DE102007062237A1

DE102007062237A1 - Antriebsmodul

Info

Publication number: DE102007062237A1
Application number: DE102007062237A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Antony; Wolfgang Dr. Ing. Elser; Harald Dipl.-Ing. Feuchter; Steffen Hahlbeck; Steffen Dr. Ing. Henzler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Also published as: WO2009083061A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Antriebsmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Hybridantriebseinheit (10a-10h) und einer Kupplungseinheit (12a-12h), die dazu vorgesehen ist, die Hybridantriebseinheit (10a-10h) mit einer Brennkraftmaschine zu koppeln und zu entkoppeln. Es wird vorgeschlagen, dass die Kupplungseinheit (12a-12h) als Anfahrkupplung vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2005 024 359 A1 ist bereits ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug mit einer Hybridantriebseinheit und einer Kupplungseinheit bekannt, die dazu vorgesehen ist, die Hybridantriebseinheit mit einer Brennkraftmaschine zu koppeln und zu entkoppeln.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Antriebsmodul bereitzustellen, das vorteilhaft in einem Modulbaukastensystem eingesetzt werden kann und insbesondere vorteilhaft in bestehende Getriebekonzepte integriert werden kann. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Nebenansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einen Antriebsmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Hybridantriebseinheit und einer Kupplungseinheit, die dazu vorgesehen ist, die Hybridantriebseinheit mit einer Brennkraftmaschine zu koppeln und zu entkoppeln.
Es wird vorgeschlagen, dass die Kupplungseinheit als Anfahrkupplung vorgesehen ist. Dabei soll unter „vorgesehen" insbesondere speziell ausgelegt, ausgestattet und/oder programmiert verstanden werden. Ferner soll unter einer „Anfahrkupplung" insbesondere eine Kupplung verstanden werden, die zum Anfahren mit der Brennkraftmaschine vorgesehen ist und entsprechend ausgelegt ist und/oder die insbesondere einem Prüftest stand hält, bei dem mittels der Kupplungseinheit auf einer ebenen Fahrbahn innerhalb von 5 min gleichmäßig verteilt mindestens drei mal vorzugsweise mindestens fünf mal unter Volllast angefahren wird, und/oder die dazu vorgesehen ist, in einem Dauerschlupfbetrieb zur Überwindung einer Drehzahldifferenz einer minimalen Brennkraftmaschinendrehzahl und einer erforderlichen Drehzahl für eine Kriechfahrt bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 3 bis 5 km/h betrieben zu werden.
Durch eine entsprechende Ausgestaltung können vorteilhaft Getriebeeinheiten, insbesondere bestehende Standardgetriebe, ohne eine speziell ausgebildete Anfahrkupplungseinheit mit dem Antriebsmodul kombiniert werden und es kann ein vorteilhafter Einsatz des Antriebsmoduls in einem Modulbaukastensystem erreicht werden. Besonders vorteilhaft kann ein Modulbaukastensystem mit einer Getriebeeinheit, einem erfindungsgemäßen Antriebsmodul und wenigstens einem alternativ einsetzbaren Antriebsmodul, insbesondere mit einer alternativen Hybridantriebseinheit und/oder ohne Hybridantriebseinheit, erreicht werden. Es können kostengünstig verschiedene Alternativen mit einer Getriebeeinheit erreicht werden, und zwar insbesondere, wenn das Modulbaukastensystem eine Steuereinheit aufweist, wie insbesondere eine Steuereinheit zur Steuerung einer Wandlerüberbrückungskupplung oder einer reinen Anfahrkupplung, die zur Ansteuerung von verschiedenen Kupplungseinheiten verschiedener Antriebsmodule vorgesehen ist. Unter einer „Getriebeeinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, verschiedene Übersetzungsverhältnisse beim Antrieb zu realisieren, die vorzugsweise zumindest teilautomatisiert abhängig von verschiedenen Betriebsparametern, wie insbesondere abhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer angeforderten Leistung, einem Fahrerparameter, einer Fahrbahnsteigung usw., gewählt wird. Dabei kann die Getriebeeinheit verschiedene Übersetzungsstufen durch verschiedene, wählbare, wirkende Zahnradpaarungen aufweisen und/oder die Getriebeeinheit kann eine stufenlos verstellbare Übersetzungseinheit aufweisen, mittels der Übersetzungsverhältnisse stufenlos einstellbar sind, wie beispielsweise eine Übersetzungseinheit mit Kegelscheibenpaaren und einem Umschlingungsband und/oder Toroidscheiben mit einem dazwischen angeordneten verschwenkbaren Rollkörper usw.
Soll ein Modulbaukastensystem mit verschiedenen Antriebsmodulen geschaffen werden, die Hybridantriebseinheiten mit unterschiedlichen Leistungen aufweisen, kann dies besonders kostengünstig erreicht werden, wenn für zwei verschiedene Hybridantriebseinheiten entsprechende Wicklungsträger eingesetzt werden und eine Leistungsdifferenz durch unterschiedliche Wicklungen, insbesondere durch unterschiedliche Wicklungszahlen, realisiert werden.
Ferner kann eine besonders vorteilhafte Handhabung des Modulbaukastensystems erreicht und erforderliche Modifikationen können reduziert werden, wenn die Getriebeeinheit eine Getriebegehäuseeinheit aufweist und die Antriebsmodule dazu vorgesehen sind, in der Getriebegehäuseeinheit eingesetzt zu werden und/oder das Modulbaukastensystem eine Kühleinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, in einer Getriebegehäuseeinheit der Getriebeeinheit eingesetzt zu werden. Die Getriebegehäuseeinheit wird dabei vorzugsweise von einem Triebkopfge häuse gebildet, wobei unter einem „Triebkopfgehäuse" insbesondere ein Gehäuse verstanden werden soll, das antriebsseitig zu weiteren Übersetzungsmitteln, wie insbesondere verschiedener Zahnradpaarungen, Planetengetrieben usw., der Getriebeeinheit angeordnet ist. Unter dem, dass „eine erste Einheit zu einer zweiten Einheit antriebsseitig angeordnet ist", soll insbesondere verstanden werden, dass die erste Einheit entlang eines Kraftflusses zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs und zur Fortbewegung desselben, vor der zweiten Einheit angeordnet ist. Demgegenüber soll unter dem, dass „eine erste Einheit antriebsseitig zu einer zweiten Einheit angeordnet ist" verstanden werden, dass die erste Einheit entlang eines Kraftflusses zum Antrieb des Kraftfahrzeugs hinter der zweiten Einheit angeordnet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Antriebsmodul eine Steuereinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, die Kupplungseinheit bei wenigstens einem Anfahrmodus zu schließen, wodurch die Kupplungseinheit und die Steuereinheit vorteilhaft aufeinander abgestimmt werden können. Grundsätzlich ist auch denkbar, dass zusätzlich oder alternativ eine separate Steuereinheit genutzt wird, wie insbesondere besonders bevorzugt eine Steuereinheit eines Getriebes, wie eine Steuereinheit zur Steuerung einer Wandlerüberbrückungskupplung usw., wodurch zusätzliche Bauteile, Bauraum, Montageaufwand und Kosten gespart werden können. Unter einer "Steuereinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit mit einer Recheneinheit, einer Speichereinheit und einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Ferner soll unter einem „Anfahrmodus" in diesem Zusammenhang insbesondere ein Modus für einen Beschleunigungsvorgang ausgehend von einer Geschwindigkeit unterhalb einer Geschwindigkeit von 10 km/h und insbesondere unterhalb 5 km/h und insbesondere ein Beschleunigungsvorgang ausgehend von einer Geschwindigkeit gleich Null verstanden werden, bei dem mittels der Kupplungseinheit eine Drehzahldifferenz zu überwinden ist.
Ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, die Kupplungseinheit bei einem reinen Brennkraftmaschinenanfahrmodus zu schließen, kann die Kupplungseinheit besonders flexibel eingesetzt werden, und zwar insbesondere sowohl bei einem Anfahrmodus, wenn eine vorliegende Temperatur noch außerhalb eines für die Hybridantriebseinheit vorteilhaften Bereichs liegt, wie insbesondere wenn eine Kühlwassertemperatur kleiner gleich 60°C, vorteilhaft kleiner gleich 30°C und besonders bevorzugt kleiner gleich 0°C ist. Unter einem „reinen Brennkraftmaschinenanfahrmodus" soll dabei insbesondere ein Modus verstanden werden, bei dem ein Antriebsmoment zum Antrieb des Kraftfahrzeugs allein von der Brennkraftmaschine geliefert wird.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, die Kupplungseinheit bei einem Kombinationsmodus zu schließen. Dabei soll unter einem „Kombinationsmodus" insbesondere ein Modus verstanden werden, bei dem sowohl die Hybridantriebseinheit als auch die Brennkraftmaschine zum Anfahren genutzt wird und insbesondere mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 80% einer maximalen Leistung der Hybridantriebseinheit und einer vorgesehenen Brennkraftmaschine zum Anfahren gefordert wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Hybridantriebseinheit abtriebsseitig zur Kupplungseinheit angeordnet ist, d. h. in einem Kraftfluss zum Antrieb des Kraftfahrzeugs nach der Kupplungseinheit, wodurch eine vorteilhaft kompakte Bauweise und insbesondere eine vorteilhafter Kriechmodus erreicht werden kann. Dabei soll unter einem Kriechmodus insbesondere ein Modus verstanden werden, bei dem das Kraftfahrzeug mit einer sehr kleinen Geschwindigkeit betrieben wird, wie insbesondere bei einer Geschwindigkeit zwischen 0 km/h und 5 km/h und insbesondere bei der bei einem Brennkraftmaschinenantrieb ein Schlupf innerhalb der Kupplungseinheit erforderlich wäre. Bei einer zur Kupplungseinheit abtriebsseitig angeordneten Hybridantriebseinheit kann ein Schließen der Kupplung bei sehr kleinen Geschwindigkeiten zumindest weitgehend vermieden werden und das Kraftfahrzeug kann vorteilhaft ohne zwischengeschaltete Kupplung direkt von der Hybridantriebseinheit angetrieben werden.
Ferner kann Bauraum eingespart werden, wenn die Kupplungseinheit in axialer Richtung zumindest teilweise überlappend zur Hybridantriebseinheit angeordnet ist, d. h. zumindest teilweise radial außerhalb der Hybridantriebseinheit oder besonders vorteilhaft zumindest teilweise radial innerhalb der Hybridantriebseinheit.
Die Kupplungseinheit kann von verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Kupplungen gebildet sein, vorteilhaft jedoch von einer Reibkupplung und besonders vorteilhaft von einer nassen Reibkupplung. Dabei soll unter einer "Reibkupplung" insbesondere eine Kupplung mit zumindest zwei zur direkten Kopplung vorgesehenen Reibbelägen verstanden werden, wobei bei einer nassen Reibkupplung die Reibbeläge mit einer Flüssigkeit, wie insbesondere mit Öl, bespritzt werden und/oder die Reibbeläge teilweise innerhalb der Flüssigkeit oder vollständig innerhalb der Flüssigkeit angeordnet sind. Mit einer nassen Reibkupplung kann eine vorteilhafte Kühlung erreicht und die Kupplungseinheit kann konstruktiv einfach und Platz sparend als Anfahrkupplung ausgelegt werden. Insbesondere kann konstruktiv einfach erreicht werden, dass die Kupplungseinheit zumindest teilweise radial innerhalb der Hybridantriebseinheit angeordnet werden kann.
Die Steuer- und Regelungseinheit zur Ansteuerung der Kupplungseinheit der Hybridantriebseinheit ist in vorteilhafter Weise in die Steuer- und Regelungseinheit des Getriebes integriert. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung wird die Steuer- und Regelungseinheit einer Kupplungseinheit verwendet, die bei einem weiteren Antriebsmodul bereits zum Einsatz kommt. Als Kupplungseinheit eines weiteren Antriebsmoduls kann beispielhaft die Wandlerüberbrückungskupplung eines hydraulischen Drehmomentwandlers genannt werden. Dadurch ist es möglich, auf Elemente wie eine separate und/oder zusätzliche Steuer- und Regelungseinheit zur Ansteuerung der Kupplungseinheit der Hybridantriebseinheit zu verzichten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Antriebsmodul wenigstens einen Torsionsschwingungsdämpfer aufweist, der antriebsseitig zur Kupplungseinheit angeordnet ist und/oder einen Torsionsschwingungsdämpfer aufweist, der abtriebsseitig zur Hybridantriebseinheit angeordnet ist, wodurch Torsionsschwingungen vorteilhaft gedämpft und der Komfort gesteigert werden kann.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Antriebsmodul wenigstens eine Pumpe aufweist, wodurch diese vorteilhaft auf die Hybridantriebseinheit und/oder insbesondere auf die Kupplungseinheit ausgelegt werden kann.
Ist die Pumpe antriebsseitig zur Kupplungseinheit angeordnet, kann insbesondere einfach sichergestellt werden kann, dass die Pumpe über die Brennkraftmaschine betrieben und für eine Versorgung der Kupplungseinheit genutzt werden kann.
Weist das Antriebsmodul eine elektrische Maschine zum Antrieb der Pumpe auf, kann ein vorteilhafter Mediumstrom, insbesondere ein Kühlmittelstrom und/oder ein Druckmittelstrom zur Betätigung der Kupplungseinheit, unabhängig von der Brennkraftmaschine und unabhängig von der Hybridantriebseinheit erreicht werden.
Dabei wird vorgeschlagen, dass die elektrische Maschine zum Antrieb der Pumpe in axialer Richtung zumindest teilweise überlappend zur Hybridantriebseinheit angeordnet ist, und insbesondere zumindest teilweise radial innerhalb der Hybridantriebseinheit angeordnet ist, wodurch wiederum Bauraum eingespart werden kann.
Umfasst das Antriebsmodul eine Freilaufeinheit, die im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine und der Pumpe angeordnet ist, kann die Pumpe vorteilhaft wahlweise elektrisch und/oder mechanisch, d. h. insbesondere bedingt durch eine Bewegung des Kraftfahrzeugs und/oder durch die Brennkraftmaschine, angetrieben werden.
Weist die Freilaufeinheit wenigstens zwei Freiläufe auf, kann konstruktiv einfach erreicht werden, dass die elektrische Maschine trotz aktivierter Pumpe eine Drehzahl von Null annimmt, wodurch unerwünschte Schleppverluste der elektrischen Maschine im Betrieb vermieden werden können.
Weist das Antriebsmodul eine Kühleinheit auf, kann auch diese vorteilhaft auf die Komponenten des Antriebsmoduls ausgelegt werden. Vorzugsweise ist dabei die Kühleinheit zumindest teilweise in die Hybridantriebseinheit integriert, so dass insbesondere bei einem Austausch des Antriebsmoduls vorzugsweise eine entsprechend angepasste Kühleinheit einfach mit ausgetauscht werden kann. Dabei soll unter „integriert" insbesondere verstanden werden, dass die Kühleinheit und die Hybridantriebseinheit zumindest teilweise einstückig ausgeführt sind und/oder zumindest als Montagebaugruppe vorliegen und in einem gemeinsamen Montageschritt montiert werden, und zwar insbesondere gemeinsam in ein Gehäuse eingesetzt werden. Ein anderer Teil der Kühleinheit kann vorteilhaft in das Triebkopfgehäuse integriert sein, wodurch Bauteile eingespart werden können.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 ein schematisch dargestelltes Modulbaukastensystem mit einer Getriebeeinheit und zwei alternativen Antriebsmodulen,
2 die Getriebeeinheit mit einem alternativen Antriebsmodul mit einer zu 1 differierenden Torsionsschwingungsdämpfereinheit,
3 die Getriebeeinheit mit einem alternativen Antriebsmodul mit einer zu 2 differierenden Freilaufeinheit,
4 die Getriebeeinheit mit einem alternativen Antriebsmodul mit einer zu 3 differierenden Torsionsschwindungsdämpfereinheit,
5 die Getriebeeinheit mit einem alternativen Antriebsmodul mit einer zu den 1 bis 4 differierenden Pumpenanordnung,
6 die Getriebeeinheit mit einem alternativen Antriebsmodul mit einer zu 5 differierenden Torsionsschwindungsdämpfereinheit,
7 die Getriebeeinheit mit einem alternativen Antriebsmodul mit einer zu 6 differierenden Freilaufeinheit und
8 die Getriebeeinheit mit einem alternativen Antriebsmodul mit einer zu 7 differierenden Torsionsschwingungsdämpfereinheit.
1 zeigt ein schematisch dargestelltes Modulbaukastensystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Getriebeeinheit 30 und zwei alternativen Antriebsmodulen, wobei ein Antriebsmodul außerhalb eines Triebkopfgehäuses 26 der Getriebeeinheit 30 in demontierten Zustand und ein Antriebsmodul innerhalb des Triebkopfgehäuses 26 in montiertem Zustand dargestellt ist. Das Triebkopfgehäuse 26 ist glockenförmig ausgebildet und ist antriebsseitig zu einem Hauptgetriebegehäuse 52 der Getriebeeinheit 30 angeordnet. Das Triebkopfgehäuse 26 und das Hauptgetriebegehäuse 52 werden von getrennten Bauteilen gebildet, diese könnten jedoch auch zumindest teilweise einstückig ausgeführt sein. Das Triebkopfgehäuse kann ebenfalls von mehreren getrennten Bauteilen gebildet werden.
Das außerhalb des Triebkopfgehäuses 26 in demontiertem Zustand dargestellte Antriebsmodul ist zur Montage in das Triebkopfgehäuse 26 der Getriebeeinheit 30 vorgesehen und weist ausgehend von einer Eingangswelle 32a', an die eine Brennkraftmaschine gekoppelt wird und über die im Betrieb ein Antriebsmoment in die Getriebeeinheit 30 eingeleitete wird, einen Torsionsschwingungsdämpfer 16a' mit einem Außenschwingungsdämpfer 34a' und einem Innenschwingungsdämpfer 36a' auf. An den Torsionsschwingungsdämpfer 16a' schließt sich im Kraftfluss der Brennkraftmaschine zur Getriebeeinheit 30 ein zweiter Teil der Eingangswelle 32a' an, mit dem eine elektrische Maschine 22a' und eine Pumpe 20a' über eine Freilaufein heit 24a' mit einem Freilauf 38a' gekoppelt sind. Die elektrische Maschine 22a' ist von einem Innenläufer gebildet. Bedingt durch den Freilauf 38a' kann stets mittels der Pumpe 20a' unabhängig von einer Brennkraftmaschinendrehzahl ein vorteilhafter Ölvolumenstrom erreicht werden, d. h. die Pumpe 20a' kann insbesondere bei stehender Brennkraftmaschine mittels der elektrischen Maschine 22a' betrieben werden. Ferner ist der zweite Teil der Eingangswelle 32a' mit einem ersten Kupplungsteil 40a' einer von einer nassen Reibkupplung gebildeten Kupplungseinheit 12a' verbunden, die als Anfahrkupplung dient. Ein zweiter Kupplungsteil 42a' ist über eine Koppelstelle 44a' mit einer Eingangswelle 46 der Getriebeeinheit 30 verbindbar. Die Pumpe 20a' ist dabei dazu vorgesehen, einen Öldruck aufzubauen, mittels dem die nasse Reibkupplung geschlossen werden kann und zudem einen Ölvolumenstrom aufzubauen, mittels dem Bauteile, wie insbesondere die Kupplungseinheit, gekühlt werden können. Das Modulbaukastensystem weist eine Steuer- und Regelungseinheit 14a auf, die zur Ansteuerung der Kupplungseinheit 12a' vorgesehen ist und diese während eines Anfahrmodus schließt.
Das innerhalb des Triebkopfgehäuses 26, in montiertem Zustand dargestellte Antriebsmodul weist ausgehend von einer Eingangswelle 32a, an die eine Brennkraftmaschine gekoppelt wird und über die im Betrieb ein Antriebsmoment in die Getriebeeinheit 30 eingeleitet wird, einen Torsionsschwingungsdämpfer 16a mit einem Außenschwingungsdämpfer 34a und einem Innenschwingungsdämpfer 36a auf. An den Torsionsschwingungsdämpfer 16a schließt sich im Kraftfluss der Brennkraftmaschine zur Getriebeeinheit 30 ein zweiter Teil der Eingangswelle 32a an, mit dem eine elektrische Maschine 22a und eine Pumpe 20a über eine Freilaufeinheit 24a mit einem Freilauf 38a gekoppelt sind. Die elektrische Maschine 22a ist von einem Innenläufer gebildet. Ferner ist der zweite Teil der Eingangswelle 32a mit einem ersten Kupplungsteil 40a einer von einer einzelnen nassen Reibkupplung gebildeten Kupplungseinheit 12a des Antriebsmoduls verbunden. Ein zweiter Kupplungsteil 42a ist mit einer antriebsseitig zur Kupplungseinheit 12a angeordneter Hybridantriebseinheit 10a gekoppelt, und zwar mit einem Läufer 48a einer von einem Innenläufer gebildeten elektrischen Maschine. Der Läufer 48a wirkt im Betrieb mit einem radial außerhalb angeordneten Stator 50a zusammen und ist über eine Koppelstelle 44a mit der Eingangswelle 46 der Getriebeeinheit 30 verbunden. Die Kupplungseinheit 12a ist in axialer Richtung überlappend zur Hybridantriebseinheit 10a angeordnet, und zwar ist die Kupplungseinheit 12a vollständig in einem von dem Läufer 48a aufgespannten Axialbereich radial innerhalb des Läufers 48a der Hybridantriebseinheit 10a angeordnet. In dem radial außerhalb des Läufers 48a angeordneten Stator 50a der elektrische Maschine bzw. der Hybridantriebseinheit 10a ist eine von Kühlkanälen gebildete Kühleinheit 28 integriert, die gemeinsam mit dem Stator 50a eine Montageeinheit bildet und dazu vorgesehen ist, gemeinsam mit der Hybridantriebseinheit 10a in das Triebkopfgehäuse 26 der Getriebeeinheit 30 eingesetzt zu werden.
Bedingt durch den Freilauf 38a, der im Kraftfluss zwischen der elektrische Maschine 22a und der Pumpe 20a angeordnet ist, kann stets mittels der Pumpe 20a, die antriebsseitig zur Kupplungseinheit 12a, d. h. im Kraftfluss der Brennkraftmaschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs vor der Kupplungseinheit 12a angeordnet ist, unabhängig von einer Brennkraftmaschinendrehzahl und unabhängig von einer Antriebsdrehzahl der Hybridantriebseinheit 10a ein vorteilhafter Ölvolumenstrom und Öldruck erreicht werden, d. h. die Pumpe 20a kann insbesondere bei stehender Brennkraftmaschine mittels der elektrische Maschine 22a betrieben werden.
Zwischen der Brennkraftmaschine und der Hybridantriebseinheit 10a ist ausschließlich eine eine Drehzahldifferenz überbrückende Kupplung angeordnet, und zwar die Kupplungseinheit 12a, die dazu vorgesehen ist, die Hybridantriebseinheit 10a mit der Brennkraftmaschine zu koppeln und zu entkoppeln und die zudem als Anfahrkupplung vorgesehen bzw. als Anfahrkupplung ausgelegt ist. Das Antriebsmodul weist hierfür die Steuer- und Regelungseinheit 14a auf, die dazu vorgesehen ist, die Kupplungseinheit 12a bei bestimmten Anfahrmodi zu schließen. Die Steuer- und Regelungseinheit 14a ist zur Ansteuerung der verschiedenen Kupplungseinheiten 12a', 12a der in 1 gezeigten alternativen Antriebsmodule vorgesehen, ist in der Getriebeeinheit 30 untergebracht und ist einstückig mit einer Steuer- und Regelungseinheit der Getriebeeinheit 30 ausgeführt.
In einem Normalbetriebsmodus, der vorliegt, wenn eine Kühlmitteltemperatur oberhalb einem unteren Grenzwert liegt, wie insbesondere oberhalb 0°C, die Batterie einen ausreichenden Ladezustand aufweist und ein mittleres Drehmoment zum Anfahren ausgehend von einer Fahrzeuggeschwindigkeit Null angefordert wird, bleibt die Kupplungseinheit 12a geöffnet und das Kraftfahrzeug wird allein durch ein von der Hybridantriebseinheit 10a geliefertes Drehmoment bis zu einem bestimmten Geschwindigkeitsgrenzwert beschleunigt, ab dem dann von der Steuer- und Regelungseinheit 14a die Kupplungseinheit 12a geschlossen und die Brennkraftmaschine zugeschaltet wird. Dabei kann die Brennkraftmaschine vorteilhaft mittels eines von der Hybridantriebseinheit 10a aufgebrachten Drehmoments gestartet werden. Vorzugsweise findet dabei eine kurzzeitige Drehmomenterhöhung statt, so dass ein von der Brennkraftmaschine bedingtes kurzes Bremsmoment zumindest weitgehend ausgeglichen und ein für einen Fahrer ruckfreies Starten der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Alternativ könnte die Brennkraftmaschine auch vorzugsweise durch einen so genannten Direktstart gestartet werden, d. h. ohne zusätzlichen Elektromotor, nur durch gezieltes Einspritzen in einem Zylinder bei einer bestimmten Kolbenstellung und Zünden. Alternativ könnte die Brennkraftmaschine aber auch durch eine zusätzliche Startvorrichtung in Form eines nicht näher dargestellten Elektromotors, wie einem Anlasser mit Ritzel oder einem riemengetriebenen Starter, gestartet werden.
Liegt die Kühlmitteltemperatur und/oder der Ladezustand der Batterie unterhalb des unteren Grenzwerts, findet ein reiner Brennkraftmaschinenanfahrmodus statt, bei dem die Kupplungseinheit 12a von der Steuer- und Regelungseinheit 14a geschlossen wird und das Kraftfahrzeug allein durch ein Antriebsmoment der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Dabei kann die Brennkraftmaschine wiederum durch einen Direktstart gestartet werden, die Brennkraftmaschine kann von der Hybridantriebseinheit gestartet werden und/oder die Brennkraftmaschine kann durch einen weiteren nicht näher dargstellten Elektromotor gestartet werden.
Zudem wird die Kupplungseinheit 12a von der Steuer- und Regelungseinheit 14a in einem Kombinationsmodus geschlossen, in dem ein erhöhtes Drehmoment beim Anfahren gefordert wird und beide Drehmomentquellen, d. h. die Brennkraftmaschine und die Hybridantriebseinheit 10a zum Anfahren von einer Fahrzeuggeschwindigkeit Null genutzt werden sollen.
Im Schubbetrieb und bei einem Ladezustand der Batterie unterhalb eines maximalen Ladezustands wird die Hybridantriebseinheit 10 generatorisch betrieben. Dazu ist üblicher Weise die Kupplungseinheit 12a geöffnet, um die Generatorleistung der Hybridantriebseinheit 10 zu erhöhen.
Alternativ kann die Kupplungseinheit 12a von der Steuer- und Regelungseinheit 14a in einem Schubbetrieb auch geschlossen werden, um die Brennkraftmaschine als so genannte Motorbremse zu nutzen.
Der in einem Kraftfluss von der Brennkraftmaschine antriebsseitig zur Kupplungseinheit 12a und zur Hybridantriebseinheit 10a angeordnete Torsionsschwingungsdämpfer 16a dient insbesondere zum Bauteileschutz. Bedingt durch den Torsionsschwingungsdämpfer 16a können die im Kraftfluss nachfolgenden Bauteile kostengünstig und leicht dimensioniert werden.
Um die Kupplungseinheit 12a an verschiedene Leistungen unterschiedlicher Brennkraftmaschinen und/oder unterschiedlicher Hybridantriebseinheiten anzupassen, können unterschiedliche Kupplungseinheiten vorgehalten werden, die unterschiedliche große Lamellenpaare und/oder unterschiedliche Anzahlen von Lamellenpaare aufweisen.
In den 2 bis 8 sind alternative Antriebsmodule mit der Getriebeeinheit 30 dargestellt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile, Merkmale und Funktionen sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Zur Unterscheidung der alternativen Antriebsmodule sind jedoch den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele in den 1 bis 8 die Buchstaben a bis h hinzugefügt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den Antriebsmodulen in 1, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in 1 verwiesen wird. Insbesondere ist zu bemerken, dass das in 1 in demontiertem Zustand dargestellte Antriebsmodul mit den Antriebsmodulen in den 2 bis 8 in einem Modulbaukastensystem kombiniert werden kann.
Die 2 zeigt die Getriebeeinheit 30 mit einem alternativen Antriebsmodul mit einer zu dem Antriebsmodul in 1 differierenden Torsionsschwingungsdämpfereinheit. Die Torsionsschwindungsdämpfereinheit umfasst einen antriebsseitig zu einer Kupplungseinheit 12b angeordneten Torsionsschwingungsdämpfer 16b, der ausschließlich einen Außenschwingungsdämpfer 34b aufweist. Ferner umfasst die Torsionsschwingungsdämpfereinheit einen abtriebsseitig zu einer Hybridantriebseinheit 10b angeordneten Torsionsschwingungsdämpfer 18b. Mittels des Torsionsschwingungsdämpfers 18b können von der Hybridantriebseinheit 10b ausgehende Schwingungen vorteilhaft gedämpft und/oder im Antriebsstrang auftretende Resonanzen in ihrer Drehzahl verschoben und somit der Komfort gesteigert werden. Ferner ist die Kupplungseinheit 12b getrennt zur Hybridantriebseinheit 10b ausgeführt, d. h. die Kupplungseinheit 12b ist getrennt vom Läufer 48b ausgeführt.
Die 3 zeigt die Getriebeeinheit 30 mit einem alternativen Antriebsmodul mit einer zu dem Antriebsmodul in 2 differierenden Freilaufeinheit 24c. Die Freilaufeinheit 24c weist zwei Freiläufe 54c, 56c auf. Das Antriebsmodul weist eine Pumpe 20c mit einer in radialer Richtung zwischen den Freiläufen 54c, 56c angeordneten Koppelstelle 58c auf. Der radial äußere Freilauf 54c ist in Richtung eines Kraftflusses von einer elektrische Maschine 22c radial nach innen in Richtung der Koppelstelle 58c der Pumpe 20c gesperrt und ist in eine entgegen gesetzte Richtung entsperrt. Der radial innere Freilauf 56c ist in Richtung eines Kraftflusses von einer Hybridantriebseinheit 10c und einer Brennkraftmaschine radial nach außen in Richtung der Koppelstelle 58c gesperrt und ist in eine entgegen gesetzte Richtung entsperrt. Die Pumpe 20c kann damit von der Brennkraftmaschine und/oder von der Hybridantriebseinheit 10c angetrieben werden, ohne dass die elektrische Maschine 22c durch ein Drehmoment der Brennkraft maschine und/oder der Hybridantriebseinheit 10c angetrieben wird, wodurch unerwünschte Schleppverluste vermieden werden können. Ferner kann die Pumpe 20c von der elektrischen Maschine 22c angetrieben werden, ohne dass die Brennkraftmaschine und/oder die Hybridantriebseinheit 10c betrieben werden.
In einem Betriebsmodus, in dem eine Drehzahl der elektrischen Maschine 22c größer ist als eine Drehzahl der Hybridantriebseinheit 10c und größer ist als eine Drehzahl der Brennkraftmaschine, ist der radial äußere Freilauf 54c gesperrt und die Pumpe 20c wird mit der Drehzahl der elektrischen Maschine 22c beaufschlagt. Da die Drehzahl der elektrischen Maschine 22c bzw. der Pumpe 20c größer ist als die Drehzahl der Hybridantriebseinheit 10c und der Brennkraftmaschine, ist der radial innere Freilauf 56c entsperrt, weshalb die Pumpe 20c ausschließlich über die elektrische Maschine 22c betrieben wird.
In einem Betriebsmodus, in dem die Drehzahl der Hybridantriebseinheit 10c und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine größer ist als die Drehzahl der elektrischen Maschine 22c, ist der radial innere Freilauf 56c gesperrt und die Pumpe 20c wird ausschließlich von der Hybridantriebseinheit 10c und/oder von der Brennkraftmaschine angetrieben. Alternativ sind auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Freilaufeinheiten denkbar, insbesondere auch Freilaufeinheiten mit schaltbaren Freiläufen, wodurch auch die elektrische Maschine 22c vorzugsweise als Generator genutzt werden könnte.
Die 4 zeigt die Getriebeeinheit 30 mit einem alternativen, besonders bevorzugten Antriebsmodul. Das Antriebsmodul weist eine dem Ausführungsbeispiel in 2 entsprechende Torsionsschwingungsdämpfereinheit und eine dem Ausführungs beispiel in 3 entsprechende Freilaufeinheit 24d auf. Ferner weist das Antriebsmodul eine elektrische Maschine 22d zum Antrieb einer Pumpe 20d auf, wobei die elektrische Maschine 22d in axialer Richtung überschneidend zu einer Hybridantriebseinheit 10d angeordnet ist, und zwar ist die elektrische Maschine 22d zumindest teilweise oder insbesondere vollständig in einem von der Hybridantriebseinheit 10d aufgespannten Axialbereich radial innerhalb der Hybridantriebseinheit 10d angeordnet.
Die 5 zeigt die Getriebeeinheit 30 mit einem alternativen Antriebsmodul mit einer zu den Ausführungsbeispielen in den 1 bis 4 differierenden Pumpenanordnung. Das Antriebsmodul weist eine Pumpe 20e auf, die abtriebsseitig zu einer Hybridantriebseinheit 10e angeordnet ist. Eine Freilaufeinheit 24e des Antriebsmoduls in 5 entspricht einer Freilaufeinheit 24a des Antriebsmoduls in 1 und eine Torsionsschwingungsdämpfereinheit des Antriebsmoduls in 5 entspricht der Torsionsschwingungsdämpfereinheit in 2.
Die 6, 7 und 8 zeigen Antriebsmodule mit einer dem Antriebsmodul in 5 entsprechenden Pumpenanordnung, wobei das Antriebsmodul in 6 eine dem Antriebsmodul in 1 entsprechende Torsionsschwingungsdämpfereinheit und eine dem Antriebsmodul in 1 entsprechende Freilaufeinheit 24f, das Antriebsmodul in 7 eine dem Antriebsmodul in 1 entsprechende Torsionsschwingungsdämpfereinheit und eine dem Antriebsmodul in 3 entsprechende Freilaufeinheit 24g und das Antriebsmodul in 8 eine dem Antriebsmodul in 2 entsprechende Torsionsschwingungsdämpfereinheit und eine dem Antriebsmodul in 3 entsprechende Freilaufeinheit 24h aufweist.
Alternativ kann der Läufer 48a–48h der Hybridantriebseinheit 10a–10h und/oder die elektrische Maschine 22a–22h auch als Außenläufer ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005024359 A1 [0002]

Claims

Antriebsmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Hybridantriebseinheit (10a–10h) und einer Kupplungseinheit (12a–12h), die dazu vorgesehen ist, die Hybridantriebseinheit (10a–10h) mit einer Brennkraftmaschine zu koppeln und zu entkoppeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (12a–12h) als Anfahrkupplung vorgesehen ist.
Antriebsmodul nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (14a–14h), die dazu vorgesehen ist, die Kupplungseinheit (12a–12h) bei wenigstens einem Anfahrmodus zu schließen.
Antriebsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14a–14h) dazu vorgesehen ist, die Kupplungseinheit (12a–12h) bei einem reinen Brennkraftmaschinenanfahrmodus zu schließen.
Antriebsmodul nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14a–14h) dazu vorgesehen ist, die Kupplungseinheit (12a–12h) bei einem Kombinationsmodus zu schließen.
Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridantriebseinheit (10a–10h) abtriebsseitig zur Kupplungseinheit (12a–12h) angeordnet ist.
Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (12a–12h) in axialer Richtung zumindest teilweise überlappend zur Hybridantriebseinheit (10a–10h) angeordnet ist.
Antriebsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (12a–12h) zumindest teilweise radial innerhalb der Hybridantriebseinheit (10a–10h) angeordnet ist.
Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (12a–12h) von einer nassen Reibkupplung gebildet ist.
Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (12a–12h) zumindest teilweise ölbefüllt ist.
Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Torsionsschwingungsdämpfer (16a–16h), der antriebsseitig zur Kupplungseinheit (12a–12h) angeordnet ist.
Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Torsionsschwingungsdämpfer (18b; 18c; 18e; 18h), der antriebsseitig zur Hybridantriebseinheit (10b; 10c; 10e; 10h) angeordnet ist.
Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Pumpe (20a–20h).
Antriebsmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (20a–20d) antriebsseitig zur Kupplungseinheit (12a–12d) angeordnet ist.
Antriebsmodul nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine elektrische Maschine (22a–22h) zum Antrieb der Pumpe (20a–20h).
Antriebsmodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (22d) zum Antrieb der Pumpe (20d) in axialer Richtung zumindest teilweise überlappend zur Hybridantriebseinheit (10d) angeordnet ist.
Antriebsmodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (22d) zum Antrieb der Pumpe (20d) zumindest teilweise radial innerhalb der Hybridantriebseinheit (10d) angeordnet ist.
Antriebsmodul nach Anspruch 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine Freilaufeinheit (24a–24h), die im Kraftfluss zwischen der elektrische Maschine (22a–22h) und der Pumpe (20a–20h) angeordnet ist.
Antriebsmodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinheit (24c; 24d; 24g; 24h) wenigstens zwei Freiläufe (54c, 56c; 54d, 56d; 54g, 56g; 54h, 56h) aufweist.
Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (12a–12h) und/oder die Hybridantriebseinheit (10a–10h) dazu vorgesehen sind, in einem Triebkopfgehäuse (26a–26h) integriert zu werden.
Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kühleinheit (28a–28h).
Antriebsmodul nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (28a–28h) zumindest teilweise in die Hybridantriebseinheit (10a–10h) integriert ist.
Modulbaukastensystem mit einer Getriebeeinheit (30), einem Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem alternativ einsetzbaren Antriebsmodul.
Modulbaukastensystem nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (14a–14h), die zur Ansteuerung von verschiedenen Kupplungseinheiten (12a'; 12a–12h) verschiedener Antriebsmodule vorgesehen ist.
Modulbaukastensystem nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (14a–14h), die in der Getriebeeinheit (30) untergebracht ist.
Modulbaukastensystem nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (30) eine Getriebegehäuseeinheit aufweist und die Antriebsmodule dazu vorgesehen sind, in der Getriebegehäuseeinheit eingesetzt zu werden.
Modulbaukastensystem nach einem der Ansprüche 22 bis 25, gekennzeichnet durch eine Kühleinheit (28a–28h), die dazu vorgesehen ist, in einer Getriebegehäuseeinheit der Getriebeeinheit (30) eingesetzt zu werden.
Verfahren mit einem Antriebsmodul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (12a–12h) als Anfahrkupplung genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (12a–12h) bei einem reinen Brennkraftmaschinenanfahrmodus geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (12a–12h) bei einem Kombinationsmodus geschlossen wird.