DE3243513C2 - - Google Patents
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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 (11)
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.
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