DE3243513A1 - Antriebsanordnung fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents
Antriebsanordnung fuer ein kraftfahrzeugInfo
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Description
- Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Eine derartige Antriebsanordnung ist beispielsweise aus der DE-OS 29 25 675 bekannt. Dabei dient die elektrische Maschine zugleich als Lichtmaschine und Anlasser fiir den Verbrennungsmotor. Selbst~ verständlich könnte aber bei entsprechender Bemessung der elektrischen Maschine diese auch zum Antrieb des Fahrzeugs selbst herangezogen werden, wodurch ein Fahrzeug-Hybridantrieb entsteht.
- Bei dieser bekannten Antriebsanordnung ist ebenso wie bei einer anderen, aus der DE-OS 30 13 424 bekannten Maschinenanordnung der Läufer der elektrischen Maschine am äußeren Umfang des Schwungrades bzw. einer der Druckplatten der Kupplungen angeordnet. Der Läufer bildet also ein besonderes, von den anderen Bauteilen im wesentlichen funktionell getrenntes Bauteil, das den Bauraum der Anordnung vergrößert.
- Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ausgehend von einer Antriebsanordnung der im Oberbegriff angegebenen bekannten Bauart eine kompakte und möglichst wenig Bauraum benötigende Anordnung für den Läufer der elektrischen Maschine zu schaffen, die unter anderem auch die Voraussetzungen für einen möglichst verlustarmen Betrieb der elektrischen Maschine schafft.
- Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.
- Dadurch, daß der Läufer der elektrischen Maschine einen integralen Bestandteil eines der axial feststehenden Druckplattenteile der Kupplungen bildet, wird der für die Gesamtanordnung benötigte Bauraum verringert. Der'Läufer der elektrischen Maschine und insbesondere dessenBlechpaket bildet also einen Teil der Masse des feststehenden Druckplattenteils einer der Kupplungen und übernimmt dabei neben seiner elektrischen Aufgabe auch Aufgaben des Druckplattenteils.
- Wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Läufer einen integralen Bestandteil des axial feststehenden Druckplattenteils der verbrennungsmotorseitigen Kupplung bildet7 wird darüberhinaus die Möglichkeit geboten, die elektrische Maschine in besonders vorteilhafter Weise im wesentlichen in der radialen Ebene des das Schwungrad haltenden Lagers anzuordnen. Auf diese Weise werden durch Vermeidung eines Hebelarms zwischen der Lagerung und der elektrischen Maschine nachteilige Verlagerungen des Läufers durch Kippmomente weitgehend ausgeschlossen. Dies schafft die Möglichkeit, den für einen wesentlichen Teil der Verluste der elektrischen Maschine entscheidenden Luftspalt zwischen dem Ständerteil und dem Läuferteil der elektrischen Maschine genauer und enger einzustellen.
- Weitere Merkmale der Erfindung beziehen sich darauf, die Eurzschlußstäbe des Läufers einer als Asynchronmaschine ausgebildeten elektrischen Maschine wenigstens teilweise als Verbindungselemente zur Verbindung des Läufers mit dem axial feststehenden Druckplattenteil und gegebenenfalls weiteren Teilen des Schwungrades auszubilden. Dadurch übernehmen die Kurzschlußstäbe des Läufers noch weitere Funktionen, nämlich die der mechanischen Verankerung des Läufers.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Pahrzeugantriebsanordnung mit dem durch jeweils eine Kupplungmit dem Verbrennungsmotor bzw. der Abtriebswelle verbindbaren Schwungrad und der auf dieses einwirkenden elektrischen Maschine und Figur 2 in einer vergrößerten Einzeldarstellung eine alternative Ausführung der Verankerung des Läufers der elektrischen Maschine.
- In den beiden Figuren der Zeichnung sind jeweils für gleiche oder vergleichbare Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.
- Dabei ist mit 1 eine schwungradlose Kurbelwelle eines herkömmlichen Hubkolben-Verbrennungsmotors, wie er zum Antrieb von Eraftfahrzeugen üblich ist, mit 2 eine zu einem hier nicht dargestellten Geschwindigkeitswechselgetriebe führende Abtriebswelle, mit 3 eine nach Art einer Asynchronmaschine ausgebildete elektrische Maschine und mit 4 ein über zwei Kupplungen 5 und 6 mit der Abtriebswelle 2 bzw. der Motorkurbelwelle 1 verbindbares Schwungrad bezeichnet. Eine erste als Trenn- und Anfahrkupplung zu bezeichnende Kupplung 5 entspricht im wesentlichen den Ausführungen herkömmlicher Kraftfahrzeugkupplungenund weist ein axial feststehendes Druckplattenteil 7 sowie ein axial bewegliches Druckplattenteil 8 auf, zwischen denen die Kupplungsbeläge 10 einer mittels eines Nabenteils 11 drehfest auf der Abtriebswelle 2 gehaltenden Kupplungsscheibe 9 angeordnet sind. Mit 12 ist eine sich an einem auf hier nicht näher gezeigte Weise mit dem Schwungrad 4 verbundenen Teil 13 abstützende Tellerfeder zur Betätigung dieser Trenn- und Anfahrkupplung 5 angegeben.
- Auch das axial feststehende Druckplattenteil 7 ist auf hier nicht weiter dargestellte Weise starr mit dem Schwungrad 4, nämlich einer Trägerscheibe 14, verbunden, die ihrerseits an einem Radteil 15 befestigt ist, das in der Kurbelwelle 1 des Verbrennungsmotors gelagert ist. Dazu dienen zwei mit relativ großem Abstand angeordnete Kugellager 16, deren Außenring 17 mit einem Flansch 18 unter Zwischenschaltung einer Distanzbuchse 19 an einem Flansch 20 der Kurbelwelle 1 befestigbar ist.
- Die zweite als Schwungradkupplung zu bezeichnende Kupplung 6 weist ein axial feststehendes Druckplattenteil 21 und ein axial bewegliches Druckplattenteil 22 auf, die beide mit der Trägerscheibe 14 des Schwungrades 4 zumindest drehfest verbunden sind.
- Zwischen den beiden Druckplattenteilen 21 und 22 sind die an eimer Kupplungsscheibe 24a befestigten Kupplungsbeläge 25 angeordne+, wobei die Kupplungsscheibe 24a unter Zwischenschaltung einer Mitnehmerscheibe 24b mit der Eurbelwelle 1 des Verbrennunemotors verbunden ist. Dabei erfolgt diese Verbindung durch starre Befestigung der Mitnehmerscheibe 24b zwischen der Distanzbuchse 19 und dem Ringflansch 18 des Lageraußenrings 17 in der Weise, daß in Umfangsrichtung eine spielfreie Verbindung, in axialer Richtung jedoch zum Zwecke der Axialverschiebung der Kupplungsbeläge 25 eine definierte Beweglichkeit sichergestellt wird.
- Zur Betätigung dieser zweiten Schwungradkupplung 6 dient eine sich mit ihrem äußeren Rand an dem feststehenden Druckplattenteil 7 der ersten Kupplung 5 abstützende Tellerfeder 26, die an einem axialen Vorsprung des axial beweglichen Druckplattenteils 22 angreift und von einer durch die hohl ausgebildete Abtriebswelle 2 geführten Betätigungsstange 28 verstellbar ist, an der ein ein Scheibenteil 27a aufweisendes Nabenteil 27 befestigt ist, das seinerseits in einer Sackbohrung 29 des Radteils 15 des Schwungrads 4 geführt ist. Mit 23 ist schließlich noch eine zwischen dem axial beweglichen Druckplattenteil 22 und der Trägerscheibe 14 auf hier nicht näher gezeigte Weise eingespannte Blattfeder bezeichnet, die für die Rückstellung des axial beweglichen Druckplattenteils 22 beim Ausrücken der durch die Kraft der Tellerfeder 26 eingerückt gehaltenen Schwungradkupplung 6 sorgt.
- Die elektrische Maschine 3 ist, wie oben bereits angeführt wurde, bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bevorzugtermaßen als Asynchronmaschine ausgebildet, deren Läufer mit einem sogenannten Kurzschlußkäfig versehen ist. Der ein Blechpaket 30 und die ehrfach über den Umfang verteilt angeordneten Wicklungen 31 aufweisen de Ständer der elektrischen Maschine 3 ist auf hier nicht näher gezeigte Weise an einem feststehenden Gehäuseteil 32 des Fahrzeugaggregats gehalten, während der aus dem Blechpaket 33, den Kurzschlußringen 34 und den diese verbindenden Kurzschlußstäben 35 bestehende Läufer an dem Schwungrad befestigt ist.
- Die Anordnung des Läufers der elektrischen Maschine 3 ist jetzt erfindungsgemäß so gewählt, daß er einen integralen Bestandteil des feststehenden Druckplattenteils 21 der Schwungradkupplung 6 bildet. Dazu ist das Blechpaket 33 mit dem dieses zusammenhaltenden, aus den Kurzschlußringen 34 und den Rurzschlußstäben 35 bestehenden Kurzschlußkäfig in eine stufenförmige Ausnehmung 40 des axial feststehenden Druckplattenteils 21 eingesetzt und mit diesem starr verbunden. Die starre Verbindung erfolgt dabei bei dem in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, daß von einem am äußeren Umfang der Tragscheibe 14 angeordneten, das axial bewegliche Druckplattenteil 22 umgreifenden Glockenteil 36 einzelne gleichmäßig über den Umfang verteilte fingerartige Vorsprünge 37 vorstehen, die durch einige wenige Kurzschlußstäbe 35 des Eurzschlußkäfigs des Läufers hindurchgreifen und an ihrem mit einem Gewinde versehenen bolzenförmigen Ende 39 eine durch eine Scheibe 38a gesicherte Befestigungsmutter 38b aufweisen. Auf diese Weise wird bei einem Teil der Kurzschlußstäbe 35 der zentral innere Teil zugleich zur Befestigung des Läufers der elektrischen Maschine 3 an dem axial feststehenden Druckplattenteil 21 bzw. zur Befestigung der aus dem Läufer und dem Druckplattenteil 21 gebildeten Einheit an dem Glockenteil 36 der Tragscheibe 14 desSchwungrades.4 herangezogen. Dabei reicht es aus, wenn nur einige wenige, beispielsweise etwa 6 - 10 der insgesamt etwa 50 - 70 Kurzschlußstäbe 35 über den Umfang gleichmäßig verteilt von den fingerartigen Vorsprüngen 37 des Glockenteils 36 durchdrungen werden.
- Auf die vorstehend geschilderte Weise dient der Läufer der elektrischen Maschine hier nicht nur zur Erfüllung der elektrischen Aufgaben, sondern er übernimmt durch seine Integration zugleich auch Aufgaben des axial feststehenden Druckplattenteils 21 der Schwungradkupplung 6, wobei er dieses verstärkt und versteift. Darüberhinaus wird ein Teil des massiven Kerns der Kurzschlußstäbe 35 und der Ringe 34 als Befestigungsmittel zur Verbindung des Läufers mit dem Druckplattenteil bzw. mit anderen Teilen des Schwungrades 4 herangezogen. Es ist zwar grundsätzlich möglich, den Läufer der elektrischen Maschine 4 auch in dem axial feststehenden Druckplattenteil 7 der Trenn-und Anfahrkupplung 5 zu integrieren, jedoch ergeben sich dann größere bauliche Schwierigkeiten. Darüberhinaus weist die in der Zeichnung gezeigte Ausführung bei der der elektrische Läufer integraler Bestandteil des feststehenden Bruckplattenteils 21 der motorseitigen Schwungradkupplung 6 ist, den besonderen Vorteil auf, daß damit die elektrische Maschine etwa in der Ebene des durch die Lager 16 gebildeten Schwungradlagers angeordnet werden kann, wodurch nachteilige Verlagerungen des Läufers infolge des Entstehens von Kippmomenten in ihrer Wirkung verringert werden und damit bessere Vorbedingungen für die Einstellung und Einhaltung eines möglichst engen Luftspaltes 42 zwischen dem Blechpaket 33 des Läufers und dem Blechpaket 30 des Ständers der elektrischen Maschine 3 gegeben sind.
- Abweichend von der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform könnte eine Festlegung der fingerartigen Vorsprünge 37 statt durch Verwendung einer Schraubmutter 38b auch dadurch erreicht werden, daß in einer entsprechenden Form der das Blechpaket 33 des Läufers der elektrischen Maschine umfassende, aus den Kurzschlußringen 34 und den Kurzschlußstäben 35 bestehende Kurzschlußkäfig unmittelbar auf den fingerartigen Vorsprüngen durch ein Metallspritzverfahren befestigt wird, wodurch bei entsprechender Ausbildung der fingerartigen Vorsprünge 37 eine sowohl vom elektrischen als auch vom mechanischen Standpunkt aus besonders günstige Verbindung erreicht wird.
- Auch bei der Ausführung nach der Figur 2 soll ein solches Aufspritzverfahren verwendet werden, indem der aus den Kurzschlußringen 34 und den Kurzschlußstäben 35 bestehende Kurzschlußkäfig auf besondere, gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Gewindebolzen 45 aufgespritzt wird. Die den Läufer bildende Baueinheit, die selbstverständlich dann auch das Blechpaket 33 umfaßt, wird anschließend in die gestufte Ausnehmung 40 des axial feststehenden Druckplattenteils 21 der Schwungradkupplung 6 eingefügt, wobei die von dem Läufer vorstehenden Gewindebolzen 45 durch Bohrungen 46 des Druckplattenteils 22 sowie Bohrungen 47 eines massiven Ringteils 48 der Trägerscheibe 14 hindurchgreifen und an dem trägerscheibenseitigen Ende mittels Befestigungsschrauben 49 und Sicherungsscheiben 50 festgelegt werden.
- Dabei sichert das Aufspritzen des vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Kurzschlußkäfigs auf den Gewindebolzen 45, deren Oberfläche durch besondere Profilierung, beispielsweise durch Anbringung eines Gewindes, zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung ausgestaltet sein kann, eine sichere mechanische Verbindung, die infolge ihrer luftspaltfreien Ausbildung auch den elektrischen Anforderungen bei solchen Kurzschlußringen genügt.
- Hierbei ist der Gedanke wesentlich, einen Teil zumindest der Eurzschlußstäbe zugleich als Befestigungselemente oder umgekehrt die Befestigungselemente für den Läufer der elektrischen Maschine als Teil des Kurzschlußkäfigs auszubilden. Unter Zugrundelegung dieser Idee ist eine Vielzahl von abgewandelten Ausführungen möglich. Auch die Befestigung der Gewindebolzen 45 an der Trägerscheibe 14 könnte mit Hilfe des Metallspritzverfahrens erreicht werden. Hierzu brauchten lediglich die dann auch an diesem Ende mit einer profilierten Oberfläche versehenen Gewindebolzen 45 in Ausnehmungen des massiven Ringteils 48 der Trägerscheibe 14 eingelegt ocler eingedrückt zu werden, wobei etwaige Zwischenräume während des Spritzverfahrens des Kurzschlußkäfigs mit ausgefüllt werden.
- Dabei würde sich zwar in den Bereichen, in denen die üblicherweise aus Eisenwerkstoffen bestehenden Befestigungselemente den Kurzschlußkäfig und insbesondere dessen Kurzschlußstäbe 35 durchdringen, infolge der geringeren Leitfähigkeit des Eisens gegenüber der des Aluminiums des Käfigs ein verlustreicherer Stromfluß in der Mitte der Stäbe ergeben. Da jedoch infolge der hohen, in der As-nchronmaschine auftretenden Frequenzen eine Stromverdrängung in die äußeren Umfangsbereiche der Kurzschlußstzbe auftritt, wirkt sich dieser Unterschied in der Leitfähigkeit elektrisch kaum aus.
- Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich dadurch, daß infolge der innigen Verbindung des Läufers der elektrischen Maschine mit den im Betrieb umlaufenden Druckplattenteilen der Kupplung ein wirkungsvoller Wärmetransport von der elektrischen Maschine zu dieser Kupplung möglich ist. Auch hierfür ist es besonders zweckmäßig, wenn der Läufer der elektrischen Maschine in die Druckplattenteile der zweiten oder Schwungradkupp-TIung integriert ist, da diese im Gegensatz zur ersten Trenn- und Anfahrkupplung thermisch wesentlich geringer beansprucht ist.
- Durch besondere Ausbildung des Druckplattenteils oder der die Druckplattenteile aufnehmenden Trägerscheibe, beispielsweise durch Anordnung von eingestanzten Kühlschlitzen, kann die Kühlwirkung dieser Bauteile noch verstärkt werden.
Claims (12)
- ANSPRÜCHE S Antriebsanordnungfür ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem durch wenigstens eine schaltbare Kupplung mit einem über ein Getriebe zu den Antriebsrädern führenden Abtrieb verbindbaren Schwungrad, das die Druckplatten der schaltbaren Kupplung umfaßt, und mit einer elektrischen Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und/oder Anlassen des Verbrennungsmotors, die einen mit ortsfesten Gehäuseteilen des Verbrennungsmotors verbindbaren Ständer und einen mit dem rotierenden Schwungrad verbundenen Läufer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (33 - 35) der elektrischen Maschine (3) einen integralen Bestandteil eines axial feststehenden Druckplattenteils (21) einer der schaltbaren Kupplungen (4, 6) bildet.
- 2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Schwungrad über eine zweite Kupplung mit der im wesentlichen schwungradlosen Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (33 - 35) der elektrischen Maschine (3) integraler Bestandteil des axial feststehenden Druckplattenteils (21) der zweiten Kupplung (6) ist.
- 3. Antriebsanordnung insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (3) im wesentlichen in der radialen Ebene des dem Schwungrad (14, 15, 7, 8, 21, 22) zugeordneten Lagers (16) angeordnet ist.
- 4. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrische Maschine als Asynchronmaschinemit einem Läufer ausgebildet ist, der einen aus Eurzschlußringen und diese verbindenden Kurzschlußstäben bestehenden Kurzschlußkäfig aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußstäbe (35) wenigstens teilweise als Verbindungselemente (37, 45) zur Verbindung des Läufers mit dem axial feststehenden Druckplattenteil (21) und gegebenenfalls weiteren Teilen des Schwungrades (14) ausgebildet sind.
- 5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, wobei das axial feststehende Druckplattenteil an einem glockenförmigen Umfangsteil einer in der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gelagerten Trägerscheibe gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das glockenförmige Umfangsteil (36) der Trägerscheibe (14) über den Umfang verteilt angeordnete Vorsprünge (37) aufweist, die axial durch einen Teil der Kurzschlußstäbe (35) des Läufers greifen und mit diesen fest verbunden sind.
- 6. Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das Befestigungselemente (38) zur Festlegung der Kurzschlußstäbe (35) auf den Vorsprüngen (37) vorgesehen sind.
- 7. Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußstäbe (35) zusammen mit den Kurzschlußringen (34) durch Aufspritzen auf den Vorsprüngen (37) befestigt sind.
- 8. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente durch an dem Kurzschlußkäfig (34, 35) gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete und durch einen Teil der Kurzschlußstäbe (35) greifende Befestigungsbolzen (45) gebildet sind.
- 9. Antriebsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsbolzen (45) durch Aufspritzen des Kurzschlußkäfigs (34, 35) mit diesem verbunden sind.
- 10. Antriebsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsbolzen (45) eine profilierte Oberfläche zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit dem Kurzschlußkäfig (34, 35) aufweisen.
- 11. Antriebsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Oberfläche der Befestigungsbolzen (45) zugleich zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit der Trägerscheibe (14, 48) ausgebildet ist.
- 12. Antriebsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Oberfläche der Befestigungsbolzen (45) durch ein Gewinde gebildet ist.
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