · Dr. rer. pol. Werner P. Schmidt · Gottlieb M. Strobl · Prol. Dr. ror. pol. Frlodd-Si Tliomno

Hans Birnbaum Sitz der Gesollschaft-. Wolfsburg Amtsgericht Wolfiburg HRB 215

Dabei soll insbesondere eine ftuJAionelle Verbesserung erzielt und darüberhinaus sichergestellt sein, daß der im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen erforderliche Mehraufwand an Bauraum und Bauteilen sich in Grenzen hält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die in der Segel vom elektrischen Anlasser räumlich und funktionell getrennte elektrische Lichtmaschine wird also mit diesem zu einer Baueinheit vereinigt und baulich im Schwungrad des Antriebsmotors integriert, wobei der einen Teil der Schwungmasse bildende Läufer gezahnt und völlig wicklungslos ausgebildet ist, während im Ständer sowohl die elektrische Wicklung zur Erregung der Maschine als auch die für den Generator- sowie Motorbetrieb erforderlichen Wechselstrom- bzw. Drehstromwicklungen untergebracht sind.

Durch die Vereinigung der Anlaßlichtmaschine mit dem Schwungrad trägt der Läufer zur Motorschwungradmasse bei, so daß sich eine besonders raum- und gewichtsgünstige Gesamtanordnung ergibt. Unterstützt wird dies dadurch, daß durch die besondere Ausgestaltung des Läufers sonst sowohl für den Anlasser als auch für die Lichtmaschine erforderliche mechanische Übertragungselemente, wie Zahn-, Reibrad- oder Keilriementriebe sowie zugehörige Wellen und Lagerungen entfallen, wobei gleichzeitig geringere mechanische Verluste auftreten, was den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine deutlich erhöht und Auswirkungen auf die erforderliche Bemessung dieser Maschine hat. Ferner können die bei üblichen Startern auftretenden Geräusche entscheidend gesenkt werden. Wegen der wicklungslosen Ausführung des Läufers ergeben sich geringere Verluste auch wegen des Entfalls von Schleifkontakten bzw. Bürsten. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Drehmasse der Licht-

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maschine, d. h. das GD ins Schnelle übersetzten Läufers, nicht mehr motorstirnseitig vom Kurbeltrieb angetrieben werden muß. Für die zweite schaltbare Kupplung (Schwungradkupplung) entfällt dadurch eine entsprechende iCupplungsarbeit, was einmal für den Kaltstart von Vorteil ist und zum andern die Reaktion der Schwungradkupplung noch spontaner

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werden läßt. Zusätzlich ergibt sich durch den Portfall des Keilrisnenantriebs für die Lichtmaschine metorstirnseitig eine Verkürzung der axialen Baulänge.

Durch die bauliche Integration ies Läufers der Anlaßlichtmaschine mit dem Schwungrad entfällt für die elektrische Maschine eine Übersetzung auf höhere Drehzahlen - im Verhältnis zur Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dies macht sich jedoch nicht nachteilig bemerkbar. Durch die kranzförmige Anordnung des Läufers auf dem Schwungrad ergibt sich im Vergleich zu herkömmlichen Lichtmaschinen eine Durchmesservergrößerung, was eine entsprechende Erhöhung der um*· fangsgeschwindigkeit des Läufers und damit eine erhöhte Polwechselgeschwindigkeit zur Folge hat, wodurch die ursprünglich niedrigere Drehzahl der elektrischen Maschine bezüglich der Lichtmaschinenfunktion kompensiert wird. Der lachteil, daß die mit einem wicklungslosen Läufer ausgerüstete elektrische Maschine als Anlasser nur ein im Vergleich zu vergleichbaren üblichen Anlassern kleines Drehmoment, abgeben kann, wird zum einen weitgehend dadurch kompensiert, daß in Folge des vorerwähnten größeren Läuferdurchmessers auch ein entsprechend größerer Hebelarm wirksam ist und sonst vorhandene mechanische Übertragungsverluste fortfallen und zum andern dadurch, daß für das Hochlaufen des freigekuppelten Schwungrades nur ein vergleichsweise geringes Moment erforderlich ist, weil dabei der Kurbeltrieb nicht mit angetrieben werden muß.

Von Vorteil ist es, die für die Funktionsweise der elektrischen Maschine notwendigen Zahnlücken des Läufers mit nicht magnetischen Stoffen, insbesondere mit nicht magnetischen Stoffen eines hohen spezifischen Gewichts, auszufüllen, um dadurch einerseits die Masse des Schwungrades weiter zu vergrößern und andererseits die Luftwiderstände für den umlaufenden Läufer durch Glättung des Läuferumfanges zu verringern.

Im Zusammenhang mit einem Schwangmassenanlasser für Brennkraftmaschinen ist es an sich bereits bekannt (DE-PS 932 334)_#die Funktionen einer Lichtmaschine und eines Anlassers in einer Anlaßlichtmaschine zu vereinigen. Bei dieser bekannten Anordnung besitzt der mit einer elektrischen Wicklung ausgestattete Laufer der Anlaßlichtmaschine einen ver-

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gleiclisweise geringen 3>urchmesser und ist unter Zwischenschaltung vom Wälzlagern drehbar auf einer Verlängerung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gelagert. Der den Läufer umschließende Ständer der Anlaßlichtmaschine ist an einem die vorerwähnte Kubelwellenverlängerung umschließenden zylindrischen Fortsatz des Motorgehäuses befestigt. Die ganze Anlaßlichtmaschine, d. h. Läufer und Ständer, wird von einem schüsseiförmig ausgebildeten, als Schwungmasse und Gegenstück zum Kupplungsreibbelag wirkenden treibenden Kupplungsteil umschlossen, der mit dem Läufer in einer formschlüssigen Verbindung steht. Diese bekannte Anordnung dient dazu, eine Brennkraftmaschine einmalig zu starten. Im Gegensatz dazu wird die Schwungrad/ Schwungradkupplungs-Anordnung beim Anmeldungsgegenstand insbesondere auch während des Fährbetriebes des Kraftfahrzeuges, d. h. periodisch wirksam, in dem sie je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeuges selbsttätig aus- und einkuppelt, um den Antriebsmotor in den Betriebsphasen, in denen ihm kein antreibendes Moment abverlangt wird, kurzzeitig stillzusetzen. Die für eine solche Betriebsweise des Antriebsmotors erforderliche besonders hohe Effektivität und Spontanität gerade der Schwungrad/Schwungradkupplungs-Anordnung ist durch die bekannte Anordnung nicht zu erzielen.

Es ist auch bereits bekannt (DE-OS 21 23 831) zum Anlassen einer Brennkraftmaschine eine elektrische Maschine mit wicklungslosem Läufer einzusetzen, wobei der Läufer in Form eines Kranzes fest, d. h. ohne Zwischenschaltung einer Kupplung o. ä«, mit dem üblichen Schwungrad der Brennkraftmaschine verbunden ist. Hierbei handelt es sich um eine reine Anlassermaschine, die beim Startvorgang der Brennkraftmaschine einmalig in Funktion tritt und dabei nicht nur den gesamten Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine, sondern auch die übliche Lichtmaschine mit antreiben muß. Zur Erfüllung dieser Funktion muß sie daher sehr leistungsstark und raumaufwendig ausgeführt sein. Ein periodisches Arbeiten dieses Anlassers zum Zwecke des Stillsetzens und Wiederanlassens des Antriebsmotors während des Fahrbetriebes iat nicht vorgesehen.

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original

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert .

In der einzigen Figur der Zeichnung sind nur «He für das Verständnis der Erfindung notwendigen Teile der Gesamtanordnung schematasch dargestellt.

Mit 1 ist das schwungradseitige Ende der Kurbelwelle des hier nicht weiter gezeigten, aus einer herkömmlichen Brennkraftmaschine bestehenden Antriebsmotors und mit 2 die zu dem ebenfalls hier nicht gezeigten mechanischen Schaltgetriebe führende Getriebeeingangswelle bezeichnet. Ein zwischen beiden Wellen angeordnetes Schwungrad, welches in üblicher Weise die von dem Antriebsmotor abgegebenen,, ungleichförmigen Drehmomente ausgleichen soll, ist mit 5 beziffert, während eine herkömmliche, als Te Her feder kupplung ausgebildete erste Schaltkupplung mit 4 bezeichnet ist. Diese ermöglicht in üblicher Weise das zugkraftfreie Schalten des Schaltgetriebes durch Abkuppeln

des mit dem Schwungrad 3 verbundenen Motors. Me Kupplungsscheibe besteht im wesentlichen aus den auf einer Kupplungsscheibe 41 angebrachten Reibbelägen42, welche einerseits mit dem als erste Druckplatte 43 wirkenden Schwungrad J und andererseits mit einer zweiten Druckplatte 44 zusammenwirken. Der Vollständigkeit halber ist noch die Kupplungsfeder - als Tellerfeder ausgeführt - mit 45 und das zugehörige übliche Ausrücklager mit 46 beziffert»

Gemäß dem Hauptpatent ist nun zwischen der Kurbelwelle 1 und dem Schwungrad 3 eine zweite schaltbare Kupplung 5 vorgesehen, welche im Ausführungsbeispiel ebenfalls als Tellerfederkupplung ausgebildet ist und in Abhängigkeit von den Betriebszustand des Kraftfahrzeuges charakterisierenden Zustandsgrößen von einem nicht weiter dargestellten elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Stellmotor selbsttätig aus- und eingekuppelt wird, um so den Antriebsmotor vom Schwungrad zu trennen bzw. wieder damit zu koppeln. Diese zweite schaltbare Kupplung 5 besteht aus einer Kupplungsscheibe 51» die unter Zwischenschaltung

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eines Nabenkörpers 11 mit der Kurbelwelle 1 verbunden ist. Die Verbindung mit der Kurbelwelle erfolgt über nicht weiter bezifferte Befestigungsschrauben. Die Eeibbeläge dieser Kupplung sind mit 52 beziffert. Im eingekuppelten Zustand kommen sie mit einer glockenförmig die Kupplungsscheibe 51 umgebenden und über nicht weiter bezifferte Befestigungsschrauben starr mit dem Schwungrad 3 verbundene! ersten Druckplatte 53 sowie mit einer zweiten Druckplatte 54 in Eingriff. An der zweiten Druckplatte greift die als Tellerfeder ausgebildete Kupplungsfeder 55 an. Der radial innere Rand der Tellerfeder steht über eine Zugplatte 56 mit einem Zuganker 57 in Verbindung, der konzentrisch durch·- eine mittige Bohrung der Getriebeingangswelle 2 geführt ist und an seinem der Kupplung 5 abgewandten Ende durch den vorerwähnten nicht weiter dargestellten Stellmotor beaufschlagbar ist. Mit seinem die Zugplatte 56 tragenden Ende ist der Zuganker 57 axial verschieblich im Schwungrad 3 gelagert, welches seinerseits mit einem zentrischen Lagerbolzen 3I in den Nabenkörper 11 der Kurbelwelle 1 hineinragt und in diesem mittels zweiter nicht weiter bezifferten Wälzlager gelagert ist.

Mit 6 ist die erfindungsgemäß vorgesehene, die Funktion der Lichtmaschine und des Anlassers des Kraftfahrzeuges vereinigende Anlaßlichtmaschine beziffert. Die nach Art einer Heteropolarmaschine mit einem wicklungslosen, gezahnten Läufer 61 ausgerüstete Anlaßlichtmaschine 6 ist innerhalb des Kupplungsgehäuses 7 untergebracht, wobei ihr Läufer starr mit dem rotierenden Schwungrad 3 und ihr Ständer 62 starr mit dem ortsfesten Kupplungsgehäuse ¹J verbunden ist, Zwecks Vermeidung von Wirbelstromverlusten sind sowohl Läufer als auch Ständer als Lamellenpakete ausgebildet. Der Läufer 61 ist wie die die erste Druckplatte 53 tragende Glocke über eine nicht weiter bezifferte Schraubenanordnung mit dem Schwungrad 3 verbunden und zwar in der Weise, daß er den Umfang des Schwungrades kranzförmig umgreift. Der Ständer 62 trägt sowohl eine Erregerstromwicklung, welche mit Gleichstrom gespeist wird, als auch eine

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Generator- und Motorwicklung. Die Wicklungen sind nur schematisch angedeutet tmd mit 6J beziffert. Der Läufer 61 bildet einen integrierten Bestandteil des Schwungrades 5 und trägt zu dessen Schwungmasse bei. iufgrund seiner kranzförmigen Anordnung weist er einen relativ großen Durchmesser auf, so daß im Hotorbetrieb entsprechend große Hebelarme wirksam sind. Bmlaufende Schleifringe oder Kollektoren sind nicht erforderlich, da der Läufer wicklungslos ausgeführt ist. Entsprechende mechanische Verluste treten daher nicht auf.

Durch, die vorgesehene räumliche Anordnung der Anlaßlichtmaschine

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tritt eine axiale Bauraumverlängerung im ICupplungsbereich nicht auf, bezüglich der radialen Abmessung ergibt sich dagegen unter Umständen eine gewisse Vergrößerung. Der Ständer einer als Heteropolarmaschine ausgebildeten Anlaß lichtmaschine braucht nicht über den ganzen Umfang der ELektromaschine vorgesehen zu werden. Je nach elektrischem Bedarf und den räumliehen Anforderungen kann er auch über einen Umfangswinkel, der kleiner als 3βθ° ist, ausgeführt werden. Dadurch ergibt sich -unter Umständen die Möglichkeit, die vorerwähnte radiale Vergrößerung der Abmessung des Kupplungsgehäuses auf !Teilabschnitte des Kuppl-ongsgehäuses zu beschränken.

Um die Anlaßlichtmaschine motorisch zu betreiben, was einmal beim Starten.- des fahrzeuges und zum andern ggf. dann erforderlich ist, wenn das abgekuppelte Schwungrad 3 - wieder - auf eine höhere Drehzahl !hochgefahren werden soll/muß, muß im Ständer 62 ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt werden. Solche umlaufenden Magnetfelder werden üblicherweise dadurch erzeugt, daß die im Ständer vorgesehene Wechselbzw. Brehstromwicklung über einen Umrichter aus der Bordbatterie mit Drehstrom gespeist wird. Als Umrichter finden dabei üblicherweise Transistor- oder Thyristor-Umrichter Verwendung, die es in vielfältigen. Ausführungsformen gibt.

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Claims

VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT
5180 Wolfsburg 1

Unsere Zeichens K 2₇61 £5, JUOI 1979

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ANSPRÜCHE

Kraftfahrzeug mit einem aus einer Brennkraftmaschine bestehenden Antriebsmotor, einem zwischen dem Antriebsmotor und einem den angetriebenen Rädern vorgeschalteten Schaltgetriebe angeordneten, die TJngleichförmigkeiten des Motordrehmomentes ausgleichenden Schwungrad, einer zwischen Schwungrad und Schaltgetriebe angeordneten, ein zugkraftfreies Schalten des Schaltgetriebes ermöglichenden ersten Schaltkupplung sowie einer zwischen Antriebsmotor und Schwungrad angeordneten zweiten schaltbaren Kupplung, mittels der die Verbindung zwischen Antriebsmotor und Schwungrad selbsttätig, in Abhängigkeit von den Betriebszustand des Kraftfahrzeuges charakterisierenden Zustandsgrößen unterbrechbar und wiederherstellbar ist, nach Patent ... (Patentanmeldung P 27 48 697.1) j gekennzeichnet durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Merkmale:

a) es ist eine die Funktio». der Lichtmaschine und des Anlassers

des Kraftfahrzeuges vereinigende Anlaßlichtmaschine (6) vor- I gesehen, deren Läufer (61) starr mit dem rotierenden Schwungrad (3) T*nd deren Ständer (62) starr mit ortsfesten Teilen der j Brennkraftmaschine, insbesondere mit dem Kupplungsgehäuse (7)» verbunden ist;

b) der Läufer (61) ist gezahnt und ohne elektrische Wicklung aus- j

gebildet und umgreift den TJmfang des Schwungrades (3) kranzför- ',

mig; !

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Vorsitzender Vorstand: Toni Schmütfer, Vorsitzender · Prof. Dr. techn. Ernst Fiale · Dr. jur. Peter Frerk · Günter Hartwich

des Aufsichtsrats: Horst Münzner · Dr. rer. pol. Werner Ψ.Scnmldt - Gottlieb M. Strobl · Prof. Dr. rer. pol. Friedrich Thomee

Hans Birnbaum Sitz der Gasellschaft: VVolfsburg _ Amtsgericht Wolfsburg HRB 215

ORIGINAL INSPECTED

c) der Ständer (62) trägt sowohl eine glexchstromgespeiste Erregerstromwicklung als auch eine Generator- und Motorwicklung.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlücken des Läufers (61) mit nicht magnetischen Stoffen ausgefüllt sind.
3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die nicht magnetischen Stoffe ein hohes spezifisches Gewicht besitzen.

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