DE102007048443A1

DE102007048443A1 - Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102007048443A1
Application number: DE102007048443A
Authority: DE
Inventors: Johann Märkl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2009-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine, deren Kraftabgabewelle über eine Schwungmasse und ggf. eine Kupplung auf ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe des Kraftfahrzeuges treibt, sowie mit wenigstens einer Elektromaschine, die ebenfalls auf die Schwungmasse abtreibt. Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Elektromaschine (56) mit ihrer Drehachse (66) unter einem vorgegebenen Winkel (α; β) gegen die Drehachse (68) der Kraftabgabewelle (12) geneigt und mittels eines Zahnradtriebes (58; 76; 86) mit der Schwungmasse, insbesondere einem Schwungrad (18), mittelbar oder unmittelbar trieblich verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Antriebsvorrichtung mit schwungradseitiger Starter-Generator-Vorrichtung zeigt z. B. die DE 199 51 575 C2 , bei der der ringförmige Elektromotor koaxial und radial außerhalb eines mit einem Drehschwingungsdämpfer (Zweimassenschwungrad) kombinierten Schwungrades der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Gemäß der DE 199 11 925 A1 ist der Elektromotor der Starter-Generator-Vorrichtung achsparallel zur Drehachse der Kraftabgabewelle der Brennkraftmaschine seitlich angebaut und mittels eines Zahnradtriebes mit dieser trieblich verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der vorzuschlagen, die größere, konstruktive Freiheitsgrade bei der Anordnung einer der elektrischen Maschine und ggf. weiterer Bauteile des Antriebsaggregates bei baulich günstiger Konstruktion ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der die elektrische Maschine, insbesondere eine Elektromotor der Starter-Generator-Vorrichtung, mit ihrer Drehachse unter einem vorgegeben Winkel, bevorzugt senkrecht oder schräg zur Drehachse der Kraftabgabewelle angeordnet und mittels eines Zahnradtriebes mit der Schwungmasse bzw. dem Schwungrad trieblich verbunden ist. Dies ermöglicht eine Anordnung und Auslegung der Elektromaschine mit weitgehender Nutzung im Kraftfahrzeug vorhandener Bauräume. Der insbesondere Elektromotor kann baulich einfach und kompakt ausgeführt und an konstruktive Gegebenheiten optimal angepasst sein. Der Begriff Schwungrad ist hierbei im weiteren Sinne zu verstehen und soll generell die gesamte Schwungmasse umfassen.
Neben der senkrechten Positionierbarkeit in Umfangsrichtung des Schwungrades kann der z. B. Elektromotor auch bevorzugt zwischen 0 Grad bis 70 Grad, bevorzugt zwischen 0 Grad bis 45 Grad, höchst bevorzugt zwischen 0 Grad bis 30 Grad gegenüber einer Rotationsebene des Schwungrades geneigt angeordnet und mittels eines Kegelradtriebes oder eines entsprechend angepassten Planradtriebes mit dem Schwungrad zusammenwirken.
In vorteilhafter Weise kann in das Schwungrad ein Drehschwingungsdämpfer integriert sein, wobei die Elektromaschine auf das die Sekundärmasse bildende Abtriebsteil des Drehschwingungsdämpfers treibt. Neben einer baulich günstigen Anordnung wird damit sichergestellt, dass sowohl der Zahnradtrieb als auch die Elektromaschine von den Drehschwingungen der Brennkraftmaschine entkoppelt sind.
Bevorzugt kann dabei das Abtriebsteil des Drehschwingungsdämpfers zugleich die Basisplatte der nachgeschalteten Trennkupplung bilden, woraus Vorteile hinsichtlich der Montage als auch des Teileaufwandes der Antriebsvorrichtung resultieren. Die Basisplatte der Trennkupplung kann fertigungstechnisch günstig einen Zahnkranz tragen, der mit dem Zahnritzel des z. B. Elektromotors in Eingriff ist.
Die Elektromaschine kann z. B. in Richtung des Wechselgetriebes geneigt sein und damit eine noch verbesserte konstruktive Anpassung an gegebene Einbauverhältnisse darstellen.
Desweiteren kann die Elektromaschine montagegünstig an eine an die Brennkraftmaschine angeflanschte, das Schwungrad umschließende Kupplungsglocke des Gehäuses des Wechselgetriebes angebaut sein.
Alternativ kann die mit der Elektromaschine zusammenwirkende Verzahnung des Zahnradtriebes auf einem platten- bzw. scheibenförmigen Mitnehmerblech des mit der Kraftabgabewelle verschraubten Schwungrades ausgebildet sein. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Elektromaschine in Richtung der Brennkraftmaschine geneigt ist, wodurch z. B. ein größerer Freiraum für die Anordnung eines nachgeschalteten Drehschwingungsdämpfers geschaffen ist.
Ferner kann in baulich günstiger Weise das Schwungrad einen im Querschnitt S-förmigen Zwischenflansch aufweisen, der mit dem z. B. scheibenförmigen Mitnehmerblech fest verbunden ist und der die mit der Elektromaschine zusammenwirkende Verzahnung trägt. Durch die Konzeption des Zwischenflansches kann die räumliche Anpassung des Zahntriebes an das Schwungrad konstruktiv vereinfacht werden; ferner kann durch die S-förmige Einschnürung ein Freiraum geschaffen werden, der bei frontgetriebenen Kraftfahrzeugen ggf. die Anordnung einer die Drehachse des Schwungrades kreuzenden Abtriebswelle eines seitlich angebauten Differenziales ermöglicht.
Fertigungstechnisch günstig kann die mit der Elektromaschine zusammenwirkende Verzahnung durch spanlose Umformung unmittelbar in das Schwungrad eingeprägt sein.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können mehrere elektrische Maschinen, insbesondere Elektromotoren sternförmig vorgesehen sein, die jeweils mit der Verzahnung des Schwungrades trieblich verbunden sind.
Dabei können zur Anpassung an verschiedene Betriebssituationen des Kraftfahrzeuges die Elektromaschine zueinander unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse und/oder Leistungskennwerte aufweisen.
Bevorzugt ist die elektromaschine durch eine Starter-Generator-Vorrichtung mit Elektromotor gebildet.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 Einen teilweisen Längsschnitt einer Antriebsvorrichtung mit zwischen einer Kraftabgabewelle einer Brennkraftmaschine und einem nachgeschalteten Geschwindigkeits-Wechselgetriebe angeordneten Schwungrad mit einem Drehschwingungsdämpfer, einer Trennkupplung und einer Starter-Generator-Vorrichtung mit einem Elektromotor und einem Zahnradtrieb,
2 in grob schematischer Darstellung eine alternative Antriebsvorrichtung, bei der die Starter-Generator-Vorrichtung auf ein scheibenförmiges Mitnehmerblech des Schwungrades wirkt, und
3 ebenfalls in grob schematischer Darstellung eine weitere, alternative Antriebsvorrichtung, bei der die Starter-Generator-Vorrichtung mit dem Primärteil des Drehschwingungsdämpfers des Schwungrades zusammenwirkt.
Die 1 zeigt eine Antriebsvorrichtung 10 für Kraftfahrzeuge, die jedoch nur soweit beschrieben ist, als dies für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Im Detail nicht beschriebene Bauteile wie der Drehschwingungsdämpfer und die Trennkupplung sind in dem Fachmann geläufiger Bauweise ausgeführt.
Gemäß 1 sind zwischen der Kraftabgabewelle bzw. Kurbelwelle 12 der Brennkraftmaschine (nicht weiter dargestellt) und der Eingangswelle 14 eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes (z. B. einem Schaltgetriebe) innerhalb einer Kupplungsglocke 16 ein Schwungrad 18 mit integriertem Drehschwingungsdämpfer 20 und einer nachgeschalteten Trennkupplung 22 angeordnet. Die Kupplungsglocke 16 ist an das Kurbelgehäuse 17 der Brennkraftmaschine (nur angedeutet) in üblicher Weise angeflanscht.
Die besagten Bauteile 18, 20, 22 bilden die an die Kurbelwelle 12 trieblich angebundene Schwungmasse, die sich am Drehschwingungsdämpfer 20 in eine Primärmasse und eine Sekundärmasse aufteilt.
Der primärseitige Abschnitt des Schwungrades 18 setzt sich zusammen aus einem scheibenförmigen, mit der Kurbelwelle 12 verschraubten Mitnehmerblech 24, einem am Mitnehmerblech 24 mittels Schrauben 26 befestigten Zwischenflansch 28 und dem flanschförmigen Primärteil 30 des Drehschwingungsdämpfers 20. Der Zwischenflansch 28 und das Primärteil 30 sind unter Zwischenschaltung einer Abstandshülse 32 über Schrauben 34 aneinander befestigt.
Der sekundärseitige Abschnitt des Schwungrades 18 weist ein flanschförmiges Sekundärteil 36 auf, das über umfangsverteilte Dämpfungsfedern 38 und 40 in bekannter Weise an das Primärteil 30 gekoppelt ist und das trieblich mit einer Basisplatte 42 der Trennkupplung 22 verbunden ist. Die Basisplatte 42 ist auf der Eingangswelle 14 des Wechselgetriebes über eine Wälzlagerung 44 verdrehbar gelagert. Ferner zählen zur sekundärseitigen Schwungmasse u. a. die in Drehrichtung formschlüssig mit der Eingangswelle 14 verbundene Mitnehmerscheibe 46 und die Anpressplatte 48 der Trennkupplung 22, sowie deren mit der Basisplatte 42 über Schrauben 50 verbundenes Gehäuse 52.
Die Starter-Generator-Vorrichtung 54 weist u. a. einen Elektromotor 56 auf, der über einen Zahnradtrieb 58 auf das Schwungrad 18, 20, 22 treibt. Es sei nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Begriff „Schwungrad" oberbegriffsartig die gesamte, beschriebene Schwungmasse mit den Bauteilen 18, 20, 22 umfassen soll.
Der Elektromotor 56 – der soweit nicht beschrieben handelsüblicher Bauart sein kann – treibt über eine Antriebswelle 60 und ein Antriebsritzel 62 auf einen Zahnkranz 64, der über die Schrauben 50 zusammen mit dem Gehäuse 52 fest mit der Basisplatte 42 der Trennkupplung 22 verschraubt ist.
Ferner ist der Elektromotor 56 wie aus 1 ersichtlich mit seiner Drehachse 66 im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 68 des Schwungrades 18 bzw. in Richtung des Wechselgetriebes gegenüber der eingezeichneten Rotations ebene 70 des Schwungrades 18 in einem Winkel β von 15 Grad geneigt angeordnet.
Der Elektromotor 56 ragt dabei durch eine Öffnung 16a der Kupplungsglocke 16 des Gehäuses des Wechselgetriebes in den Innenraum der Kupplungsglocke 16 derart hinein, dass dessen Antriebsritzel 62 mit dem Zahnkranz 64 in Eingriff ist. Das Gehäuse 72 des Elektromotors 56 ist mittels Schrauben 74 an der Kupplungsglocke 16 befestigt.
Die Verzahnungen des Zahnradtriebes 58 bzw. des Antriebsritzels 62 und des Zahnkranzes 64 sind als schrägverzahnter Planradtrieb mit entsprechend angepassten Stirnverzahnungen ausgeführt.
Über die im übrigen in bekannter Weise ausgeführte Starter-Generator-Vorrichtung 54 kann mittels des als Startermotor und Generator ausgelegten Elektromotors 56 die Brennkraftmaschine gestartet, Ladestrom für das Bordnetz des Kraftfahrzeuges erzeugt und ggf. das Kraftfahrzeug angetrieben oder ein Rekuperationsbetrieb gesteuert werden.
Die 2 zeigt grob schematisch eine alternative Antriebsvorrichtung 10', die nur soweit beschrieben ist, als sie sich wesentlich von der Ausführung gemäß 1 unterscheidet. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Gemäß 2 weist das Schwungrad 18' wiederum ein scheibenförmiges Mitnehmerblech 24 auf, an dem ein im Querschnitt etwa S-förmig ausgeführter Zwischenflansch 28 mittels Schrauben 26 befestigt ist. Unmittelbar im Zwischenflansch 28 integriert ist der Drehschwingungsdämpfer 20 mit den Dämpfungsfedern 38 und dem Sekundärteil 36, das in nicht dargestellter Weise mit der nachgeschalteten Trennkupplung 22 trieblich verbunden ist (vgl. 1).
An die Kupplungsglocke 16 ist die Starter-Generator-Vorrichtung 54 mit dem Elektromotor 56 angebaut, die über einen Zahnradtrieb 76 mit dem Schwungrad 18' trieblich verbunden ist.
Der Elektromotor 56 ragt mit seiner Antriebswelle 60 und dem Antriebsritzel 78 durch eine seitliche Öffnung 16a in die Kupplungsglocke 16 hinein, wobei das Antriebsritzel 78 mit einem an dem Mitnehmerblech 24 des Schwungrades 18' befestigten Zahnkranz 80 in Eingriff ist. Das Gehäuse 72 des Elektromotors 56 ist mittels mehrerer Schrauben 74 an der Kupplungsglocke 16 befestigt.
Dabei ist wie aus 2 ersichtlich, der Elektromotor 56 mit seiner Drehachse 66 gegenüber der eingezeichneten Rotationsebene 70 des Schwungrades 18' um einen Winkel α von 15 Grad in Richtung der Brennkraftmaschine (auf der Zeichnung 2 nach links) geneigt ausgerichtet, wodurch u. a. mehr radialer Freiraum zwischen dem Antriebsritzel 78 des Zahnradtriebes 76 und dem Schwungrad 18' bzw. dessen Zwischenflansch 28 im Bereich des integrierten Drehschwingungsdämpfers 20 geschaffen ist.
Der Zahnradtrieb 76 mit dem Antriebsritzel 78 und dem Zahnkranz 80 ist entsprechend der schrägen Anordnung des Elektromotors 56 zur Drehachse 50 des Schwungrades 18' als Kegelradtrieb ausgeführt.
In dem durch die radiale Einschnürung bzw. S-förmige Gestaltung des Zwischenflansches 28 des Schwungrades 18' und unterhalb des Antriebsritzels 78 des Zahnradtriebes 76 gebildeten Freiraum 82 quert eine nur gestrichelt angedeutete Abtriebswelle 84 eines nicht dargestellten, seitlich an das Antriebsaggregat angebauten Differenziales des frontangetriebenen Kraftfahrzeuges die Drehachse 68 des Schwungrades 18'. Die Abtriebswelle 84 kann selbst verständlich auch unterhalb der Drehachse 50 (untere, nicht dargestellte Zeichnungshälfte) diese kreuzend vorgesehen sein.
Die 3 stellt eine alternative Antriebsvorrichtung 10'' dar, die nur soweit beschrieben ist, als sie sich wesentlich von der schematischen Ausführung gemäß 2 unterscheidet. Funktionell gleiche Teile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Abweichend zur 2 ist der Elektromotor 56 der Starter-Generator-Vorrichtung 54 mit seiner Drehachse 66 gegenüber der eingezeichneten Rotationsebene 70 nach rechts, dem Wechselgetriebe zu in einem Winkel β von 15 Grad geneigt angeordnet.
Der Elektromotor 56 ist über einen Zahnradtrieb 86 mit dem Schwungrad 18' trieblich verbunden, wobei dessen Antriebsritzel 88 mit einer ringförmigen Verzahnung 90 in Eingriff ist. Die Verzahnung 90 ist unmittelbar durch spanlose Umformung in den Zwischenflansch 28 des Schwungrades 18'' eingearbeitet.
Der Zahnradtrieb 86 bzw. dessen Verzahnungen am Antriebsritzel 88 und 90 sind wiederum als Planradtrieb bzw. einfache Stirnverzahnungen ausgeführt; d. h. dass die Verzahnung 90 parallel zur Drehachse 66 des Elektromotors 56 gefertigt ist.
Die Starter-Generator-Vorrichtung 54 gemäß den 1 bis 3 kann wie dargestellt mit einem Elektromotor 56 oder mit mehreren Elektromotoren 56 ausgeführt sein, wobei die Elektromotoren 56 sternförmig regelmäßig oder unregelmäßig um den Umfang des Schwungrades 18 je nach Einbauverhältnissen angeordnet sein können und jeweils mit dem Zahnkranz 64, 80 oder der Verzahnung 90 des Schwungrades 18 trieblich zusammenwirken.
Desweiteren können die Elektromotoren 56 zueinander unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse und ggf. Leistungskennwerte aufweisen, um verschiedenen Betriebssituationen des Kraftfahrzeuges bei günstigen Wirkungsgraden gerecht zu werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19951575 C2 [0002]
- DE 19911925 A1 [0003]

Claims

Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine, deren Kraftabgabewelle über eine Schwungmasse und ggf. eine Kupplung auf ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe des Kraftfahrzeuges treibt, sowie mit wenigstens einer Elektromaschine, die ebenfalls auf die Schwungmasse abtreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektromaschine (56) mit ihrer Drehachse (66) unter einem vorgegebenen Winkel (α; β) gegen die Drehachse (68) der Kraftabgabewelle (12) geneigt und mittels eines Zahnradtriebes (58; 76; 86) mit der Schwungmasse, insbesondere einem Schwungrad (18) mittelbar oder unmittelbar trieblich verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (56) im Wesentlichen senkrecht zur Kraftabgabewelle (12) oder schräg unter einem Winkel zwischen 0 Grad bis 70 Grad, bevorzugt zwischen 0 Grad bis 45 Grad, höchst bevorzugt zwischen 0 Grad bis 30 Grad gegenüber Senkrechten zur Kraftabgabewelle (12), insbesondere einer Rotationsebene (70) des Schwungrades (18), geneigt angeordnet ist.
Antriebvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (56) mittels eines Kegelradtriebes (76) oder eines entsprechend angepassten Planradtriebes (58; 86) mit dem Schwungrad (18) zusammenwirkt.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in das Schwungrad (18) ein Drehschwingungsdämpfer (20) integriert ist und dass die Elektromaschine (56) auf ein die Sekundärmasse bildendes Abtriebsteil (42) des Drehschwingungsdämpfers (20) treibt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil des Drehschwingungsdämpfers (20) zugleich eine Basisplatte (42) einer nachgeschalteten Trennkupplung (22) bildet.
Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (42) der Trennkupplung (22) einen Zahnkranz (64) trägt, der mit einem Zahnritzel (62) der Elektromaschine (56) in Eingriff steht.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (56) mit ihrer Drehachse in einem vorgegebenen Winkel (α; β) in Richtung des Wechselgetriebes oder in Richtung der Brennkraftmaschine geneigt ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (56) an eine an die Brennkraftmaschine (17) angeflanschte, das Schwungrad (18) umschließende Kupplungsglocke (16) des Gehäuses des Wechselgetriebes angebaut ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Elektromaschine (56) zusammenwirkende Verzahnung (80) des Zahnradtriebes (76) auf einem insbesondere platten- oder scheibenförmig ausgebildeten Mitnehmerblech (24) des mit der Kraftabgabewelle (12) verbundenen, insbesondere verschraubten Schwungrades (18, 18') ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (18'') einen im Querschnitt vorzugsweise S-förmigen Zwischenflansch (28) aufweist, der vorzugsweise mit einem insbesondere platten- oder scheibenförmigen Mitnehmerblech (24) des mit der Kraftabgabewelle (12) verbundenen, insbesondere verschraubten Schwungrades (18'') fest verbunden ist und der die mit der Elektromaschine (56) zusammenwirkende Verzahnung (90) trägt.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Elektromaschine (56) zusammenwirkende Verzahnung (90) schwungradseitig eingeprägt ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektromaschinen (56) sternförmig angeordnet sind, die jeweils mit der Verzahnung (64; 80; 90) des Schwungrades (18) trieblich verbunden sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen (56) zueinander unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse und/oder Leistungskennwerte aufweisen.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine durch eine Starter-Generator-Vorrichtung (54) mit einem Elektromotor (56) gebildet ist.