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Die vorliegende Erfindung betrifft einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mit einer elektrischen Maschine.
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Ein gattungsgemäßer Antriebsstrang mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 ist bereits mit der
DE 196 45 943 A1 bekannt geworden. Bei diesem Hybrid-Antriebsstrang ist die Kupplungsscheibe der verbrennungsmotorseitig der Elektromaschine angeordneten Kupplung unmittelbar und drehfest mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden.
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In der
DE 43 08 613 A1 ist ein Kupplungsmodul für ein konventionelles, rein verbrennungsmotorisch angetriebenes Fahrzeug beschrieben, dessen Druckplattenanordnung fest mit einem an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordneten Schwungrad verbunden ist und wobei eine Kupplungsscheibe in bekannter Weise auf der Eingangswelle eines Gangwechselgetriebes zur Drehmitnahme gelagert ist.
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Die
DE 196 29 346 A1 offenbart einen Hybridantrieb mit einer zwischen einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine angeordneten Reibungskupplung. Weiterhin umfasst die Anordnung eine in der Kurbellwelle und in der Getriebeeingangswelle gelagerte Zwischenwelle. Ein abtriebsseitig von der elektrischen Maschine angeordnetes Anfahrelement ist dabei nicht vorgesehen. Eine Kupplungsscheibe ist in den Figuren der
DE 196 29 346 A1 nicht dargestellt, womit auch deren Anordnung offen bleibt.
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Die
DE 43 23 601 A1 offenbart eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und einer zwischen diesen angeordneten Kupplung, deren Kupplungsscheibe bzw. -scheiben auf der Eingangswelle eines Getriebes angeordnet sind. Ein abtriebsseitig von der elektrischen Maschine angeordnetes Anfahrelement ist hierbei nicht vorgesehen.
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Das
US-Patent 5 789 823 A beschreibt ein elektrisches Hybridgetriebe mit einem über einen Wellenstumpf und einem Torsionsdämpfer mit der Kurbelwelle verbundenen Drehmomentwandler. Das Gehäuse des Drehmomentwandlers trägt den Rotor eines Starter/Generators, welcher über den hydraulischen Kreislauf des Drehmomentwandlers den Verbrennungsmotor anlassen kann, wozu gleichzeitig eine innerhalb des Drehmomentwandlers vorgesehene Startkupplung geschlossen wird.
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Die mit der
DE 43 23 602 A1 bekannt gewordene Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug ist gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs 1 ausgebildet, wobei die Kupplungsscheibe für die verbrennungsmotorseitige Kupplung entweder mit der Kurbelwelle oder mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach zu montierenden Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug darzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Antriebsstrang gemäß Patentanspruch 1. Es wird somit ein Antriebsstrang vorgeschlagen welcher umfasst: einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator sowie eine axial zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine angeordnete Kupplung mittels der die elektrische Maschine mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in Wirkverbindung steht oder bringbar ist und ein abtriebsseitig von der elektrischen Maschine angeordnetes Anfahrelement.
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Es ist dabei vorgesehen, dass die Kupplung eine Kupplungsscheibe aufweist, die mit einer in der Kurbelwelle oder dem Schwungrad gelagerten Zwischenwelle drehfest verbunden ist.
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Die Kupplungsscheibe kann als dünnes Federblech oder dergleichen ausgebildet sein. Die Verbindung mit der Zwischenwelle kann beispielsweise über eine mit Längsverzahnungen versehene Wellen-Nabenverbindung realisiert werden. Das bedeutet, daß die Kupplungsscheibe ganz einfach auf die Zwischenwelle aufgeschoben werden kann und dort dennoch sicher und vor allem drehfest gehalten wird. Eine solche Verbindung ist in anderem Zusammenhang beispielsweise in der
DE 197 47 965 A beschrieben, so daß im Zusammenhang mit der genannten Verbindungsart der Inhalt dieser Druckschrift vollinhaltlich in die vorliegende Beschreibung mit einbezogen wird.
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Die in dem Antriebsstrang vorhandene elektrische Maschine kann in Außenläufer- oder Innenläuferbauweise ausgebildet sein. Als elektrische Maschinen sind beispielsweise Synchronmaschinen, und hier insbesondere permanenterregte Synchronmaschinen, zu nennen. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Verwendungsbereiche beschränkt. Eine besonders erwähnenswerte Maschine, an der die Erfindung nachfolgend erläutert wird, ohne den Schutzbereich jedoch auf dieses konkrete Beispiel zu beschränken, ist der Starter-Generator für Fahrzeuge. Hierbei handelt es sich um eine elektrische Maschine, deren Rotor über die Kurbelwellenlagerung des Verbrennungsmotors gelagert ist. Der Starter-Generator wird nicht nur zum Starten und Stoppen des Verbrennungsmotors verwendet, sondern er kann auch während des Motorbetriebs verschiedene Funktionen übernehmen, wie beispielsweise Bremsfunktionen, Boosterfunktionen, Batteriemanagement, aktive Schwingungsdämpfung, Synchronisierung des Verbrennungsmotors oder dergleichen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann die Kupplung ein Schwungrad aufweisen, das mit der Kurbelwelle drehfest verbunden ist. Das Schwungrad kann vorteilhaft als Blechelement ausgebildet sein. Eine solche Ausgestaltung des Schwungrads ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Brennkraftmaschine bereits von sich aus rund läuft und eine große Masse des Schwungrads nicht zwingend erforderlich ist. In weiterer Ausgestaltung kann die Kupplung unlösbar mit der Kurbelwelle verbunden sein.
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Im radial äußeren Bereich der Kupplung kann weiterhin ein geeignetes Element zur Torsionsdämpfung vorgesehen sein. Dadurch werden Drehschwingungen zwischen der Brennkraftmaschine und der mit dem Torsionsschwingungsdämpfer bestückten Kupplung gedämpft. Derartige Torsionsschwingungsdämpfer sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Sie können beispielsweise aus einer Federeinrichtung und einer Reibeinrichtung bestehen. Die Federeinrichtung kann sich unter Lasteinwirkung begrenzt verdrehen, während die Reibeinrichtung die bei Verdrehung auftretenden Drehschwingungen durch Reibung dämpft.
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Durch die besondere Anordnung des Torsionsschwingungsdämpfers ist es nicht mehr erforderlich, daß die beiden Komponenten axial hintereinander angeordnet werden müssen, wodurch der benötigte axiale Bauraum reduziert wird. Durch die Verwendung eines solchen Torsionsschwingungsdämpfers wird es weiterhin erreicht, daß die Anzahl der benötigten Bauteile reduziert wird. So können einzelne Bauteile, die sowohl für den Torsionsschwingungsdämpfer, als auch für die Kupplung benötigt werden, nur einmal – anstatt wie bisher zweimal – vorhanden sein, was sowohl die Herstellungskosten, als auch den erforderlichen axialen Bauraum reduziert.
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Vorteilhaft kann zumindest ein Teil des Schwungrads von der Kupplung gleichzeitig auch als Primärblech des Torsionsschwingungsdämpfers ausgebildet sein. Dadurch kann die Anzahl der benötigten Bauteile reduziert werden, was zu den oben geschilderten Vorteilen führt.
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Vorzugsweise kann der Torsionsschwingungsdämpfer eine oder mehrere Dämpfungsfedern aufweisen, die am radialen äußeren Ende der Kupplung angeordnet ist/sind, insbesondere am radialen äußeren Ende des als Primärblech fungierenden Schwungrads oder Schwungradteils der Kupplung. Durch die Dämpfungsfeder(n) können die auf das Primärblech wirkenden Torsionsschwingungen gedämpft werden.
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Der Torsionsschwingungsdämpfer kann weiterhin ein Mitnehmerblech aufweisen, das mit dem Primärblech verbunden ist. Dieses Mitnehmerblech kann ebenfalls ein Teilbereich des Schwungrads der Kupplung sein, so daß ein sogenanntes geteiltes Schwungrad vorliegt, das aus dem Primärblech und dem Mitnehmerblech gebildet ist.
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Bei einer solchen Ausgestaltung kann das von der Kurbelwelle übertragene Drehmoment zunächst auf den als Primärblech ausgebildeten Teilbereich des Schwungrads von der Kupplung und von dort über die Dämpfungsfedern auf das Mitnehmerblech sowie von dort schließlich auf die Kupplungsscheibe übertragen werden. Die Kupplungsbeläge werden vorzugsweise aufgeklebt, so daß keine gesonderte Belagfeder nötig ist.
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Vorteilhaft kann der Durchmesser der Kupplung, insbesondere des Schwungrades und/oder der Kupplungsscheibe kleiner sein als der radiale Abstand von der Drehachse des Rotors zum Luftspalt. Insbesondere kann der Durchmesser kleiner sein als der radiale Abstand von der Drehachse des Rotors zum Stator. Damit liegen die genannten Bauelemente vorteilhaft radial innerhalb des Luftspalts oder gar des Stators. Der Statorträger und damit auch die elektrische Maschine ist somit größer als die Kupplung beziehungsweise deren Elemente, so daß der bisher erforderliche Bauraum zwischen den einzelnen Bauelementen reduziert werden kann, was zu einer vorteilhaften Verkürzung der axialen Baulänge führt. Je nach konstruktiver Ausgestaltung des als Blechträger ausgebildeten Statorträgers ist es sogar möglich, daß sich die Kupplung oder Einzelelemente davon auf der gleichen axialen Höhe wie der Statorträger befinden, was bedeutet, daß diese Elemente koaxial zueinander angeordnet sind. Dadurch kann der axiale Bauraum noch weiter verkürzt werden.
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Mit Vorteil arbeitet die Kupplung ausschließlich als Schwungstartkupplung zum Starten des Verbrennungsmotors. Wenn die Brennkraftmaschine gestartet werden soll, wird zunächst die elektrische Maschine hochgefahren, bis der Rotor die erforderliche Drehzahl erreicht hat. Ist dies der Fall, schließt die Kupplung schlagartig, so daß die Kurbelwelle, beispielsweise über ein mit dieser verbundenes Kupplungs-Schwungrad, mitgerissen wird, so daß das für den Start der Brennkraftmaschine erforderliche Drehmoment übertragen wird. Wenn die Brennkraftmaschine im Normalbetrieb läuft, kann die Kupplung geschlossen bleiben, so daß das über die Kurbelwelle übertragene Drehmoment der Brennkraftmaschine auf die elektrische Maschine und von dort, falls gewünscht, auch auf andere Bauelemente des Antriebsstrangs übertragen werden kann (Drehmomentmitnahme).
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Vorzugsweise kann die Kupplung ein als Ausrücken ausgebildetes Betätigungselement aufweisen, wobei das Betätigungselement vorteilhaft am Statorträger ausgebildet ist. Bei entsprechender Ausgestaltung des Statorträgers kann erreicht werden, daß sich das Betätigungselement dann koaxial zum Statorträger selbst befindet, das zu einer vorteilhaften Verkürzung des erforderlichen axialen Bauraums führt.
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Die Realisierung einer wie vorstehend beschriebenen Kupplung soll anhand eines Beispiels exemplarisch verdeutlicht werden. An der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wird das Schwungrad mit der dazugehörigen Kupplungsscheibe und einer Kupplungsdruckplatte angeflanscht. Im Anschluß daran befindet sich das als Betätigungselement ausgebildete Ausrücksystem für die Kupplung, das am Statorträger angeordnet ist. Die Übertragung des Drehmoments erfolgt über die gelagerte Zwischenwelle, die das Moment von der Kupplungsscheibe auf den Rotorträger der elektrischen Maschine und möglicherweise parallel auf weitere nachfolgende Bauelemente im Antriebsstrang überträgt.
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Vorteilhaft kann der Rotor über einen Rotorträger mit der Zwischenwelle drehfest verbunden sein. Diese Zwischenwelle überträgt ein von einer Brennkraftmaschine mit Hilfe einer Kurbelwelle erzeugtes Drehmoment von dieser Kurbelwelle auf den Rotorträger und damit auf den Rotor der elektrischen Maschine, oder umgekehrt. Wenn die elektrische Maschine beispielsweise als Starter für eine Brennkraftmaschine eingesetzt wird, wird das von dem Rotor erzeugte Drehmoment über die Zwischenwelle auf die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine übertragen. Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine kann das von dieser erzeugte Drehmoment dann über die Zwischenwelle auf den Rotor und weiter parallel auf möglicherweise nachfolgende, in bezug auf die elektrische Maschine abtriebsseitig im Antriebsstrang angeordnete Bauteile übertragen werden. Schließlich kann die Zwischenwelle auch als Lagersitz für nachfolgende Bauelemente dienen.
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Vorzugsweise kann die Zwischenwelle im Statorträger gelagert sein, wozu der Statorträger ein Lager aufweisen kann. Je nach geometrischer Ausgestaltung des Statorträgers kann sich die Zwischenwelle auf gleicher axialer Höhe, das heißt koaxial zum Statorträger befinden, wodurch der erforderliche axiale Bauraum reduziert wird. Durch das Lager, das sich vorteilhaft zwischen dem Statorträger, der Zwischenwelle und dem Rotorträger befindet, kann auch die Größe des Luftspalts zwischen dem Rotor und dem Stator konstruktiv bestimmt, das heißt eingestellt werden. Weiterhin wird durch diese Art einer festen Verbindung sichergestellt, daß der Luftspalt zu jedem Zeitpunkt des Betriebs immer konstant, das heißt gleich groß bleibt. Eine bisher notwendige aufwendige Justierung oder Nachjustierung zur Einstellung des Luftspalts kann nunmehr entfallen.
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Die wie vorstehend beschriebene elektrische Maschine stellt eine in sich geschlossene Baueinheit des Antriebsstrangs dar, was von besonderem Vorteil ist. Im Gegensatz dazu wurden bisher häufig Schraubverbindungen am Rotor verwendet, insbesondere zur Einstellung des Luftspalts, so daß ein mögliches Spiel in den Schraubverbindungen bei der Montage als mögliche Fehlerquelle bei der Bestimmung des Luftspalts auftrat.
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In weiterer Ausgestaltung kann der Rotorträger an seinem in bezug auf die Drehachse des Rotors radialen Ende eine Einrichtung zur Winkellagebestimmung aufweisen oder als Einrichtung zur Winkellagebestimmung ausgebildet sein. Eine solche Einrichtung ist erforderlich, da die genaue Rotorlage, insbesondere die Lage der Rotorpolpaare, während des Betriebs der elektrischen Maschine genau bekannt sein muß. Die Bestimmung der Winkellage kann auf verschiedene Weise erfolgen.
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Wenn eine Einrichtung zur Winkellagebestimmung am Rotorträger angeordnet ist, kann diese beispielsweise als Inkrementalgeberring, Resolver oder dergleichen ausgebildet sind. Derartige Einrichtungen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. In anderer Ausgestaltung ist es denkbar, daß der Rotorträger selbst als Einrichtung zur Winkellagebestimmung ausgebildet ist. In diesem Fall könnte beispielsweise das in bezug auf die Drehachse des Rotors radiale freie Ende des Rotorträgers als Inkrementalgeberring oder dergleichen ausgebildet sein.
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Gemäß der vorgeschlagenen Lösung ist im Antriebsstrang abtriebsseitig von der elektrischen Maschine als weiteres Bauelement ein Anfahrelement vorgesehen. Somit ist die elektrische Maschine im Antriebsstrang beispielsweise axial zwischen der Kupplung und dem Anfahrelement integriert. Das Anfahrelement kann beispielsweise – jedoch nicht ausschließlich – als ein Lastschaltgetriebe, ein Drehmomentwandler, etwa ein hydrodynamischer Wandler mit automatischem Getriebe, als ein Stufengetriebe, etwa ein CVT-Getriebe (continuous variable transmission), als eine Kupplung oder dergleichen ausgebildet sein.
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Vorzugsweise kann das weitere als Anfahrelement ausgebildete Bauelement lösbar mit dem Rotorträger verbunden sein.
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Vorteilhaft kann das Anfahrelement einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als der radiale Abstand von der Drehachse des Rotors zum Luftspalt. Ähnlich wie bei der oben beschriebenen Kupplung kann durch eine solche Ausgestaltung der erforderliche axiale Bauraum verkürzt werden.
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Um auftretende Schwingungen dämpfen zu können, kann zwischen der elektrischen Maschine und dem weiteren Bauelement im Antriebsstrang, beispielsweise dem Anfahrelement, ein Schwingungsdämpfer, beispielsweise ein Torsionsschwingungsdämpfer, vorgesehen sein. Im Falle eines Torsionsschwingungsdämpfers kann dieser beispielsweise als Federkonstruktion, Zwei-Massen-Schwungrad oder dergleichen ausgebildet sein. Bei Ausgestaltung als Federkonstruktion kann der Torsionsschwingungsdämpfer primärseitig am Rotorträger und sekundärseitig am weiteren Bauelement, etwa dem Anfahrelement, angeordnet sein. Der Schwingungsdämpfer kann in bezug auf die Drehachse des Rotors radial innerhalb des Abstands Drehachse des Rotors-Luftspalt, koaxial zum Luftspalt oder im Bereich neben dem Luftspalt, das heißt axial benachbart zum Luftspalt, im Antriebsstrang angeordnet sein.
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Vorzugsweise kann die Drehmomentmitnahme zwischen Rotor und dem weiteren Bauelement von der Drehachse des Rotors aus gesehen radial innen von der Zwischenwelle erfolgen. Damit fungiert die Zwischenwelle als Lagersitz für das weitere Bauelement.
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Um eine einfache Montage des Statorträgers zu gewährleisten, kann dieser vorteilhaft an einem Gehäuse angeordnet sein, das eines oder mehrere Elemente des Antriebsstrangs umgibt. In diesem Fall kann der Statorträger über eine Schraubverbindung oder dergleichen am Gehäuse befestigt sein. Es ist aber auch denkbar, daß der Statorträger zwischen zwei unterschiedlichen Gehäusen, beispielsweise mittels einer Einklemmverbindung oder dergleichen, angeordnet ist.
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Vorzugsweise kann von der Drehachse des Rotors aus gesehen der Luftspalt einen derart großen Abstand zur Drehachse aufweisen, daß zur elektrischen Maschine im Antriebsstrang benachbart angeordnete Bauelemente in bezug auf die Drehachse des Rotors eine radiale Ausdehnung aufweisen, die kleiner als der radiale Abstand von der Drehachse zum Luftspalt ist. Das bedeutet, daß die zur elektrischen Maschine benachbarten Bauelemente in bezug auf die Drehachse des Rotors einen Durchmesser in radialer Richtung aufweisen, der kleiner ist als der radiale Durchmesser der elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine ist damit größer als die benachbarten Elemente, so daß sich diese – bei entsprechender Ausgestaltung des Statorträgers und/oder des Rotorträgers – radial innerhalb der elektrischen Maschine befinden. Dadurch wird eine Reduzierung des erforderlichen axialen Bauraums erreicht. Je nach Ausgestaltung des als Blechträger ausgebildeten Statorträgers und/oder Rotorträgers können einzelne Elemente und/oder Bestandteile der zur elektrischen Maschine benachbarten Elemente eines Antriebsstrangs nicht nur radial kleiner sein, sondern auch axial auf gleicher Höhe, das heißt koaxial zum Statorträger und/oder dem Rotorträger angeordnet sein. Dadurch kann eine noch platzsparendere Bauweise erreicht werden.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige 1 eine schematische, geschnittene Seitenansicht eines Antriebsstrangs, in dem eine erfindungsgemäße elektrische Maschine integriert ist.
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In 1 ist ein Antriebsstrang 10 dargestellt, der in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Der Antriebsstrang 10 weist zunächst eine von einem Motorgehäuse 12 umgebene Brennkraftmaschine 11 auf, im vorliegenden Fall einen Verbrennungsmotor 11. In der Brennkraftmaschine 10 ist weiterhin eine Kurbelwelle 13 vorgesehen, über die ein erzeugtes Drehmoment übertragen, oder je nach Zustand der Brennkraftmaschine 11 auch aufgenommen werden kann.
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Im dargestellten Antriebsstrang 10 ist eine Kupplung 20, eine elektrische Maschine 60 und ein als hydrodynamischer Wandler ausgebildetes Anfahrelement 40 vorgesehen. Die elektrische Maschine 60 ist axial zwischen der Kupplung 20 und dem Anfahrelement 40 im Antriebsstrang 10 integriert.
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Die Kupplung 20 weist ein als Blechelement ausgebildetes Schwungrad 21 auf, das über Kurbelwellenschrauben 22 und Zwischenbleche 23 mit der Kurbelwelle 13 drehfest verbunden ist. Weiterhin ist eine als dünnes Federblech ausgebildete Kupplungsscheibe 24 vorgesehen, die über eine Längsverzahnung 25 und eine Wellen-Nabenverbindung 26 mit der Zwischenwelle 86 eines Rotors 80 der elektrischen Maschine verbunden ist. Die Kupplungsscheibe 24 ist dazu über eine Nietverbindung 29 mit einem Verbindungsfuß 30 verbunden, in dem die einzelnen Elemente für die Wellen-Nabenverbindung 26 vorgesehen sind. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist die Nietverbindung 29 der Kupplungsscheibe 24 mit dem Verbindungsfuß 30 in bezug auf die Drehachse 100 des Rotors 80 radial innen von der Verbindung des Schwungrads 21 mit der Kurbelwelle 13 über die Kurbelwellenschrauben 22 ausgebildet. Auch wenn die Verbindung zwischen Verbindungsfuß 30 und Kupplungsscheibe 24 im vorliegenden Beispiel über die Nietverbindung 29 erfolgt, sind auch andere Verbindungsarten denkbar. Beispielsweise kann diese Verbindung über eine Schweißverbindung realisiert werden, oder aber die beiden Bauelemente sind einteilig ausgebildet.
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Die Kupplung 20 weist schließlich noch eine Druckplatte 27 und ein Betätigungselement 28 auf das im vorliegenden Fall als Ausrücker ausgebildet und an einem Statorträger 64 der elektrischen Maschine 60 angeordnet ist.
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Abtriebsseitig von der elektrischen Maschine 60 ist im Antriebsstrang das als hydrodynamischer Wandler ausgebildete Anfahrelement 40 vorgesehen. Der hydrodynamische Wandler 40 weist ein Turbinenrad 41, ein Pumpenrad 42 und ein Leitrad 43 auf. Weiterhin ist noch eine Überbrückungskupplung 45 vorgesehen. Der hydrodynamsiche Wandler 40 sowie die elektrische Maschine 60 werden von einem Getriebegehäuse 50 umgeben.
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Die elektrische Maschine 60 besteht aus einem Stator 61 und einem Rotor 80. Zwischen dem Stator 61 und dem Rotor 80 befindet sich ein Luftspalt 70, um dem Rotor 80 das freie Drehen zu ermöglichen.
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Der Stator 61 weist ein Statorblechpaket 62 mit einer Anzahl von Statorwicklungen 63 auf. Der Stator 61 ist am Statorträger 64 angeordnet. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist der Statorträger nicht aus einem Gußmaterial hergestellt, sondern als Blechelement ausgebildet. Damit wird er zum einen wesentlich leichter. Zum anderen kann der Statorträger 64 auch in unterschiedlichsten und komplizierten Geometrien ausgebildet sein. Der Statorträger 64 weist eine oder mehrere Ausklinkungen 65 auf, über die es ermöglicht wird, den Stator 61 am Statorträger 64 zu befestigen. Im vorliegenden Fall ist der Stator 61 im Bereich der Ausklinkungen 65 über geeignete Befestigungselemente 67, beispielsweise Nietverbindungen oder dergleichen, mit dem Statorträger 64 verbunden. Weiterhin weist der Statorträger 64 eine oder mehrere Ausnehmungen 66 auf, mit deren Hilfe der hydrodynamische Wandler 40 mit dem Rotorträger 83 verbunden werden kann. Im vorliegenden Fall wird diese Verbindung über eine lösbare Schraubverbindung 85 realisiert.
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An dem Statorträger 64 ist weiterhin über eine Schraubenverbindung 68 der Ausrücker 28 verbunden.
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Schließlich weist der Statorträger 64 noch ein Lager 75 auf, über das die Zwischenwelle 86 des Rotors 80 getragen wird. Über das Lager 75, das zwischen dem Statorträger 75, der Zwischenwelle 86 und dem Rotorträger 83 angeordnet ist, wird konstruktiv die Breite des Luftspalts 70 zwischen Rotor 80 und Stator 61 bestimmt, so daß die bisher erforderliche Justierung bei der Montage nunmehr entfallen kann.
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Der Rotor 80 besteht aus einem Rotorblechpaket 81 mit einer Anzahl von Permanentmagneten 82 und ist am Rotorträger 83 angeordnet. Der Rotorträger 83 ist ebenfalls als Blechträger ausgebildet. Die Verbindung zwischen Rotor 80 und Rotorträger 83 erfolgt über geeignete Befestigungselemente 88, beispielsweise Nietverbindungen oder dergleichen.
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Der Rotorträger 83 ist über eine Nietverbindung 84 drehfest mit der Zwischenwelle 86 verbunden. Die Zwischenwelle 86 wird zum einen von dem Lager 75 des Statorträgers 64, und zum anderen von der Kurbelwelle 13 oder dem Schwungrad 21 gehalten.
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Die Drehung des Rotors 80 erfolgt um eine Drehachse 100.
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Im Hinblick auf diese Drehachse 100 ist am radialen, freien Ende des Rotorträgers 83 eine Einrichtung zur Winkellagebestimmung 90 vorgesehen, beispielsweise ein Inkrementalgegerring, über die jeweils die genaue Winkellage des Rotors 80 bestimmt werden kann.
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Die Zwischenwelle 86 ist über eine Lager-Zapfen-Verbindung 95 mit dem Wandler 40 verbunden. Diese Verbindung kann beispielsweise so aussehen, daß in der Zwischenwelle 86 eine Lageröffnung vorgesehen ist, in die ein Zentrierzapfen des Wandlers 40 eingesteckt wird. Vorteilhaft ist diese Verbindung unlösbar ausgebildet. In bezug auf die Drehachse 100 des Rotors 80 liegt die Lager-Zapfen-Verbindung 95 radial innen von der Zwischenwelle 86. Die Zwischenwelle 86 kann somit ein Drehmoment von der Kupplungsscheibe auf den Rotorträger 83 und parallel auf den nachfolgenden Wandler 40 übertragen.
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Wie aus der Figur zu erkennen ist, sind der Statorträger 64 und der Rotorträger 83 derart ausgebildet, daß von der Drehachse 100 des Rotors 80 aus gesehen der Luftspalt 70 einen derart großen Abstand zur Drehachse 100 aufweist, daß die zur elektrischen Maschine 60 im Antriebsstrang 10 benachbart angeordnete Kupplung 20 sowie der Wandler 40 in bezug auf diese Drehachse 100 des Rotors 80 eine radiale Ausdehnung aufweisen, die kleiner ist als der radiale Abstand von der Drehachse 100 zum Luftspalt 70. Das bedeutet, daß die Kupplungsscheibe 24 und das Schwungrad 21 radial innerhalb des Luftspalts 70 liegen. Bevorzugt ist, daß diese Elemente sogar radial innerhalb des Stators 61 liegen. Weiterhin ist der Abstand des Luftspalts 70 von der Drehachse 100 derart groß gewählt, daß sich dieser radial außerhalb vom Außendurchmesser des Pumpenrads 42 befindet. Der Durchmesser des Statorträgers 64 und des Rotorträgers 83 ist damit größer als derjenige der benachbarten Bauelemente. Damit kann der erforderliche axiale Abstand zwischen den einzelnen Bauelementen reduziert werden, was eine vorteilhafte Verkürzung des axialen Bauraums zur Folge hat.
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Wie aus der Figur weiterhin ersichtlich ist, sind der Statorträger 64 und der Rotorträger 83 derart geformt, beispielsweise durch ein geeignetes Umformverfahren, daß sich die Anbindung des Wandlers 40 an die Zwischenwelle 86, der Ausrücker 28, die Anbindung des Rotorträgers 83 an die Zwischenwelle 86 und die Lagerung der Zwischenwelle 86 über das Lager 75 nicht nur in bezug auf die Drehachse 100 des Rotors 80 radial innerhalb der elektrischen Maschine 60 befinden, sondern daß sich die genannten Bauelemente auch auf gleicher axialer Höhe zum Statorträger 64 und zum Rotorträger 83 befinden, was heißt, daß sie koaxial dazu angeordnet sind. Dadurch kann der erforderliche axiale Bauraum noch weiter reduziert werden.
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Der Statorträger 64 ist im vorliegenden Fall auf einfache Weise montiert, indem er zwischen dem Motorgehäuse 13 und dem Getriebegehäuse 50 eingeklemmt ist.
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Nachfolgend wird nun die Funktionsweise eines derart ausgebildeten Antriebsstrangs 10 beschrieben. Wenn der Verbrennungsmotor 11 gestartet werden soll, wird zunächst der Rotor 80 der elektrischen Maschine 60 in Rotation versetzt. Bei Erreichen der erforderlichen Drehzahl schließt die Kupplung 20. Da sowohl der Rotor 80, als auch die Kupplungsscheibe 24 drehfest mit der Zwischenwelle 86 verbunden sind, dreht die Kupplungsscheibe 24 mit der gleichen Umdrehungszahl wie der Rotor 80. Beim Schließen der Kupplung 20 reißt die Kupplungsscheibe 24 das Schwungrad 21 mit, so daß auch die mit dem Schwungrad 21 drehfest verbundene Kurbelwelle 13 in Drehung versetzt wird. Das Drehmoment der Zwischenwelle 86 beziehungsweise des Rotorträgers 83 kann somit auf die Kurbelwelle 13 übertragen werden, wodurch der Verbrennungsmotor 11 gestartet wird.
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Im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 11 kann die elektrische Maschine 60 als Generator fungieren. Dabei wird das im Verbrennungsmotor 11 und über die Kurbelwelle 13 erzeugte Drehmoment über die Kupplung 20 auf die Zwischenwelle 86 und den Rotorträger 83 sowie auf den nachfolgenden Wandler 40 übertragen.
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Die Montage des wie vorstehend beschriebenen Antriebsstrangs 10 kann wie folgt geschehen. Die einzelnen Bauelemente können zunächst einzeln gefertigt und montiert und anschließend im Antriebsstrang 10 integriert werden.
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In einem Schritt kann die elektrische Maschine 60, die im vorliegenden Beispiel als Starter-Generator ausgebildet ist, montiert werden. Dazu kann der Statorträger 64 mit dem Stator-Blechpaket 62 verbunden, beispielsweise vernietet werden. Weiterhin kann das Lager 75 in den Statorträger 64 eingebracht, beispielsweise eingepreßt werden. Der Ausrücker 28 der Kupplung 20 kann am Statorträger 64 angeordnet, beispielsweise angeschraubt werden. Die Zwischenwelle 86 kann mit dem Rotorträger 83 verbunden, beispielsweise vernietet werden. Der Rotorträger 83 kann bereits den Rotor 80 und die Einrichtung zur Winkellagebestimmung 90 tragen. Zur Fertigstellung kann das Lager 75 anschließend mit dem Stator 61 auf die Zwischenwelle 86 aufgeschoben werden.
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In einem anderen Schritt wird die Kupplung 20 montiert. Dazu kann die Kupplungsscheibe 24 mit dem Verbindungsfuß 30 verbunden, beispielsweise vernietet werden. Die Reibbeläge (nicht dargestellt) können aufgeklebt und die Druckplatte 27, optional mit einer Anpreßplatte und einer Membranfeder, angebracht, beispielsweise vernietet werden. Das Schwungrad 21 kann über die Kurbelwellenschrauben 22 und die Zwischenbleche 23 mit der Kurbelwelle 13 drehfest verbunden werden. Die Kupplungsscheibe 24 kann danach zentriert und auf das Schwungrad 21 aufgelegt werden. Anschließend kann die Druckplatte 27 am äußeren, freien Ende 31 des Schwungrades 21 befestigt, beispielsweise vernietet werden.
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Nachdem die Kupplung 20 an der Kurbelwelle 13 befestigt wurde, kann zunächst die elektrische Maschine 60 mit dem Anfahrelement 40 verschraubt werden. Diese Baueinheit kann dann mit der Zwischenwelle 86 in die Kurbelwelle 13 oder die Schwungscheibe 21 eingeführt werden. Dabei kommt auch die drehfeste Verbindung zwischen der Kupplungsscheibe 24 und der Zwischenwelle 86 über die Wellen-Nabenverbindung 26 zustande.
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Es entsteht auf konstruktiv einfache Weise ein Antriebsstrang 10 mit im Vergleich zum Stand der Technik stark verkürztem axialem Bauraum.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebsstrang
- 11
- Brennkraftmaschine
- 12
- Motorgehäuse
- 13
- Kurbelwelle
- 20
- Kupplung
- 21
- Schwungrad
- 22
- Kurbelwellenschraube
- 23
- Zwischenblech
- 24
- Kupplungsscheibe
- 25
- Längsverzahnung
- 26
- Wellen-Nabenverbindung
- 27
- Druckplatte
- 28
- Betätigungselement (Ausrücker)
- 29
- Niet
- 30
- Verbindungsfuß
- 31
- äußeres freies Ende des Schwungrads
- 40
- Anfahrelement (Drehmomentwandler)
- 41
- Turbinenrad
- 42
- Pumpenrad
- 43
- Leitrad
- 45
- Überbrückungskupplung
- 50
- Getriebegehäuse
- 60
- Elektrische Maschine
- 61
- Stator
- 62
- Statorblechpaket
- 63
- Statorwicklung
- 64
- Statorträger
- 65
- Ausklinkung
- 66
- Ausnehmung
- 67
- Befestigungselement (Niet)
- 68
- Schraube
- 70
- Luftspalt
- 75
- Lager
- 80
- Rotor
- 81
- Rotorblechpaket
- 82
- Permanentmagnet
- 83
- Rotorträger
- 84
- Niet
- 85
- Schraube
- 86
- Zwischenwelle
- 87
- radiales Ende
- 88
- Befestigungselement (Niet)
- 90
- Einrichtung zur Winkellagebestimmung
- 95
- Lager-Zapfen-Verbindung
- 100
- Drehachse Rotor