DE3243513C2

DE3243513C2 -

Info

Publication number: DE3243513C2
Application number: DE3243513A
Authority: DE
Inventors: Paulus Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg De Heidemeyer; Klaus-J. Dipl.-Ing. 3174 Meine De Lemke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1982-11-25
Filing date: 1982-11-25
Publication date: 1992-08-06
Also published as: DE3243513A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Antriebsanordnung ist bekannt aus der DE 30 48 972 A1. Diese offenbart eine Antriebsanordnung mit einer als Heteropolarmaschine ausgebildeten elektrischen Maschine. Für diesen Typ von elektrischen Maschinen wird eine besonders kompak te Bauweise vorgeschlagen. Die in der DE 30 48 972 A1 offenbarte Antriebsanordnung ermöglicht einen Betrieb der elektrischen Ma schine zugleich als Lichtmaschine und Anlasser für den Verbren nungsmotor. Selbstverständlich könnte aber bei entsprechender Be messung der elektrischen Maschine diese auch zum Antrieb des Fahrzeugs herangezogen werden, wodurch ein Fahrzeughybridantrieb entsteht.

Aus der DE 29 25 675 A1 und DE 30 13 424 A1 sind Maschinenanordnungen bekannt, bei denen der Läufer der elektrischen Maschine am äuße ren Umfang des Schwungrades bzw. einer der Druckplatten der Kupp lungen angeordnet ist. Der Läufer bildet also ein besonderes, von den anderen Bauteilen im wesentlichen funktionell getrenntes Bau teil, das den Bauraum der Anordnung vergrößert.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ausgehend von einer Antriebsanordnung der im Oberbegriff angege benen 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.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Durch die Ausgestaltung der elektrischen Maschine als Asyn chronmaschine können die Kurzschlußstäbe des Läufers wenigstens teilweise als Verbindungselemente zur Verbindung des Läufers mit dem axial feststehenden Druckplattenteil und gegebenenfalls wei teren Teilen des Schwungsrades ausgebildet werden. Auf diese Weise übernehmen die Kurzschlußstäbe des Läufers noch weitere Funkti onen, nämlich die der mechanischen Verankerung des Läufers. Da durch, daß der Läufer der Asynchronmaschine einen integralen Be standteil eines der axial feststehenden Druckplattenteil der Kupplungen bildet, wird der für die Gesamtanordnung benötigte Bauraum verringert. Der Läufer der elektrischen Maschine und ins besondere dessen Blechpaket bildet also einen Teil der Masse des feststehenden Druckplattenteils einer der Kupplungen und über nimmt dabei neben seiner elektrischen Aufgabe auch Aufgaben des Druckplattenteils.

Durch die Ausbildung des Läufers als integraler Bestandteil des axial feststehenden Druckplattenteils der verbrennungsmotorseiti gen Kupplung wird die Möglichkeit geboten, die elektrische Ma schine 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 Verlage rungen des Läufers durch Kippmomente weitgehend ausgeschlossen. Dies schafft die Möglichkeit, den über einen wesentlichen Teil der Verluste der elektrischen Maschine entscheidenden Luftspalt zwischen dem Ständerteil und dem Läuferteil der Asynchronmaschine genau und enger einzustellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge stellt und werden im folgenden näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Fahr zeugantriebsanordnung mit dem durch jeweils eine Kupplung mit dem Verbrennungsmotor bzw. der Ab triebswelle verbindbaren Schwungrad und der auf dieses einwirkenden elektrischen Maschine und

Fig. 2 in einer vergrößerten Einzeldarstellung eine al ternative 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 wor den.

Dabei ist mit 1 eine schwungradlose Kurbelwelle eines herkömmli chen Hubkolben-Verbrennungsmotors, wie er zum Antrieb von Kraft fahrzeugen üblich ist, mit 2 eine zu einem hier nicht dargestell ten Geschwindigkeitswechselgetriebe führende Abtriebswelle, mit 3 eine nach Art einer Asynchronmaschine ausgebildete elektri sche Maschine und mit 4 ein über zwei Kupplungen 5 und 6 mit der Abtriebswelle 2 bzw. der Motorkurbelwelle 1 verbindbares Schwung rad bezeichnet. Eine erste als Trenn- und Anfahrkupplung zu be zeichnende Kupplung 5 entspricht im wesentlichen den Ausführungen herkömmlicher Kraftfahrzeugkupplungen und weist ein axial fest stehendes Druckplattenteil 7 sowie ein axial bewegliches Druck plattenteil 8 auf, zwischen denen die Kupplungsbeläge 10 einer mittels eines Nabenteils 11 drehfest auf der Abtriebswelle 2 ge haltenen 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 ei ner Trägerscheibe 14, verbunden, die ihrerseits an einem Rad teil 15 befestigt ist, das in der Kurbelwelle 1 des Verbrennungs motors gelagert ist. Dazu dienen zwei mit relativ großem Ab stand 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 Schwunggradkupplung zu bezeichnende Kupplung 6 weist ein axial feststehendes Druckplattenteil 21 und ein axial bewegliches Druckplattenteil 22 auf, die beide mit der Träger scheibe 14 des Schwungrades 4 zumindest drehfest verbunden sind. Zwischen den beiden Druckplattenteilen 21 und 22 sind die an einer Kupplungsscheibe 24a befestigten Kupplungsbeläge 25 angeordnet, wobei die Kupplungsscheibe 24a unter Zwischenschaltung einer Mitnehmerscheibe 24b mit der Kurbelwelle 1 des Verbrennungsmo tors 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 je doch zum Zwecke der Axialverbindung 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 an greift 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 Schwung rads 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 be zeichnet, die für die Rückstellung des axial beweglichen Druck plattenteils 22 beim Ausrücken der durch die Kraft der Tellerfe der 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 mehr fach 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 Fahr zeugaggregats 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 zusammenhalten den, aus den Kurzschlußringen 34 und den Kurzschlußstäben 35 be stehenden 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 Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, daß von einem am äußeren Umfang der Tragscheibe 14 angeordneten, das axial be wegliche Druckplattenteil 22 umgreifenden Glockenteil 36 einzelne gleichmäßig über den Umfang verteilte fingerartige Vorsprünge 37 vorstehen, die durch einige wenige Kurzschlußstäbe 35 des Kurz schlußkäfigs des Läufers hindurchgreifen und an ihrem mit einem Gewinde versehenen bolzenförmigen Ende 39 eine durch eine Schei be 38a gesicherte Befestigungsmutter 38b aufweisen. Auf diese Wei se wird bei einem Teil der Kurzschlußstäbe 35 der zentral innere Teil zugleich zur Befestigung des Läufers der elektrischen Maschi ne 3 an dem axial feststehenden Druckplattenteil 21 bzw. zur Be festigung der aus dem Läufer und dem Druckplattenteil 21 gebilde ten Einheit an dem Glockenteil 36 der Tragscheibe 14 des Schwung rades 4 herangezogen. Dabei reicht es aus, wenn nur einige wenige, beispielsweise etwa 6-10 der insgesamt 50-70 Kurzschluß stäbe 35 über den Umfang gleichmäßig verteilt von den fingerarti gen Vorsprüngen 37 des Glockenteils 36 durchdrungen werden.

Auf die vorstehend geschilderte Weise dient der Läufer der elektri schen Maschine hier nicht nur zur Erfüllung der elektrischen Auf gaben, sondern er übernimmt durch seine Integration zugleich auch Aufgaben des axial feststehenden Druckplattenteils 21 der Schwunggradkupplung 6, wobei er dieses verstärkt und ver steift. 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 Läu fer integraler Bestandteil des feststehenden Druckplattenteils 21 der motorseitigen Schwungradkupplung 6 ist, den besonderen Vor teil 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 in folge 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 Kurz schlußringen 34 und den Kurzschlußstäben 35 bestehende Kurzschluß käfig unmmittelbar auf den fingerartigen Vorsprüngen durch ein Me tallspritzverfahren befestigt wird, wodurch bei entsprechender Ausbildung der fingerartigen Vorsprünge 37 eine sowohl vom elektri schen als auch vom mechanischen Standpunkt aus besonders günstige Verbindung erreicht wird.

Auch bei der Ausführung nach der Fig. 2 soll ein solches Auf spritzverfahren verwendet werden, indem der aus den Kurzschluß ringen 34 und den Kurzschlußstäben 35 bestehende Kurzschluß käfig auf besondere, gleichmäßig über den Umfang verteilt an geordnete, als Gewindebolzen ausgeführte Befestigungsbolzen 45 aufgespritzt wird. Die den Läufer bildende Baueinheit, die selbstverständlich dann auch das Blech paket 33 umfaßt, wird anschließend in die gestufte Ausnehmung 40 des axial feststehenden Druckplattenteils 21 der Schwungradkupp lung 6 eingefügt, wobei die von dem Läufer vorstehenden Gewinde bolzen 45 durch Bohrungen 46 des Druckplattenteils 21 sowie Bohrun gen 47 eines massiven Ringteils 48 der Trägerscheibe 14 hindurch greifen und an dem trägerscheibenseitigen Ende mittels Befesti gungsschrauben 49 und Sicherungsscheiben 50 festgelegt werden. Dabei sichert das Aufspritzen des vorzugsweise aus einer Aluminium legierung 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 Ver bindung, die infolge ihrer luftspaltfreien Ausbildung auch den elektrischen Anforderungen bei solchen Kurzschlußringen genügt. Hierbei ist der Gedanke wesentlich, einen Teil zumindest der Kurz schlußstäbe 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 brauch ten lediglich die dann auch an diesem Ende mit einer profilier ten Oberfläche versehenen Gewindebolzen 45 in Ausnehmungen des massiven Ringteils 48 der Trägerscheibe 14 eingelegt oder ein gedrückt zu werden, wobei etwaige Zwischenräume während des Spritz verfahrens des Kurzschlußkäfigs mit ausgefüllt werden.

Dabei würde sich zwar in den Bereichen, in denen die üblicherweise aus Eisenwerkstoffen bestehenden Befestigungselemente den Kurz schlußkäfig und insbesondere dessen Kurzschlußstäbe 35 durchdrin gen, 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 Asynchronmaschine auftretenden Frequenzen eine Strom verdrängung in die äußeren Umfangsbereiche der Kurzschlußstäbe 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 elek trischen Maschine mit den im Betrirb umlaufenden Druckplatten teilen 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 Ma schine in die Druckplattenteile der zweiten oder Schwungradkupp lung 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

1. Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbren nungsmotor, einem durch wenigstens eine schaltbare Kupp lung mit einem über ein Getriebe zu den Antriebsrädern führenden Abtrieb verbindbaren Schwungrad, das die Druck platten 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 verbindba ren Ständer und einen mit dem rotierenden Schwungrad ver bundenen Läufer aufweist, der einen integralen Bestandteil eines axial feststehenden Druckplattenteils der schaltba ren Kupplung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (3) als Asynchronmaschine ausgebildet ist, deren Läufer (33-35) einen Kurzschlußkäfig aufweist, welcher aus Kurzschlußringen (34) und diese miteinander verbindenden Kurzschlußstäben (35) gebildet ist, wobei die Kurzschlußstäbe (35) wenigstens teilweise als Verbindungs element (37, 45) zur Verbindung des Läufers (33-35) mit dem axial feststehenden Druckplattenteil (21) und gegebe nenfalls weiteren Teilen des Schwungrades (Trägerscheibe 14) ausgebildet sind.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, bei der das axial feststehende Druck plattenteil an einem glockenförmigen Umfangsteil einer in der Kurbel welle des Verbrennungsmotors gelagerten Trägerscheibe gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das glockenförmige Umfangsteil (36) der Trä gerscheibe (14) über den Umfang verteilt angeordnete Vorsprünge (37) aufweist, die axial durch einen Teil der Kurzschlußstäbe (35) des Läufers greifen und mit diesem fest verbunden sind.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Befesti gungselemente (38) zur Festlegung der Kurzschlußstäbe (35) auf den Vor sprüngen (37) vorgesehen sind.

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurz schlußstäbe (35) zusammen mit den Kurzschlußringen (34) durch Aufspritzen auf den Vorsprüngen (37) befestigt sind.

5. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver bindungselemente durch an dem Kurzschlußkäfig (34, 35) gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete und durch einen Teil der Kurzschlußstäbe (35) greifende Befestigungsbolzen (45) gebildet sind.

6. Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befesti gungsbolzen (45) durch Aufspritzen des Kurzschlußkäfigs (34, 35) mit diesem verbunden sind.

7. Antriebsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Be festigungsbolzen (45) eine profilierte Oberfläche zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit dem Kurzschlußkäfig (34, 35) aufweisen.

8. Antriebsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die profi lierte Oberfläche der Befestigungsbolzen (45) zugleich zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit der Trägerscheibe (14, 48) ausge bildet ist.

9. Antriebsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Oberfläche der Befestigungsbolzen (45) durch ein Gewinde gebildet ist.

10. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Schwungrad über eine zweite Kupplung mit der im wesentlichen schwungradlosen Kurbelwelle des Verbren nungsmotors 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.

11. Antriebsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, 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.