DE2925675C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Gemäß dem Hauptpatent (DE-PS 27 48 697) ist zwischen dem Antriebsmotor und dem die Ungleich­ förmigkeiten des Motordrehmomentes ausgleichenden Schwungrad, welches zwischen Antriebsmotor und Geschwindigkeitswechselgetriebe angeordnet ist, eine zweite schaltbare Kupplung 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 Antriebs­ motor stillgesetzt wird. Nach Beendigung dieses Betriebszustandes, wenn also die Drehzahl des Schwungrades die vorerwähnte Mindestdrehzahl unter­ schreiten will, wird die Verbindung zwischen Antriebsmotor 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 wesent­ liche Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der mit den Abgasen in die Atmosphäre abgegebenen Schadstoffe.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art derart zu verbessern, daß sich einerseits eine besonders raum- und gewichtsgünstige Gesamtanordnung ergibt und andererseits noch spontanere Reaktionen der zweiten Kupplung (Schwungradkupplung) erzielt werden.

Dabei soll insbesondere eine funktionelle Verbesserung erzielt und darüber hinaus sichergestellt sein, daß der im Vergleich zu kon­ ventionellen Fahrzeugen erforderliche Mehraufwand an Bauraum und Bauteilen sich in Grenzen hält.

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

Die in der Regel 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 Wechsel­ strom- 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 Keilriemen­ triebe sowie zugehörige Wellen und Lagerungen entfallen, wobei gleich­ zeitig geringere mechanische Verluste auftreten, was den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine deutlich erhöht und Auswirkungen auf die er­ forderliche Bemessung dieser Maschine hat. Ferner können die bei üb­ lichen 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 maschine, d. h. das GD² ins Schnelle übersetzten Läufers, nicht mehr motorstirnseitig vom Kurbeltrieb angetrieben werden muß. Für die zweite schaltbare Kupplung (Schwungradkupplung) entfällt dadurch eine ent­ sprechende Kupplungsarbeit, was einmal für den Kaltstart von Vorteil ist und zum andern die Reaktion der Schwungradkupplung noch spontaner werden läßt. Zusätzlich ergibt sich durch den Fortfall des Keil­ riemenantriebs für die Lichtmaschine motorstirnseitig eine Ver­ kürzung der axialen Baulänge.

Durch die bauliche Integration des 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 bemerk­ bar. Durch die kranzförmige Anordnung des Läufers auf dem Schwung­ rad ergibt sich im Vergleich zu herkömmlichen Lichtmaschinen eine Durchmesservergrößerung, was eine entsprechende Erhöhung der Um­ fangsgeschwindigkeit des Läufers und damit eine erhöhte Polwechsel­ geschwindigkeit zur Folge hat, wodurch die ursprünglich niedrigere Drehzahl der elektrischen Maschine bezüglich der Lichtmaschinen­ funktion kompensiert wird. Der Nachteil, daß die mit einem wicklungs­ losen 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 ent­ sprechend größerer Hebelarm wirksam ist und sonst vorhandene me­ chanische Übertragungsverluste fortfallen und zum andern dadurch, daß für das Hochlaufen des freigekuppelten Schwungrades nur ein vergleichs­ weise 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 spe­ zifischen 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 ver­ ringern.

Im Zusammenhang mit einem Schwungmassenanlasser für Brennkraftmaschinen ist es an sich bereits bekannt (DE-PS 9 32 334), die Funktion einer Lichtmaschine und eines Anlassers in einer Anlaßlichtmaschine zu ver­ einigen. Bei dieser bekannten Anordnung besitzt der mit einer elektri­ schen Wicklung ausgestattete Läufer der Anlaßlichtmaschine einen ver­ gleichsweise geringen Durchmessers 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 Kurbelwellenver­ längerung umschließenden zylindrischen Fortsatz des Motorgehäuses befestigt. Die ganze Anlaßlichtmaschine, d. h. Läufer und Ständer, wird von einem schüsselförmig ausgebildeten, als Schwungmasse und Gegenstück zum Kupplungsreibbelag wirkenden treibenden Kupplungs­ teil umschlossen, der mit dem Läufer in einer formschlüssigen Ver­ bindung steht. Diese bekannte Anordnung dient dazu, eine Brennkraft­ maschine einmalig zu starten. Im Gegensatz dazu wird die Schwungrad/ Schwungradkupplungs-Anordnung beim Patentgegenstand insbesondere auch während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges, d. h. periodisch wirksam, in dem sie je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeuges selbsttätig aus- und einkuppelt, um den Antriebsmotor in den Betriebs­ phasen, in denen ihm kein antreibendes Moment abverlangt wird, kurz­ zeitig stillzusetzen. Die für eine solche Betriebsweise des Antriebs­ motors 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 Schwung­ rad der Brennkraftmaschine verbunden ist. Hierbei handelt es sich um eine reine Anlassermaschine, die beim Startvorgang der Brennkraftma­ schine einmalig in Funktion tritt und dabei nicht nur den gesamten Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine, sondern auch die übliche Licht­ maschine mit antreiben muß. Zur Erfüllung dieser Funktion muß sie daher sehr leistungsstark und raumaufwendig ausgeführt sein. Ein periodisches Arbeiten dieses Anlasses zum Zwecke des Stillsetzens und Wiederanlassens des Antriebsmotors während des Fahrbetriebes ist nicht vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der einzigen Figur der Zeichnung sind nur die für das Verständ­ nis der Erfindung notwendigen Teile der Gesamtanordnung schematisch dargestellt.

Mit 1 ist das schwungradseitige Ende der Kurbelwelle des hier nicht weiter gezeigten, aus einer herkömmlichen Brennkraftmaschine be­ stehenden Antriebsmotors und mit 2 die zu dem ebenfalls hier nicht gezeigten mechanischen Schaltgetriebe führende Getriebeeingangs­ welle bezeichnet. Ein zwischen beiden Wellen angeordnetes Schwung­ rad, welches in üblicher Weise die von dem Antriebsmotor abgegebenen, ungleichförmigen Drehmomente ausgleichen soll, ist mit 3 beziffert, während eine herkömmliche, als Tellerfederkupplung 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. Die Kupplungsscheibe be­ steht im wesentlichen aus den auf einer Kupplungsscheibe 41 ange­ brachten Reibbelägen 42, welche einerseits mit dem als erste Druck­ platte 43 wirkenden Schwungrad 3 und andererseits mit einer zweiten Druckplatte 44 zusammenwirken. Der Vollständigkeit halber ist noch die Kupplungsfeder - als Tellerfeder ausgeführt - mit 45 und das zu­ gehörige 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 eines Nabenkörpers 11 mit der Kurbelwelle 1 verbunden ist. Die Verbindung mit der Kurbelwelle erfolgt über nicht weiter be­ zifferte Befestigungsschrauben. Die Reibbeläge 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 verbundenen ersten Druckplatte 53 sowie mit einer zweiten Druckplatte 54 in Eingriff. An der zweiten Druckplatte 54 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 Getriebeeingangswelle 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 31 in den Nabenkörper 11 der Kurbel­ welle 1 hineinragt und in diesem mittels zweier nicht weiter be­ zifferten Wälzlager gelagert ist.

Mit 6 ist die erfindungsgemäß vorgesehene, die Funktion der Licht­ maschine und des Anlassers des Kraftfahrzeuges vereinigende Anlaß­ lichtmaschine beziffert. Die nach Art einer Heteropolarmaschine mit einem wicklungslosen, gezahnten Läufer 61 ausgerüstete Anlaß­ lichtmaschine 6 ist innerhalb des Kupplungsgehäuses 7 unterge­ bracht, wobei ihr Läufer starr mit dem rotierenden Schwungrad 3 und ihr Ständer 62 starr mit dem ortsfesten Kupplungsgehäuse 7 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 32 über eine nicht weiter bezifferte Schraubenanordnung mit dem Schwung­ rad 3 verbunden und zwar in der Weise, daß er den Umfang des Schwung­ rades kranzförmig umgreift. Der Ständer 62 trägt sowohl eine Erreger­ stromwicklung, welche mit Gleichstrom gespeist wird, als auch eine Generator- und Motorwicklung. Die Wicklungen sind nur schematisch angedeutet und mit 63 beziffert. Der Läufer 61 bildet einen inte­ grierten Bestandteil des Schwungrades 3 und trägt zu dessen Schwung­ masse bei. Aufgrund seiner kranzförmigen Anordnung weist er einen relativ großen Durchmesser auf, so daß im Motorbetrieb entsprechend große Hebelarme wirksam sind. Umlaufende 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 tritt eine axiale Bauraumverlängerung im Kupplungsbereich nicht auf, bezüglich der radialen Abmessung ergibt sich dagegen unter Umständen eine gewisse Vergrößerung. Der Ständer einer als Heteropolarmaschine ausgebildeten Anlaßlichtmaschine braucht nicht über den ganzen Umfang der Elektromaschine vorgesehen zu werden. Je nach elektrischem Be­ darf und den räumlichen Anforderungen kann er auch über einen Umfangs­ winkel, der kleiner als 360° ist, ausgeführt werden. Dadurch ergibt sich unter Umständen die Möglichkeit, die vorerwähnte radiale Ver­ größerung der Abmessung des Kupplungsgehäuses auf Teilabschnitte des Kupplungsgehäuses zu beschränken.

Um die Anlaßlichtmaschine motorisch zu betreiben, was einmal beim Starten des Fahrzeuges und zum anderen ggf. dann erforderlich ist, wenn das abgekuppelte Schwungrad 3 - wieder - auf eine höhere Dreh­ zahl 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 Wechsel- bzw. Drehstromwicklung über einen Umrichter aus der Bordbatterie mit Drehstrom gespeist wird. Als Umrichter finden dabei üblicherweise Transistor- oder Thyristor-Umrichter Verwendung, die es in vielfäl­ tigen Ausführungsformen gibt.

Claims (3)

1. Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug, mit einem aus einer Hubkolben-Brennkraftmaschine bestehenden Antriebs­ motor, der eine Kurbelwelle und ein der Kurbelwelle konzentrisch zuge­ ordnetes, die Ungleichförmigkeiten des Motordrehmoments ausgleichendes Schwungrad aufweist, mit einem dem Antriebsmotor nachgeschalteten Geschwin­ digkeitswechselgetriebe, das über eine erste, zwischen dem Schwungrad und dem Wechselgetriebe angeordnete Trennkupplung von dem Antriebsmotor trennbar ist, sowie mit einer zwischen dem Schwungrad und der Kurbelwelle des Antriebsmotors angeordneten zweiten schaltbaren Kupplung, die von einer Steuervorrichtung in Abhängigkeit von den Betriebszustand des Fahrzeugs charakterisierenden Zustandsgrößen ausrückbar ist, wenn während des Betriebs des Fahrzeugs der Antriebsmotor das Fahrzeug nicht antreibt, nach Patent 27 48 697, gekennzeichnet durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Merkmale:

• a) es ist eine die Funktion der Lichtmaschine und des Anlassers des Fahrzeuges vereinigende Anlaßlichtmaschine (6) vorgesehen, deren Läufer (61) starr mit dem rotierenden Schwungrad (3) und deren Ständer (62) starr mit ortsfesten Teilen der Brennkraftmaschine, insbesondere mit dem Kupplungsgehäuse (7), verbunden ist;
• b) der Läufer (61) ist gezahnt und ohne elektrische Wicklung ausgebildet und umgreift den Umfang des Schwungrades (3) kranzförmig;
• c) der Ständer (62) trägt sowohl eine gleichstromgespeiste Erreger­ stromwicklung als auch eine Generator- und Motorwicklung.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlücken des Läufers (61) mit nicht magnetischen Stoffen ausgefüllt sind.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht magnetischen Stoffe ein hohes spezifisches Gewicht besitzen.