DE19927521C2 - Elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die als Starter und Generator für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Brennkraftma­ schine eines Kraftfahrzeugs, umschaltbar ist. Der­ artige Maschinen sind entwickelt worden, da sie es ermöglichen, die zwei Funktionen des Anlassens der Brennkraftmaschine und der Erzeugung von elektri­ schem Strom, der für die Bordsysteme eines Fahr­ zeugs wie etwa Zündung, Beleuchtung etc. benötigt wird, in einer einzigen elektrischen Maschine zu vereinigen und so Gewicht und Kosten zu sparen.

Bei derartigen elektrischen Maschinen tritt aller­ dings das Problem auf, daß für den Generatorbetrieb und für den Starterbetrieb der elektrischen Maschi­ ne unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse benö­ tigt werden, so daß ein umschaltbares Getriebe vor­ gesehen werden muß, das diese unterschiedlichen Übersetzungen je nach gerade benötigter Funktion der elektrischen Maschine zu erzeugen gestattet.

Eine zwischen verschiedenen Übersetzungsverhältnis­ sen umschaltbare elektrische Maschine zur Verwen­ dung als Starter und Generator die für eine Brenn­ kraftmaschine einsetzbar ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ist aus US-A 4 883 973 bekannt.

Da eines der Übersetzungsverhältnisse dieser be­ kannten Maschine 1 ist, ist sie nur mit einem zwi­ schen die elektrische Maschine und die Brennkraft­ maschine geschaltetem Zwischengetriebe für die Ver­ wendung als Starter und Generator brauchbar.

Ein zweistufiges Planetengetriebe ist aus DE 36 04 395 A1 bekannt. Diese Schrift lehrt den Einsatz ei­ nes solchen Getriebes in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs zur Einstellung unterschiedli­ cher Übersetzungsverhältnisse, die den verschiede­ nen Gängen einer Gangschaltung entsprechen und auf das Fahrwerk des Kraftfahrzeugs wirken. Die Kraft­ übertragung erfolgt hier ständig in einer Richtung, nämlich von der Brennkraftmaschine zum Fahrwerk. Angaben zum Anlasser beziehungsweise zur Lichtma­ schine des Fahrzeugs macht die Schrift nicht.

Aus der Zeitschrift "Maschinenbautechnik", Band 10, 1990, Seiten 451-455 sind automatische Fahrzeugge­ triebe bekannt, bei denen mehr als zwei Überset­ zungsverhältnisse einstellbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist, eine elektrische Maschi­ ne anzugeben, die ohne die Notwendigkeit eines Zwi­ schengetriebes als Starter für eine Brennkraftma­ schine und als Generator brauchbar ist.

Die Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine nach Anspruch 1 gelöst.

Die Bremskraft kann insbesondere durch Angreifen einer Bremseinrichtung an einem Hohlrad des Plane­ tengetriebes in einfacher Weise ausgeübt werden. Als Bremseinrichtungen kommen insbesondere Backen­ bremsen, Lamellenbremsen oder Reibbandbremsen in Frage.

Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der e­ lektrischen Maschine umfaßt das Planetengetriebe zwei mit der Brennkraftmaschinenwelle fest verbundene Sonnenräder und zwei Sätze von mit jeweils ei­ nem der Sonnenräder und einem Hohlrad kämmenden Planetenrädern, und die Planetenräder beider Sätze sind an einem Planetenträger drehbar montiert, der seinerseits mit einer Starter- oder Generatorwelle fest verbunden ist, um eine Drehbewegung auf die Generatorwelle beziehungsweise von der Generator­ welle auf den Planetenträger zu übertragen. Bei dieser Konstruktion kann durch Abbremsen eines der zwei Hohlräder jeweils eine Drehkraft zwischen dem Sonnenrad der abgebremsten Stufe des zweistufigen Getriebes und dem Planetenträger übertragen werden, während die andere Stufe frei dreht.

Diese Konstruktion ermöglicht einen besonders kom­ pakten Aufbau, bei dem die Abmessungen der zwei Hohlräder identisch sind. Dies verringert die Zahl der benötigten unterschiedlichen Komponenten des Getriebes und ermöglicht eine rationellere und ko­ stengünstigere Fertigung.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung um­ faßt das Planetengetriebe zwei Sonnenräder, von de­ nen jeweils eines mit der Brennkraftmaschinenwelle beziehungsweise der Starter- oder Generatorwelle fest verbunden ist, sowie zwei Sätze von mit je­ weils einem der Sonnenräder und einem Hohlräder kämmenden Planetenrädern. Dabei sind die Planetenräder der zwei Sätze paarweise auf einer gemeinsa­ men Achse drehfest verbunden. Bei einer Variante dieser Ausgestaltung kann das Hohlrad einer Stufe entfallen.

Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung um­ faßt das zweistufige Planetengetriebe zwei Sonnen­ räder, von denen jeweils eines mit der Brennkraft­ maschinenwelle beziehungsweise einer Starter- oder Generatorwelle fest verbunden ist, und zwei Sätze von mit jeweils einem der Sonnenräder kämmenden Planetenrädern, wobei die Planetenräder der zwei Sätze paarweise miteinander kämmen. Ein solches Planetengetriebe erfordert lediglich ein Hohlrad.

Bei der zweiten und dritten Ausgestaltung greift die zweite Bremsvorrichtung vorzugsweise nicht an einem Hohlrad an, sondern ist eingerichtet, um die Planetenbewegung der Planetenräder, das heißt ihre Drehung um die Wellen, zu blockieren.

Zu diesem Zweck sind die Planetenräder beider Sätze vorzugsweise an einem gemeinsamen Planetenträger drehbar montiert, und die zweite Bremseinrichtung greift an diesem Planetenträger an.

Um die Steuerung des Planetengetriebes zu vereinfa­ chen, ist vorzugsweise eine gemeinsame Stellvorrichtung zum Betätigen beider Bremseinrichtungen vorgesehen, die wenigstens eine Arbeitsstellung, in der die erste Bremseinrichtung offen und die zweite geschlossen ist, eine Arbeitsstellung, in der die zweite Bremseinrichtung offen und die erste ge­ schlossen ist, und eine Leerlaufstellung besitzt, in der beide offen sind. Diese Stellungen sind durch ein mit einem Freiheitsgrad bewegbares Steuerelement einstellbar. Dieser Freiheitsgrad ist vorzugsweise eine Rotation, so daß die Stellvor­ richtung beispielsweise mit Hilfe beliebiger gängi­ ger Elektromotoren einfach betätigbar ist.

Um einen weichen Übergang zwischen den zwei über­ setzungszuständen des Getriebes, die jeweils einer Arbeitsstellung der Stellvorrichtung entsprechen, zu gewährleisten, ist die Stellvorrichtung vorzugs­ weise über die Leerlaufstellung von einer Arbeits­ stellung in die andere bewegbar.

Es ist ferner zweckmäßig, daß die Stellvorrichtung über eine Arbeitsstellung hinaus in eine Bremsstel­ lung bewegbar ist, in der die in der Arbeitsstel­ lung offene Bremseinrichtung angebremst ist. Dabei wird unter "angebremst" ein Zustand der Bremsein­ richtung verstanden, in der das Bremsmoment von Null verschieden, aber so weit begrenzt ist, daß eine Überlastung des Getriebes und des Antriebsstrangs ausgeschlossen ist. Das vollständige Schließen einer Bremseinrichtung sollte die Stell­ vorrichtung nur zulassen, wenn nicht gleichzeitig die andere Bremseinrichtung ebenfalls geschlossen ist.

Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Stellvorrichtung, bei der die Bremseinrichtungen durch zu einer Achse des Getriebes parallele Stell­ bewegungen betätigbar sind, umfaßt die Stellvor­ richtung zwei um diese Achse drehbare Rampen zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine Stellbewegung der Bremseinrichtungen. Um die Betätigung der Brem­ seinrichtungen zu koppeln, genügt es, wenn die zwei Rampen drehfest verbunden sind. Eine solche Stell­ vorrichtung ist insbesondere zur Verwendung mit La­ mellenbremsen als Bremseinrichtungen geeignet.

Bei einer zweiten Ausgestaltung der Stellvorrich­ tung, bei der die Bremseinrichtungen durch eine zu einer Achse des Getriebes senkrechte Stellbewegung betätigbar sind, weist die Stellvorrichtung wenig­ stens eine Nockenscheibe und mit der Nockenscheibe wechselwirkende Hebel zum Umsetzen einer Drehung der Nockenscheibe in eine Stellbewegung der Brem­ seinrichtungen auf. Selbstverständlich kann auch jedem Hebel und damit jeder Bremseinrichtung eine eigene Nockenscheibe zugeordnet sein. Diese Ausgestaltung ist insbesondere zur Anwendung in Verbin­ dung mit Backenbremsen als Bremseinrichtungen ge­ eignet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen.

Figuren

Es zeigen:

Fig. 1, 2, 2a und 3 Schemata von Ausgestaltungen von Planetengetrieben der erfindungsgemäßen Maschi­ ne,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Getriebe gemäß der ersten Ausgestaltung; und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4.

Fig. 6 einen axialen Schnitt durch ein Getriebe der erfindungsgemäßen Maschine mit zwei Lamellen­ bremsen und einer gemeinsamen Stellvorrichtung für die zwei Lamellenbremsen;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Stell­ rings der Stellvorrichtung aus Fig. 6, der zwei Rampen zum Einstellen einer Lamellenbremse in un­ terschiedliche Betriebspositionen aufweist;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der axialen Verlagerung der Lamellenbremsen in Abhängigkeit von der Orientierung des Stellrings;

Fig. 9 und 10 jeweils Ansichten einer Stellvor­ richtung zum gemeinsamen Stellen von zwei Lamellen­ bremsen;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer Backen­ bremse;

Fig. 12 eine schematische Darstellung des Zusam­ menwirkens der Backenbremse mit einem Steuerele­ ment;

Fig. 13 eine Seitenansicht eines Getriebes, das mit zwei Backenbremsen gemäß Fig. 11 und einer Stellvorrichtung gemäß Fig. 12 ausgestattet ist; und

Fig. 14 eine schematische Darstellung der Anord­ nung der erfindungsgemäßen Maschine im Antriebs­ strang eines Kraftfahrzeugs.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Zum Überblick wird zunächst die Anordnung einer er­ findungsgemäßen elektrischen Maschine im Antriebs­ strang eines Kraftfahrzeugs anhand von Fig. 14 kurz dargestellt. Dieser Antriebsstrang umfaßt eine Brennkraftmaschine 30, die über eine Hauptkupplung 31 mit einem Schaltgetriebe 32 verbindbar ist, das mit verschiedenen einstellbaren Übersetzungsver­ hältnissen über eine Abtriebswelle 37 Räder des Kraftfahrzeugs antreibt. Eine Brennkraftmaschinen­ welle 4 durchläuft das Schaltgetriebe 32 und ist mit dem Getriebe 33 der erfindungsgemäßen elektri­ schen Maschine verbunden. Das Getriebe 33 ist zwei­ stufig, jeder Getriebestufe 34 _i, 34 _ii ist ein eigene Bremseinrichtung 35 _i, 35 _ii zugeordnet. Mit Hilfe der Bremseinrichtungen ist das Übersetzungsverhältnis zwischen der Welle 4 und einer Welle 6 einstellbar, die mit einer elektrischen Maschine 36 verbunden ist. Eines der zwei Übersetzungsverhältnisse des Getriebes 33 ist für den Betrieb der elektrischen Maschine 36 als Starter der Brennkraftmaschine 30 und das andere für den Betrieb als Lichtmaschine vorgesehen.

Verschiedene Ausgestaltungen von Getrieben 33 wer­ den nun anhand der Fig. 1, 2, 2A und 3 behandelt.

Zunächst soll mit Bezug auf Fig. 1 die hier ver­ wendete stark schematisierte Darstellungsweise all­ gemein erläutert werden. Die Fig. 1 bis 3 zeigen stark schematisierte axiale Schnitte durch Getrie­ be. Dabei stellen kurze horizontale Linien 10 je­ weils die Zahnung eines Zahnrads dar. Jeweils zwei solcher Linien sind durch eine vertikale Linie 11 verbunden, die die Scheibe des Zahnrads symboli­ siert. Ein offener Kreis 12 in der Mitte der Linie 11 gibt an, daß das betreffende Zahnrad um eine Achse, die durch eine horizontale, durch den Kreis 12 verlaufende Linie symbolisiert ist, frei drehbar ist. Ein geschlossener runder Punkt 13 stellt eine feste Verbindung zwischen dem betreffenden Zahnrad und seiner Achse dar.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Getriebe ist die Brennkraftmaschine über eine Welle 4 an einen Pla­ netenträger 5 gekoppelt, der Planetenräder 2 ₁, 2 ₂ der zwei Stufen des Planetengetriebes drehbar hält. Diese Planetenräder kämmen jeweils mit einem Son­ nenrad 1 _i beziehungsweise 1 _ii und einem Hohlrad 3 _i beziehungsweise 3_ii. Die Sonnenräder sind auf einer an die (nicht dargestellte) elektrische Maschine gekoppelten Welle 6 fest montiert. Um ein Überset­ zungsverhältnis einzustellen, greift eine Bremsein­ richtung (in Fig. 1 nicht gezeigt) an einer Außen­ fläche 8 _i, 8 _ii eines der Hohlräder 3 _i, 3 _ii an und hin­ dert dieses an einer Drehung, während das jeweils andere Hohlrad frei beweglich ist. Auf diese Weise wird eine Antriebskraft von der Welle 4 auf die Welle 6 oder in Gegenrichtung, je nachdem, ob die elektrische Maschine als Starter oder als Generator arbeitet, durch diejenige der zwei Getriebestufen übertragen, deren Hohlrad gerade abgebremst ist. Die Planeten- und Hohlräder der jeweils anderen Stufe laufen frei mit. Die Bewegungsrichtung des frei laufenden Hohlrades ist unterschiedlich, je nach eingestelltem Übersetzungsverhältnis, die Bahngeschwindigkeit des Hohlrades ist aber in jedem Falle relativ gering im Vergleich zu der eines ver­ blockten Hohlrades bei einem einstufigen Planeten­ getriebe. Deshalb ist das Massenträgheitsmoment des zweistufigen Planetengetriebes trotz der im Ver­ gleich zu einem einstufigen Getriebe erhöhten Zahl an Komponenten erstaunlich gering und erlaubt ein schnelles und verschleißarmes Umschalten zwischen unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen.

Fig. 4 zeigt zur Veranschaulichung den Aufbau des zweistufigen Planetengetriebes aus Fig. 1 in einem detaillierten axialen Schnitt. Die mit der Brenn­ kraftmaschine verbundene Welle 4 trägt einen Plane­ tenträger 20 in Form eines tellerartigen Flansches, an dessen äußerem Rand drei Zapfen 21 _i (siehe auch Fig. 5) in einem Winkelabstand von 120° eingelas­ sen sind, welche die Drehachsen der Planetenräder 2 _i der ersten Getriebestufe definieren. Die Schei­ ben 22 _i der Planetenräder 2 _i haben nur einen Bruch­ teil der axialen Abmessung der Zähne und sind über­ dies durchbrochen, um das Massenträgheitsmoment der Räder möglichst gering zu halten. Das Hohlrad 3 _i ist an einem Flansch 23 verschraubt, der einen zy­ lindrischen Vorsprung 24 als Angriffsfläche für ei­ ne Bremseinrichtung aufweist.

Jeweils diametral gegenüberliegend zu einem Zapfen 21 _i hat der Planetenträger 20 einen über die axiale Breite der ersten Getriebestufe vorspringenden Arm 27, an dessen Ende ein weiterer Zapfen 21 _ii veran­ kert ist, welcher jeweils ein Planetenrad 2 _ii der­ zweiten Getriebestufe trägt. Ein mit dem Hohlrad 3 _ii fest verbundener Flansch 25 bildet einen Träger für Lamellen 26 einer Lamellenbremse.

Fig. 5 zeigt einen vereinfachten Querschnitt ent­ lang der Linie V-V aus Fig. 4. Die Zahnräder 1 _i, 2 _i, 3 _i der ersten Stufe sind im Schnitt gezeigt, das Sonnenrad 1 _ii ist teilweise verdeckt. Durch Zwischenräume, die zwischen den Planetenrädern 2 _i der ersten Stufe bestehen, erstrecken sich die Arme 27 des Planetenträgers 20, die die Planetenräder 2 _ii der zweiten Stufe halten. Das Hohlrad 3 _ii der zwei­ ten Stufe ist in den Abmessungen mit dem Hohlrad 3 _i der ersten identisch. Die Sonnen sind in Fig. 5 mit 1 _i und 1 _ii bezeichnet.

Die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes sind ge­ geben durch die Formeln

wenn das Hohlrad 3 _i in den Stand abgebremst ist (n_3i = 0), und

bei stehendem Hohlrad 3 _ii (n_3ii = 0), wobei U das Übersetzungsverhältnis und Z die Zahl der Zähne ei­ nes Zahnrads bezeichnet.

Wie aus der nachfolgenden Tabelle 1 zu entnehmen, sind bereits mit mäßigen Zahnzahlen von nicht mehr als 75 für die Hohlräder Übersetzungsverhältnisse U_ii von ca. 2,5 für die zweite Stufe und U_i von über 5 für die erste sowie Spreizungen Φ = U_i/U_ii von bis zu 3 und mehr erreichbar. Kleinere Übersetzungen sind bei dieser Konstruktion auch realisierbar, doch sind hierfür große Durchmesser von Hohlrad und Sonnenrad erforderlich, was dem Bestreben nach ei­ ner kompakten Konstruktion zuwiderläuft.

Tabelle 1

Fig. 2 zeigt das Schema einer zweiten Ausgestal­ tung eines zweistufigen Planetengetriebes für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine. Bei dieser Konstruktion sind die an die Brennkraftmaschine be­ ziehungsweise die elektrische Maschine angeschlos­ senen Wellen 4 beziehungsweise 6 jeweils fest mit einem Sonnenrad 1 _i beziehungsweise 1 _ii verbunden. Planetenräder 2 _i beziehungsweise 2_ii der zwei Stufen sind durch eine gemeinsame Achse 7 fest aneinander gekoppelt. Bei dieser Konstruktion lassen sich grundsätzlich drei verschiedene Übersetzungsver­ hältnisse einstellen, davon zwei durch Arretieren jeweils eines Hohlrades und das dritte durch Arre­ tieren der Planetenbewegung, das heißt Festhalten der Achsen 7 der Paare von Planetenrädern.

Die Übersetzungsverhältnisse sind gegeben durch die Formeln

wobei die Angabe n_3ii = 0 beziehungsweise n_3i = 0 bedeu­ tet, daß das Hohlrad 3 _ii beziehungsweise 3_i arre­ tiert ist und n_s = 0 bedeutet, daß die Planetenbewe­ gung arretiert ist.

Beispielhafte Ergebnisse für Übersetzungsverhält­ nisse U₁, U₂, U₃ und Spreizungen Φ für die diverse Kombinationen von Zahnzahlen Z der einzelnen Zahn­ räder sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2

Man erkennt, daß jeweils die kleinsten Überset­ zungsverhältnisse U₁ durch Festhalten des Hohlrads 3 _ii der zweiten Stufe erzielt werden, weil bei die­ ser Stufe der Durchmesser der Planetenräder 2 _ii grö­ ßer ist als der der Planetenräder 21 der ersten Stufe. Das jeweils größte Übersetzungsverhältnis wird durch Festhalten der Achsen 7 erzielt. Bei diesem Getriebe kann deshalb auf das Hohlrad der ersten Stufe verzichtet werden, soweit dies nicht für die mechanische Stabilität des Getriebes erfor­ derlich ist.

Zum Arretieren der Bewegung der Achsen 7 um die Wellen 4 beziehungsweise 6 kann eine Bremseinrich­ tung verwendet werden, die auf die Enden der Achsen 7 eine Kraft in axialer Richtung ausübt, wie durch die Pfeile 9 in Fig. 2 angedeutet, und die Achsen so an einer Planetenbewegung, nicht aber die Plane­ tenräder an einer Drehung um die Achsen hindert.

Eine Abwandlung ist in Fig. 2a gezeigt. Ein Plane­ tenträger 20' erstreckt sich hier zwischen den zwei Getriebestufen, und die Achsen 7 sind in Bohrungen des Planetenträgers 20' gehalten. An einer zylin­ drischen Außenfläche 8, die den Rand des Planetenträgers 20' umgibt, greift in derselben Weise wie an den Hohlrädern der mit Bezug auf Fig. 1, 4 und 5 beziehungsweise 2 beschriebenen Ausgestaltun­ gen eine Bremskraft F an. Bei dieser Konstruktion können Bremseinrichtungen der gleichen Art zum Ab­ bremsen der Bewegung der Achsen 7 wie auch der Dre­ hung des Hohlrads 3 _ii verwendet werden, was die Kon­ struktion vereinfacht.

Bei der Ausgestaltung der Fig. 3 ist die Welle 4 der Brennkraftmaschine mit einem großen Sonnenrad 1 _i fest verbunden, welches mit den Planetenrädern 2 _i kämmt. Diese sind auf einem Planetenträger 20" drehbar montiert und kämmen mit Planetenrädern 2 _ii der zweiten Stufe, die auf dem gleichen Träger 20" montiert sind. Letztere sind im Eingriff mit einem kleinen Sonnenrad 1 _ii, das über eine Welle 6 mit ei­ ner als Starter beziehungsweise Generator des Kraftfahrzeugs vorgesehenen elektrischen Maschine gekoppelt ist. Das Getriebe hat zwei Übersetzungs­ zustände. Im ersten ist das Hohlrad 3 _ii der zweiten Stufe fest, im zweiten ist es der Planetenträger 20". In der ersten Stufe wird kein Hohlrad benö­ tigt, was einen deutlichen Vorteil hinsichtlich der Kompaktheit und Massenträgheitsmoment mit sich bringt, da dieses Hohlrad, wenn es vorhanden wäre, deutlich größer und schwerer sein müßte als das der zweiten Stufe.

Der Planetenträger 20" hält die Planetenräder 2 _ii der zweiten Stufe mit Hilfe von Armen, die zum Teil außerhalb der Schnittebene der Figur in Richtung der Planetenbewegung gekröpft verlaufen, was in der Figur durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.

Der Planetenträger 20" ist wie der Planetenträger 20' aus Fig. 2A durch eine an einer zylindrischen Außenfläche 8 angreifende Bremse arretierbar.

Die nachfolgende Tabelle zeigt Übersetzungsverhält­ nisse U₁, U₂ der zwei Übersetzungszustände für unter­ schiedliche Zahnzahlen Z der verschiedenen Räder.

Tabelle 3

Auch hier lassen sich Übersetzungsverhältnisse im geeigneten Bereich und Spreizungen von 2 oder deut­ lich darüber bei mäßigen Zahnzahlen und folglich mit einem insgesamt kompakten Getriebe erzielen.

Fig. 6 zeigt im axialen Schnitt ein Getriebe 33 mit zwei Lamellenbremsen 35 _i, 35 _ii und einer Stel­ leinrichtung zum gemeinsamen Betätigen der zwei La­ mellenbremsen. Der Aufbau des Getriebes entspricht dem aus Fig. 1 und wird nicht im Detail erneut be­ schrieben. Die Lamellenbremsen 35 _i, 35 _ii umfassen je­ weils einen mit einem Hohlrad 3 _i, 3 _ii verbundenen La­ mellensatz und einen mit einem axial verschiebbaren Träger 40 verbundenen Lamellensatz. Der verschieb­ bare Lamellensatz ist durch eine (nicht dargestell­ te) Feder gegen einen Stellring 41 gedrückt, den Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht zeigt. Durch die Kraft der Feder ist der Stellring 41 zwi­ schen den Lamellen und einem Satz von ortsfesten Rollen 42 axial eingespannt.

Wie in Fig. 7 zu sehen, trägt der Stellring 41 zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende Rampen 43, auf deren Oberfläche jeweils eine Rolle 42 läuft, wenn der Stellring 41 um die Welle 4 oder 6 gedreht wird. Je nach Höhe der Rampen 43 an den Stellen, an denen sie mit den Rollen 42 in Kontakt sind, sind die Lamellenträger 40 unterschiedlich weit axial verschoben, das heißt die Bremse unter­ schiedlich stark angezogen.

Die zwei Stellringe 41 sind über eine Brücke 44 mit einem Teleskopmechanismus drehfest, aber axial ge­ geneinander verschiebbar verbunden. Einer der Stellringe 41 trägt an seinem Außenumfang einen Zahnkranz, der mit einem Ritzel 45 kämmt, das von einem Motor 46 über ein Untersetzungsgetriebe 47 angetrieben wird. Der Zahnkranz erstreckt sich über ein Winkelsegment, dessen Größe wenigstens dem von jeder Rampe 43 aufgespannten Winkel entspricht.

Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Stellvorrichtung aus Fig. 6 und der Getriebemo­ toranordnung 46, 47. Der Zahnkranz hat die Form ei­ nes an einem Stellring 41 fest montierten Segments 48, von dem aus auch die Brücke 44 zum zweiten Stellring 41 ausgeht. Die Brücke 44 besteht aus zwei ineinandergreifenden, axial schienengeführten Elementen.

Die Komponenten 41 bis 45 und 48 können als eine einheitliche Stellvorrichtung angesehen werden, die es durch einfaches Drehen des Ritzels 45 erlaubt, die Bremseinrichtungen 35 _i, 35 _ii gekoppelt in unter­ schiedliche Stellungen zu bringen.

Welche Stellungen die Bremseinrichtungen jeweils gemeinsam einnehmen, hängt von der Gestalt der Ram­ pen 43 ab.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel für einen möglichen Hö­ henverlauf der Rampen 43 der zwei Stellringe 41 aus Fig. 6 entlang ihres Umfangs. Dabei entspricht die untere Kurve dem in Fig. 7 gezeigten Stellring. Einander entsprechende Stellungen des Stellrings 41 in Fig. 7 und 8 sind jeweils mit Buchstaben a bis e gekennzeichnet. Die Kreise an den Kurven in den Stellungen a bis e symbolisieren jeweils die der Rampe zugeordnete Rolle 42 in verschiedenen Po­ sitionen ihrer Bahn. In einer ersten Stellung a hat die Rampe aus Fig. 7 eine Höhe h_a (siehe untere Kurve in Fig. 8), in der die zugeordnete Bremsein­ richtung zwar bremst, aber nicht vollständig bloc­ kiert. In den Stellungen b und c und dem dazwi­ schenliegenden Bereich ist die Bremseinrichtung offen, zwischen d und e nimmt die Bremskraft zu, bis bei d die Bremse geschlossen ist, zwischen e und d ist die Höhe der Rampe konstant. Der Verlauf der der anderen Bremseinrichtung zugeordneten Rampe, der in der oberen Kurve der Fig. 8 gezeigt ist, ist spiegelsymmetrisch hierzu. In der Stellung c sind somit beide Bremseinrichtungen offen, das Ge­ triebe 33 befindet sich in einem Leerlaufzustand. Durch Drehen in Richtung der Stellung d wird die eine Bremseinrichtung allmählich geschlossen, wäh­ rend die andere offen bleibt. Dieser Zustand ist ein Arbeitszustand des Getriebes mit einem der zwei möglichen Übersetzungsverhältnisse. Durch Drehen in Gegenrichtung in die Stellung b wird das zweite Übersetzungsverhältnis eingestellt. Drehungen über die Stellungen b, d hinaus führt jeweils zu Zustän­ den, in denen eine Bremseinrichtung geschlossen und die andere mit einer begrenzten Bremskraft den ge­ samten Antriebsstrang des Fahrzeugs abbremst.

Fig. 10 zeigt schematisch eine Variante einer Stelleinrichtung. Hier sind die Stellringe 41 beide auf wenigstens einem Teil ihres Außenumfangs ge­ zahnt und kämmen mit Ritzeln 45, die, auf einer ge­ meinsamen Welle 49 montiert, von dem Motor 46 ange­ trieben werden. Dabei ist die Breite der Ritzel be­ ziehungsweise der Zahnungen der Stellräder 42 so bemessen, daß die Stellräder sich infolge der Wechselwirkung der (in dieser Figur nicht dargestell­ ten) Rampen mit den Bremseinrichtungen axial ver­ schieben können, ohne dabei mit den Ritzeln 45 au­ ßer Eingriff zu kommen.

Weitere Varianten betreffen die Zahl der Rampen auf einem Stellring, die ohne weiteres größer als 2 sein kann. Auch ist es ohne weiteres möglich, die Rampen an der dem Lamellenträger zugewandten Seite der Stellringe anzuordnen und so direkt die Rampen mit den Lamellenträgern wechselwirken zu lassen, anstatt, wie in Fig. 6 gezeigt, mit Hilfe der ortsfesten Rollen 42 den gesamten Stellring 41 axial zu verschieben.

Eine zweite Ausgestaltung einer Bremseinrichtung, in Form einer Backenbremse, ist in Fig. 11 darge­ stellt. Diese mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnete Backenbremse umfaßt zwei Arme 51, die um in Bezug zu dem (hier nicht dargestellten) Getriebe 33 orts­ feste Achsen 52 schwenkbar sind. Jeder Arm 51 trägt einen Bremsbacken 53. Eine Zugfeder 49 übt auf die Arme 51 eine Kraft aus, die auf ein Öffnen der Bremse hinwirkt.

Die Arme 51 tragen an ihren Enden einander gegen­ überliegende, spitz zulaufende dreieckige Nasen 54. Ein Stellhebel 55 ist um eine ortsfeste Achse 58 schwenkbar und trägt an einem ersten Arm 57 einen Reiter 59 mit einer Aussparung, in die die Nasen 54 eingreifen. Der Reiter 59 ist durch eine Schwenkbe­ wegung des Stellhebels 55 senkrecht zur Achse des Getriebes in Richtung des Pfeils A bewegbar. Der zweite Arm 56 des Stellhebels 55 wirkt, wie in Fig. 12 gezeigt, mit einer Nockenscheibe 60 zusammen und bestimmt so die Höhe des Reiters 59 auf den Na­ sen 54. Um das Profil der Nockenscheibe besser er­ kennbar zu machen, ist um ihren Drehmittelpunkt ein strichpunktierter Kreis gezeichnet, dessen Radius gleich dem maximalen Radius der Nockenscheibe ist. Je weiter der Reiter 59 in der Fig. 11 nach unten gedrückt ist, um so stärker drücken die Bremsbacken 53 gegen das (nicht dargestellte) zwischen ihnen angeordnete Hohlrad des Getriebes. Die Nockenschei­ be 60 kann (wie der Stellring der zuvor beschriebe­ nen Ausgestaltungen) Stellungen einnehmen, die in Fig. 12 mit Buchstaben a bis e bezeichnet sind und in der gleichen Weise wie die oben beschriebenen Zustände offenen, geschlossenen oder angebremsten Zuständen der Backenbremse 50 entsprechen.

Fig. 13 zeigt eine Seitenansicht eines Getriebes 33 mit zwei Backenbremsen 50 _i, 50 _ii mit dem oben be­ schriebenen Aufbau, die jeweils den zwei Stufen 34 _i, 35 _ii des Getriebes zugeordnet sind. Zwei Nocken­ scheiben 60 _i, 60 _ii sind über eine gemeinsame Welle 49 mit einem Stellmotor 46 verbunden. Die zwei Nocken­ scheiben sind identisch geformt, aber spiegelbild­ lich zueinander angeordnet, so daß in der in Fig. 13 gezeigten Stellung jeweils ein zweiter Hebel 56 _i abgesenkt, die zugehörige Backenbremse 50 _I somit offen, und der andere zweite Hebelarm 56 _II angeho­ ben, die Backenbremse 50 _ii dementsprechend geschlos­ sen ist.

Bei dieser Ausgestaltung ist jedem Stellhebel eine eigene Nockenscheibe 60 _I, 60 _II zugeordnet. Alternativ wäre es auch möglich, die zwei Stellhebel an einer gemeinsamen Nockenscheibe winkelversetzt angreifen zu lassen.

Claims (21)

1. Elektrische Maschine, die als Starter und Ge­ nerator für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umschaltbar ist, mit einem zweistufigen Planetengetriebe zur Ankopplung an ei­ ne Welle (4) der Brennkraftmaschine, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie eine Synchron- oder Asyn­ chronmaschine ist, daß die Übersetzung für den Starterbetrieb einen Wert zwischen 4 und 60 und die Übersetzung für den Generatorbetrieb einen Wert zwischen 1, 6 und 4 hat, das Verhältnis der Überset­ zungen wenigstens 2 beträgt, und daß jeder Stufe eine Bremseinrichtung zum Festhalten einer Drehbe­ wegung der Stufe zugeordnet ist.

2. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens eine erste der Bremseinrichtungen an einem Hohlrad (3 _i, 3 _ii) angreift.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung eine Backenbremse, eine Lamellenbremse oder eine Reib­ bandbremse ist.

4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweistufige Planetengetriebe zwei mit einer Starter- oder Generatorwelle (6) fest verbundene Son­ nenräder (1 _i, 1 _ii) und zwei Sätze von mit jeweils ei­ nem der Sonnenräder und einem Hohlrad (3 _i, 3 _ii) käm­ menden Planetenrädern (2 _i, 2 _ii) umfaßt, wobei die Planetenräder (2 _i, 2 _ii) beider Sätze an einem mit der Brennkraftmaschinenwelle (4) fest gekoppelten Pla­ netenträger (20) drehbar montiert sind.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der zwei Hohl­ rälder (3 _i, 3 _ii) identisch sind.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bremseinrichtung an dem anderen Hohlrad angreift.

7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweistufige Planetengetriebe zwei Sonnenräder (1 _i, 1 _ii), von de­ nen jeweils eines mit der Brennkraftmaschinenwelle (4) beziehungsweise einer Starter- oder Generator­ welle (6) fest verbunden ist, und zwei Sätze von Planetenrädern (2 _i, 2 _ii) umfaßt, die jeweils mit den Sonnenrädern und wenigstens einem Hohlrad (3 _i, 3 _ii) kämmen, wobei die Planetenräder (2 _i, 2 _ii) der zwei Sätze paarweise auf einer gemeinsamen Achse (7) drehfest verbunden sind.

8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweistufige Planetengetriebe zwei Sonnenräder (1 _i, 1 _ii), von de­ nen jeweils eines mit der Brennkraftmaschinenwelle (4) beziehungsweise einer Starter- oder Generator­ welle (6) fest verbunden ist, und zwei Sätze von mit jeweils einem der Sonnenräder (1 _i, 1 _ii) kämmenden Planetenrädern (2 _i, 2 _ii) umfaßt, wobei die Planeten­ räder der zwei Sätze paarweise miteinander kämmen.

9. Elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bremsein­ richtung in der Lage ist, die Drehung der Planeten­ räder (2 _i, 2 _ii) um die Wellen (4, 6) zu blockieren.

10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenrä­ der (2 _i, 2 _ii) beider Sätze an einem gemeinsamen Pla­ netenträger (20', 20") drehbar montiert sind.

11. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bremseinrichtung am Planetenträger (20', 20") angreift.

12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsein­ richtungen (35 _i, 35 _ii; 50 _i, 50 _ii) durch eine gemeinsame Stellvorrichtung (41, 42, 43, 44, 45, 48; 49, 60 _i, 60 _ii, 56 _i, 56 _ii) betätigbar sind, die wenigstens eine Arbeits­ stellung (b), in der die erste Bremseinrichtung of­ fen und die zweite geschlossen ist, eine Arbeits­ stellung (d), in der die zweite Bremseinrichtung offen und die erste geschlossen ist, und eine Leer­ laufstellung (c), in der beide offen sind, einneh­ men kann und durch ein mit einem Freiheitsgrad be­ wegbares Steuerelement (45; 49) in die Stellungen einstellbar ist.

13. Elektrische Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung über die Leerlaufstellung (c) von einer Arbeitsstellung (b, d) in die andere bewegbar ist.

14. Elektrische Maschine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung über eine Arbeitsstellung (b, d) hinaus in eine Bremsstellung (a, e) bewegbar ist, in der die in der Arbeitsstellung (b, d) offene Bremseinrichtung ange­ bremst ist.

15. Elektrische Maschine nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrich­ tung das Schließen einer Bremseinrichtung (35 _i; 35 _ii; 50 _i; 50 _ii) nur zuläßt, wenn nicht gleichzei­ tig die andere Bremseinrichtung geschlossen ist.

16. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Brem­ seinrichtungen (35 _i, 35 _ii) durch zu einer Achse (4, 6) des Getriebes parallele Stellbewegungen betätigbar sind, und daß die Stellvorrichtung (41, . . ., 45, 48) zwei um die Achse drehbare Rampen (43) zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine Stellbewegung der zwei Bremseinrichtungen (35 _i, 35 _ii) aufweist.

17. Elektrische Maschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampen (43) der zwei Brem­ seinrichtungen (35 _i; 35 _ii) drehfest verbunden sind.

18. Elektrische Maschine nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtungen (35 _i, 35 _ii) entlang der Achse (4, 6) jeweils zwischen dem Planetengetriebe (33) und der zugeordneten Ram­ pe (43) angeordnet sind.

19. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Brem­ seinrichtungen (35 _i, 35 _ii) Lamellenbremsen sind.

20. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Brem­ seinrichtungen (50 _i, 50 _ii) durch eine zu einer Achse des Getriebes senkrechte Stellbewegung (A) betätig­ bar sind, und daß die Stellvorrichtung (49, 60 _i, 60 _ii, 55, 59) wenigstens eine Nockenscheibe (60) und mit der Nockenscheibe (60) wechselwirkende Hebel (55) zum Umsetzen einer Drehung der Nocken­ scheibe (60) in eine Stellbewegung der Bremsein­ richtungen (50 _I, 50 _II) aufweist.

21. Elektrische Maschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtungen (50 _i; 50 _ii) Backenbremsen sind.