DE102008040499A1

DE102008040499A1 - Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008040499A1
Application number: DE200810040499
Authority: DE
Inventors: Max Bachmann; Kai BORNTRÄGER; Karin Winkelmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2010-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine (EM) mit einem Stator (34) und einem Rotor (35) sowie ein mehrstufiges Planeten-Automatgetriebe (1) mit einer Eingangswelle (2) und einer Ausgangswelle (3) umfasst, wobei die Triebwelle des Verbrennungsmotors über eine steuerbare Trennkupplung (C0) und der Rotor (35) der Elektromaschine (EM) über eine Eingangsgetriebestufe (36) mit der Eingangswelle (2) des Automatgetriebes (1) in Triebverbindung stehen. Hierbei ist ein Hybridmodul (30) vorgesehen, welches über sein Eingangselement (31) drehfest mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors und über sein Ausgangselement (32) drehfest mit der Eingangswelle (2) des Automatgetriebes (1) verbunden ist, und eine axiale Erstreckung aufweist, die der axialen Erstreckung des Elektromoduls entspricht oder sie unterschreitet. Das Hybridmodul weist dabei die Trennkupplung (C0) und die Eingangsgetriebestufe (36), welche koaxial zueinander sowie zu der Triebwelle des Verbrennungsmotors und der Eingangswelle (2) des Automatgetriebes (1) vormontierbar zusammengefasst sind, und ein vormontierbares Elektromodul, welches ein Modulgehäuse (33) und die Elektromaschine (EM) umfasst, auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor sowie ein mehrstufiges Planeten-Automatgetriebe mit einer Eingangswelle sowie einer Ausgangswelle umfasst, wobei die Triebwelle des Verbrennungsmotors über eine steuerbare Trennkupplung und der Rotor der Elektromaschine über eine Eingangsgetriebestufe mit der Eingangswelle des Automatgetriebes in Triebverbindung stehen.
Ein Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer parallelwirksamen Anordnung eines Verbrennungsmotors und einer Elektromaschine kann in Verbindung mit einem antriebstechnisch nachgeordneten mehrstufigen Schaltgetriebe bekanntlich geometrisch einfach derart aufgebaut sein, dass die Elektromaschine koaxial auf der Eingangswelle des Schaltgetriebes angeordnet ist, der Rotor der Elektromaschine antriebswirksam mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbunden ist, und die Triebwelle des Verbrennungsmotors über eine steuerbare, also aus- und einrückbare Trennkupplung mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbindbar ist. Die Elektromaschine kann in diesem Fall während des Fahrbetriebs wahlweise kraftlos geschaltet werden, als Generator zum Laden eines elektrischen Energiespeichers verwendet werden, oder als Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Im Motorbetrieb kann die Elektromaschine bei geschlossener Trennkupplung, beispielsweise für eine starke Beschleunigung oder beim Befahren einer steilen Steigungsstrecke zur Unterstützung des Verbrennungsmotors im so genannten Boostbetrieb, und bei geöffneter Trennkupplung, beispielsweise beim Anfahren und beim Befahren von Innenstadtbereichen mit Emissionsbeschränkungen, als alleiniger Antriebsmotor im reinen Elektrobetrieb eingesetzt werden.
Ein derartiger Hybridantriebsstrang mit einem als Planeten-Automatgetriebe ausgebildeten Schaltgetriebe ist beispielsweise in zwei Ausführungsformen aus der DE 103 46 640 A1 bekannt. In beiden Varianten dieses bekannten Hybridantriebsstrangs nach den dortigen 1 und 2 ist jeweils eine wahlweise als Motor oder als Generator betreibbare Elektromaschine koaxial über der Eingangswelle des Automatgetriebes angeordnet, und der Rotor der Elektromaschine ist jeweils unmittelbar drehfest mit der Eingangswelle des Automatgetriebes verbunden.
Ein weiterer derartiger Hybridantriebsstrang mit einem als Planeten-Automatgetriebe ausgebildeten Schaltgetriebe ist in verschiedenen Ausführungsformen in der DE 10 2005 014 332 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Hybridantriebsstrang ist eine relativ leistungsschwach und entsprechend kompakt ausgebildete erste Elektromaschine anstelle mindestens eines Reibschaltelementes, wie einer Schaltkupplung und/oder einer Schaltbremse, innerhalb des Automatgetriebes angeordnet. Eine leistungsstärkere und entsprechend groß ausgebildete, wahlweise als Motor und als Generator betreibbare zweite Elektromaschine ist koaxial über der Eingangswelle des Automatgetriebes angeordnet, und der Rotor der zweiten, leistungsstärkeren Elektromaschine ist unmittelbar drehfest mit der Eingangswelle des Automatgetriebes verbunden.
Bei diesen bekannten Hybridantriebssträngen ist von Nachteil, dass das Drehzahlniveau der mit der Eingangswelle verbundenen Elektromaschine jeweils demjenigen des Verbrennungsmotors entspricht, und dass die betreffende Elektromaschine deshalb zur Erzielung einer für einen reinen Elektrobetrieb ausreichenden Antriebsleistung relativ groß und schwer ausgebildet sein muss.
In Verbindung mit einer achsparallelen Anordnung der betreffenden Elektromaschine und einer Triebverbindung des Rotors der Elektromaschine mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes über eine Eingangsgetriebestufe mit einer Übersetzung i_EK >> 1, wie ein Stirnzahnradpaar oder ein Umschlingungsgetriebe, kann die Elektromaschine jedoch deutlich leistungsschwächer und entsprechend klein sowie leicht ausgebildet werden.
Ein entsprechender Hybridantriebsstrang ist beispielsweise in zwei Ausführungsformen aus der DE 100 12 221 A1 bekannt. In beiden Varianten dieses bekannten Hybridantriebsstrangs nach den dortigen 1 und 2 ist jeweils eine wahlweise als Motor und als Generator betreibbare erste Elektromaschine achsparallel zu der Eingangswelle eines Hauptgetriebes angeordnet, das unter anderem auch als ein Planeten-Automatgetriebe ausgebildet sein kann. Der Rotor der ersten Elektromaschine steht über eine als Stirnzahnradpaar ausgebildete Eingangsgetriebestufe mit hoher Übersetzung (i_EK >> 1) mit der Eingangswelle des Hauptgetriebes in Triebverbindung.
Bei diesem bekannten Hybridantriebsstrang sind jedoch insbesondere die radialen Abmessungen im Bereich der Elektromaschine und der Eingangsgetriebestufe derart groß, dass dieser Hybridantriebsstrang ohne größere Änderungen an der Fahrzeugstruktur oder an der Fahrzeugkarosserie nicht in ein Kraftfahrzeug integrierbar ist. Des Weiteren können die durch die Übersetzung der Eingangsgetriebestufe bedingten Drehzahlen des Rotors der Elektromaschine derart hoch sein, dass ein ungünstig hoher Aufwand für die drehzahlfeste Gestaltung sowie die Auswuchtung und Lagerung des Rotors erforderlich ist.
Es besteht somit ein Bedarf für einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der unter Verwendung einer für einen reinen Elektrobetrieb ausreichenden Elektromaschine ohne Änderungen an der Fahrzeugstruktur oder an der Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugmodells alternativ zu einem konventionellen Antriebsstrang mit einem Automatgetriebe und einem diesem vorgeschalteten hydrodynamischen Drehmomentwandler in ein solches Kraftfahrzeug integrierbar ist. Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hybridantriebsstrang der eingangs genannten Art vorzuschla gen, der bei möglichst einfachem und Platz sparendem Aufbau ohne Funktionseinschränkungen die Abmessungen eines konventionellen Antriebsstrangs einhält.
Diese Aufgabe ist gelöst durch einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor sowie ein mehrstufiges Planeten-Automatgetriebe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle umfasst, wobei die Triebwelle des Verbrennungsmotors über eine steuerbare Trennkupplung und der Rotor der Elektromaschine über eine Eingangsgetriebestufe mit der Eingangswelle des Automatgetriebes in Triebverbindung stehen, und bei dem vorgesehen ist, dass ein Hybridmodul, über sein Eingangselement drehfest mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors und über sein Ausgangselement drehfest mit der Eingangswelle des Automatgetriebes verbunden ist, und eine axiale Erstreckung aufweist, die der axiale Erstreckung des Elektromoduls entspricht oder sie unterschreitet. Das Hybridmodul weist dabei die Trennkupplung und die Eingangsgetriebestufe, welche koaxial zueinander sowie zu der Triebwelle des Verbrennungsmotors und der Eingangswelle des Automatgetriebes vormontierbar zusammengefasst sind, und ein vormontierbares Elektromodul, welches ein Modulgehäuse und die Elektromaschine umfasst, auf.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11.
Die Erfindung besteht demnach im Wesentlichen in einem eine bauliche Einheit bildenden Hybridmodul, das ein Elektromodul, eine Trennkupplung und eine Eingangsgetriebestufe enthält, wobei aufgrund der koaxialen Anordnung und Ausbildung dieser Baugruppen eine besonders kompakte Bauform erreicht wird. Insbesondere kann mit dem Hybridmodul der Bauraum eines gemäß dem Stand der Technik vorgesehenen leistungsgerechten hydrodynamischen Drehmomentwandlers in einem Fahrzeug ohne Funktionseinschränkungen eingehalten werden.
Das Eingangselement des Hybridmoduls ist analog zu der Pumpenradwelle eines Drehmomentwandlers zweckmäßig als eine Welle oder Flanschwelle ausgebildet, die bei der Montage des Hybridantriebsstrangs z. B. über eine Steckverbindung bzw. eine Flanschverschraubung drehfest mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder einer mit dieser verbundenen Schwungscheibe verbindbar ist. Analog zu der Turbinenradnabe eines Drehmomentwandlers ist es ebenso zweckmäßig, wenn das Ausgangselement des Hybridmoduls als eine Nabe ausgebildet ist, die bei der Montage des Hybridantriebsstrangs z. B. über eine Steckverzahnung drehfest mit der axial hervorstehenden Eingangswelle des Automatgetriebes verbindbar ist.
Der erfindungsgemäße Hybridantriebsstrang unterscheidet sich somit, abgesehen von einem größeren Energiespeicher für die Elektromaschine, der an anderer Stelle innerhalb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise unter der Rücksitzbank oder im Kofferraum, angeordnet werden kann, insbesondere nur durch das anstelle des hydrodynamischen Drehmomentwandlers vorgesehene Hybridmodul von einem konventionellen Antriebsstrang. Das Planeten-Automatgetriebe des konventionellen Antriebsstrangs kann in dem erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang unverändert beibehalten werden, wodurch im Unterschied zu bekannten Hybridantriebssträngen eine hohe Anzahl von Gangstufen und eine hohe Spreizung verfügbar ist. Zudem ergeben sich durch die insgesamt höhere Produktionsstückzahl des gemeinsamen Automatgetriebes deutliche Kostenvorteile gegenüber bekannten Lösungen mit spezifischen Getriebeausführungen. Vorteilhaft sind für die Integration des erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs in ein vorhandenes, bereits in der Serienherstellung befindliches Kraftfahrzeugmodell auch keine Änderungen an tragenden Teilen desselben und/oder der Fahrzeugkarosserie erforderlich.
Zur Erzielung kompakter Abmessungen des Hybridmoduls ist bevorzugt vorgesehen, dass die Elektromaschine als ein Innenläufer mit einem radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor ausgebildet ist, und dass die Trennkupplung motorseitig sowie die Eingangsgetriebestufe getriebeseitig radial innerhalb des Rotors angeordnet sind.
In dieser Hinsicht ist es auch vorteilhaft, wenn die Trennkupplung als eine Lamellenkupplung mit einem Innenlamellenträger und einem Außenlamellenträger ausgebildet ist, wobei der Innenlamellenträger drehfest mit dem Eingangselement des Hybridmoduls und der Außenlamellenträger drehfest mit dem Ausgangselement des Hybridmoduls verbunden ist. Gegenüber einer Trockenkupplung weist eine Lamellenkupplung bei gleicher Kupplungskapazität nicht nur wesentlich geringere Abmessungen sondern aufgrund des üblichen Kühlölstroms auch eine bessere Wärmeabfuhr auf.
Zur Erzielung einer kompakten Lagerung und Ausrichtung der Lamellenträger ist es besonders vorteilhaft, wenn das mit dem Innenlamellenträger der Lamellenkupplung verbundene Eingangselement des Hybridmoduls zumindest abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet und über mindestens zwei axial beabstandete und vorzugsweise als Nadellager ausgebildete Wälzlager drehbar auf einem innenzylindrischen Abschnitt des mit dem Außenlamellenträger der Lamellenkupplung verbundenen Ausgangselementes gelagert ist.
Um die unvermeidlichen Drehschwingungen der die Triebwelle eines Hubkolbenmotors bildenden Kurbelwelle wirksam abzuschwächen, kann das Eingangselement des Hybridmoduls auch aus zwei begrenzt zueinander verdrehbaren Teilen bestehen, die über einen Drehschwingungsdämpfer miteinander verbunden sind. Der Drehschwingungsdämpfer ist somit ebenfalls ein Bestandteil des Hybridmoduls und kann motorseitig entweder radial innerhalb oder axial nahe des Rotors der Elektromaschine angeordnet sein. In einer anderen Variante kann der Drehschwingungsdämpfer aber auch axial außerhalb des Hybridmoduls angeordnet sein.
Um einerseits eine kompakte Bauweise und andererseits einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Elektromaschine zu erreichen, weist die Eingangsgetriebestufe zweckmäßig eine Übersetzung i_EK zwischen 1,2 und 1,8 auf (1,2 < i_EK < 1,8).
Eine derartige Übersetzung i_EK ist in Verbindung mit kompakten Abmessungen dadurch erzielbar, dass die Eingangsgetriebestufe als ein einfacher Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, mehreren auf einem Planetenträger umfangsseitig verteilt angeordneten und drehbar gelagerten sowie mit dem Sonnenrad in Verzahnungseingriff stehenden Planetenrädern, und einem mit den Planetenrädern in Verzahnungseingriff stehenden Hohlrad ausgebildet ist, wobei das Sonnenrad an dem Modulgehäuse arretiert ist, das Hohlrad drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden ist, und der Planetenträger drehfest mit dem Ausgangselement des Hybridmoduls gekoppelt ist. Die Übersetzung i_EK der Eingangsgetriebestufe liegt in diesem Fall, abhängig von den jeweiligen Zähnezahlen, exakt zwischen 1,25 und 1,67 (1,25 < i_EK < 1,67). Bei dieser Bauart der Eingangsgetriebestufe ergeben sich vorteilhaft auch vergleichsweise geringe Relativdrehzahlen zwischen den rotierenden Bauteilen, wie zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenträger sowie zwischen dem Planetenträger und dem Hohlrad, wodurch sich ein insgesamt hoher Übertragungswirkungsgrad ergibt.
Mindestens eine Lagerung des Rotors der Elektromaschine wird bevorzugt durch ein Wälzlager gebildet, das zwischen einem rotorfesten Bauteil, wie einem rotorfesten Trägerbauteil oder einer rotorfesten Lagerscheibe, und einem mit dem Modulgehäuse verbundenen Lagerschild angeordnet ist. Das betreffende Wälzlager ist als ein Rillenkugellager, ein Zylinderrollenlager oder ein Nadellager ausgebildet.
Ebenso ist es jedoch auch möglich, dass mindestens eine der Lagerungen des Rotors der Elektromaschine durch ein Wälzlager gebildet ist, das zwischen einer mit dem Rotor verbundenen Lagerscheibe und dem Eingangselement oder dem Ausgangselement des Hybridmoduls angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft kann die Lagerung des Rotors der Elektromaschine aber auch durch die Verzahnungen und die Lagerungen der Bauteile der Eingangsgetriebestufe gebildet sein, wodurch der Bauraum und die Kosten für ein separates Wälzlager eingespart werden können.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 einen erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang in einer schematischen Darstellung,
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs in einem Längsmittelschnitt,
3 einen Antriebsstrang gemäß dem Stand der Technik mit einem Planeten-Automatgetriebe und einem antriebstechnisch vorgeschalteten hydrodynamischen Drehmomentwandler in einer schematischen Darstellung, und
4 ein Schaltschema des in den Antriebssträngen nach 1 und 3 verwendeten Automatgetriebes.
Ein konventioneller Antriebsstrang nach 3 weist ein Planeten-Automatgetriebe 1 mit einer Eingangswelle 2, einer Ausgangswelle 3 und einen diesem antriebstechnisch vorgeschalteten hydrodynamischen Drehmomentwandler 4 mit einem Eingangselement 5 und einem Ausgangselement 6 auf.
Das bekannte Automatgetriebe 1 besteht aus einem eingangsseitigen Teilgetriebe 7 und einem ausgangsseitigen Teilgetriebe 8, die zwischen der Eingangswelle 2 sowie der Ausgangswelle 3 angeordnet und durch ein selektives Schließen von drei Schaltkupplungen C1, C2, C3 und zwei Schaltbremsen B1, B2 schaltbar sind.
Das eingangsseitige Teilgetriebe 7 ist als ein einfacher Planetenradsatz 9 ausgebildet, mit einem Sonnenrad 11, das permanent an einem Getriebegehäuse 10 festgelegt ist, mit einer Gruppe von Planetenrädern 12, die mit dem Sonnenrad 11 in Verzahnungseingriff sind und auf einem gemeinsamen Planetenträger 13 drehbar gelagert sind, und mit einem Hohlrad 14, das mit den Planetenrädern 12 kämmt und permanent drehfest mit der Eingangswelle 2 des Automatgetriebes 1 verbunden ist.
Das ausgangsseitige Teilgetriebe 8 ist als ein Ravigneaux-Radsatz 15 ausgebildet, mit einem ersten, radial kleineren Sonnenrad 16, das mit einer ersten Gruppe axial kurzer Planetenräder 17 kämmt, mit einem zweiten, radial größeren Sonnenrad 18, das mit einer zweiten Gruppe axial langer Planetenräder 19 kämmt, die jeweils mit einem der axial kurzen Planetenräder 17 in Verzahnungseingriff sind, mit einem Planetenträger 20, auf dem die axial kurzen Planetenräder 17 und die axial langen Planetenräder 19 drehbar gelagert sind, und mit einem Hohlrad 21, das mit den axial langen Planetenrädern 19 kämmt und permanent drehfest mit der Ausgangswelle 3 verbunden ist.
Das radial kleinere Sonnenrad 16 ist mittels der ersten Schaltkupplung C1 selektiv mit dem Planetenträger 13 des eingangsseitigen Teilgetriebes 7 verbindbar. Das radial größere Sonnenrad 18 ist mittels der zweiten Schaltkupplung C2 selektiv mit dem Planetenträger 13 des eingangsseitigen Teilgetriebes 7 koppelbar. Der Planetenträger 20 ist mittels der dritten Schaltkupplung C3 selektiv mit der Eingangswelle 2 verbindbar. Das radial größere Sonnenrad 18 ist zudem mittels der ersten Schaltbremse B1 selektiv gegenüber dem Ge triebegehäuse 10 arretierbar. Schließlich ist der Planetenträger 20 mittels der zweiten Schaltbremse B2 selektiv gegenüber dem Getriebegehäuse 10 arretierbar.
Dieses bekannte Automatgetriebe weist sechs Vorwärts-Gangstufen G1 bis G6 und eine Rückwärts-Gangstufe R auf. Das zugeordnete Schaltschema ist in der Tabelle von 4 dargestellt, wobei ein geschlossenes Schaltelement (Schaltkupplung C1, C2, C3 und Schaltbremse B1, B2) jeweils durch ein ausgefülltes Kreissymbol und ein geöffnetes Schaltelement jeweils durch ein fehlendes Symbol gekennzeichnet ist. In 4 sind ebenfalls beispielhaft die Übersetzungen i für die jeweiligen Gangstufen G1 bis G6 und R angegeben.
Der hydrodynamische Drehmomentwandler 4 umfasst ein Pumpenrad 22, ein Leitrad 23 und ein Turbinenrad 24. Das Pumpenrad 22 ist mit dem auch als Pumpenwelle zu bezeichnenden Eingangselement 5 verbunden, das drehfest mit der Triebwelle eines in 3 nicht abgebildeten Verbrennungsmotors in Verbindung steht. Das Leitrad 23 ist über eine Freilaufkupplung 25 gegenüber einem Wandlergehäuse 26 abgestützt. Das Turbinenrad 24 ist mit dem auch als Turbinenwelle zu bezeichnenden Ausgangselement 6 gekoppelt, das drehfest mit der Eingangswelle 2 des Automatgetriebes 1 in Verbindung steht. Zur möglichen mechanischen Verbindung des Eingangselementes 5 mit dem Ausgangselement 6 weist die Baugruppe des Drehmomentwandlers 4 eine bedarfsweise schließbare Überbrückungskupplung C0 auf, die zwischen dem Eingangselement 5 und dem Ausgangselement 6 angeordnet ist. Zur Dämpfung von Drehschwingungen der Triebwelle des Verbrennungsmotors ist ein Drehschwingungsdämpfer 27 zwischen dem Ausgangselement 28 der Überbrückungskupplung C0 und dem Ausgangselement 6 des Drehmomentwandlers 4 angeordnet.
In dem in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang ist dem unverändert beibehaltenen Automatgetriebe 1 aus 3 anstelle des hydrodynamischen Drehmomentwandlers 4 ein Hybridmodul 30 mit einem Eingangselement 31 und einem Ausgangselement 32 antriebstechnisch vorgeschaltet. Das Hybridmodul 30 umfasst eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine EM sowie eine steuerbare, also ein- und ausrückbare Trennkupplung C0 zur bedarfsweisen Zu- und Abschaltung des Verbrennungsmotors. Die Elektromaschine EM ist als ein Innenläufer mit einem radial außenliegenden und an einem Modulgehäuse 33 befestigten Stator 34 sowie mit einem radial innerhalb des Stators 34 angeordneten Rotor 35 ausgebildet. Der Rotor 35 steht über eine Eingangsgetriebestufe 36 mit dem Ausgangselement 32 in Triebverbindung.
Die Eingangsgetriebestufe 36 ist als ein einfacher Planetenradsatz 9 ausgebildet und getriebeseitig koaxial innerhalb des Rotors 35 der Elektromaschine EM angeordnet. Die Eingangsgetriebestufe 36 umfasst ein Sonnenrad 37, das permanent gegenüber dem Modulgehäuse 33 festgelegt ist, eine Gruppe von Planetenrädern 38, die mit dem Sonnenrad 37 in Verzahnungseingriff sind und auf einem gemeinsamen Planetenträger 39 drehbar gelagert sind, und ein Hohlrad 40, das mit den Planetenrädern 38 kämmt sowie permanent drehfest mit dem Rotor 35 der Elektromaschine EM verbunden ist. Die Eingangsgetriebestufe 36 weist somit eine Übersetzung i_EK auf, die zwischen 1,25 und 1,67 beträgt (1,25 < i_EK < 1,67).
Die Trennkupplung C0, die eingangsseitig über einen Drehschwingungsdämpfer 41 mit dem drehfest mit der Triebwelle eines nicht abgebildeten Verbrennungsmotors verbundenen Eingangselement 31 und ausgangsseitig unmittelbar mit dem Ausgangselement 32 des Hybridmoduls 30 in Verbindung steht, ist motorseitig koaxial und radial innerhalb des Rotors 35 der Elektromaschine EM angeordnet.
Aufgrund der Ausbildung und Anordnung der Elektromaschine EM, der Trennkupplung C0 und der Eingangsgetriebestufe 36 hält das Hybridmodul 30 ohne Funktionseinschränkungen die Abmessungen eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers 4 eines konventionellen Antriebsstrangs nach 3 ein. Der erfindungsgemäße Hybridantriebsstrang nach 1 ist somit ohne weiteres alternativ zu einem konventionellen Antriebsstrang in ein Kraftfahrzeug integrierbar und kann gegebenenfalls zusammen mit diesem in einer gemeinsamen Fertigungslinie montiert werden.
Ein Ausführungsbeispiel des in 1 nur schematisch und daher stark vereinfacht dargestellten Hybridmoduls 30 ist beispielhaft in 2 abgebildet. Die Trennkupplung C0 ist als eine Lamellenkupplung 42 mit einem Innenlamellenträger 43 und einem Außenlamellenträger 44 ausgebildet, wobei der Innenlamellenträger 43 drehfest mit dem Eingangselement 31 und der Außenlamellenträger 44 drehfest mit dem Ausgangselement 32 des Hybridmoduls 30 verbunden ist. Das Eingangselement 31 des Hybridmoduls 30 ist als eine Hohlwelle 45 ausgebildet, die über zwei axial beabstandete und erkennbar als Nadellager ausgebildete Wälzlager 46 drehbar auf einem außenzylindrischen Abschnitt 47 des Ausgangselementes 32 gelagert ist. Das Ausgangselement 32 des Hybridmoduls 30 ist drehfest mit der in das Hybridmodul 30 hineinragenden Eingangswelle 2 des antriebstechnisch nachgeordneten Automatgetriebes 1 verschraubt.
Eine Lagerung 48 von zwei Lagerungen 48, 49 des Rotors 35 ist motorseitig angeordnet und wird durch ein als Rillenkugellager ausgebildetes Wälzlager 50 gebildet, das zwischen einer rotorfesten Lagerscheibe 51 und einem mit dem Modulgehäuse 33 verbundenen Lagerschild 52 angeordnet ist. Die andere Lagerung 49 des Rotors 35 ist getriebeseitig angeordnet und wird durch die Verzahnungen und die Lagerungen der Bauteile 37, 38, 39, 40 der Eingangsgetriebestufe 36 gebildet, wodurch ein separates Wälzlager und der dafür erforderliche Bauraum eingespart sind.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform des Hybridmoduls 30 nach 1 ist in der Variante gemäß 2 ein außerhalb des Modulgehäuses 33 angeordneter Drehschwingungsdämpfer 53 vorgesehen, der in diesem Fall der Baugruppe des Verbrennungsmotors zugeordnet ist. Während das Eingangselement 54 des Drehschwingungsdämpfers 53 starr mit der Schwungscheibe 55 des nicht weiter abgebildeten Verbrennungsmotors verbunden ist, steht das Ausgangselement 56 des Drehschwingungsdämpfers 53 über eine Steckverzahnung 57 drehfest mit dem Eingangselement 31 des Hybridmoduls 30 in Antriebsverbindung.

1: Automatgetriebe
2: Eingangswelle
3: Ausgangswelle
4: Drehmomentwandler
5: Eingangselement
6: Ausgangselement
7: Eingangsseitiges Teilgetriebe
8: Ausgangsseitiges Teilgetriebe
9: Einfacher Planetenradsatz
10: Getriebegehäuse
11: Sonnenrad
12: Planetenrad
13: Planetenträger
14: Hohlrad
15: Ravigneaux-Radsatz
16: Sonnenrad
17: Planetenrad
18: Sonnenrad
19: Planetenrad
20: Planetenträger
21: Hohlrad
22: Pumpenrad
23: Leitrad
24: Turbinenrad
25: Freilaufkupplung
26: Wandlergehäuse
27: Drehschwingungsdämpfer
28: Ausgangselement
30: Hybridmodul
31: Eingangselement
32: Ausgangselement
33: Modulgehäuse
34: Stator
35: Rotor
36: Eingangsgetriebestufe
37: Sonnenrad
38: Planetenrad
39: Planetenträger
40: Hohlrad
41: Drehschwingungsdämpfer
42: Lamellenkupplung
43: Innenlamellenträger
44: Außenlamellenträger
45: Hohlwelle
46: Wälzlager
47: Außenzylindrischer Abschnitt
48: Lagerung
49: Lagerung
50: Wälzlager
51: Lagerscheibe
52: Lagerschild
53: Drehschwingungsdämpfer
54: Eingangselement
55: Schwungscheibe
56: Ausgangselement
57: Steckverzahnung
B1, B2: Schaltbremse
C0: Trennkupplung, Überbrückungskupplung
C1–C3: Schaltkupplung
EM: Elektromaschine
G1–G6: Vorwärts-Gangstufe
i: Übersetzung der Gangstufen
i_EK: Übersetzung der Eingangsgetriebestufe
R: Rückwärts-Gangstufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10346640 A1 [0003]
- DE 102005014332 A1 [0004]
- DE 10012221 A1 [0007]

Claims

Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine (EM) mit einem Stator (34) und einem Rotor (35) sowie ein mehrstufiges Planeten-Automatgetriebe (1) mit einer Eingangswelle (2) und einer Ausgangswelle (3) umfasst, wobei die Triebwelle des Verbrennungsmotors über eine steuerbare Trennkupplung (C0) und der Rotor (35) der Elektromaschine (EM) über eine Eingangsgetriebestufe (36) mit der Eingangswelle (2) des Automatgetriebes (1) in Triebverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hybridmodul (30), aufweisend – die Trennkupplung (C0) und die Eingangsgetriebestufe (36), welche koaxial zueinander sowie zu der Triebwelle des Verbrennungsmotors und der Eingangswelle (2) des Automatgetriebes (1) vormontierbar zusammengefasst sind, und – ein vormontierbares Elektromodul, welches ein Modulgehäuse (33) und die Elektromaschine (EM) umfasst, über sein Eingangselement (31) drehfest mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors und über sein Ausgangselement (32) drehfest mit der Eingangswelle (2) des Automatgetriebes (1) verbunden ist, und eine axiale Erstreckung aufweist, die der axiale Erstreckung des Elektromoduls entspricht oder sie unterschreitet.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridmodul (30) den Bauraum eines für das Automatgetriebe (1) konventionell verwendbaren hydrodynamischen Drehmomentwandlers (4) einhält.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Elektromaschine (EM) als ein Innenläufer mit einem radial innerhalb des Stators (34) angeordneten Rotor (35) ausgebildet ist, und dass die Trennkupplung (00) motorseitig sowie die Eingangsgetriebestufe (36) getriebeseitig radial innerhalb des Rotors (35) angeordnet sind.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (C0) als eine Lamellenkupplung (42) mit einem Innenlamellenträger (43) und einem Außenlamellenträger (44) ausgebildet ist, wobei der Innenlamellenträger (43) drehfest mit dem Eingangselement (31) des Hybridmoduls (30) und der Außenlamellenträger (44) drehfest mit dem Ausgangselement (32) des Hybridmoduls (30) verbunden ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangselement (31) des Hybridmoduls (30) zumindest abschnittsweise als Hohlwelle (45) ausgebildet und über mindestens zwei axial beabstandete Wälzlager (46) drehbar auf einem innerzylindrischen Abschnitt (47) des Ausgangselementes (32) gelagert ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangselement (31) des Hybridmoduls (30) aus zwei begrenzt zueinander verdrehbaren Teilen besteht, die über einen Drehschwingungsdämpfer (27) miteinander verbunden sind.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgetriebestufe (36) eine Übersetzung i_EK zwischen 1,2 und 1,8 aufweist (1,2 < i_EK < 1,8).
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgetriebestufe (36) als ein einfacher Planetenradsatz (9) mit einem Sonnenrad (37), mehreren auf einem Planetenträger (39) umfangsseitig verteilt angeordneten und drehbar gelagerten, sowie mit dem Sonnenrad (37) in Verzahnungseingriff stehenden Planetenrädern (38) und einem mit den Planetenrädern (38) in Verzahnungseingriff stehenden Hohlrad (40) ausgebildet ist, wobei das Sonnenrad (37) an dem Modulgehäuse (33) arretiert ist, das Hohlrad (40) drehfest mit dem Rotor (35) der Elektromaschine (EM) verbunden ist, und der Planetenträger (39) drehfest mit dem Ausgangselement (32) des Hybridmoduls (30) verbunden ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lagerungen (48, 49) des Rotors (35) der Elektromaschine (EM) durch ein Wälzlager (50) gebildet ist, das zwischen einem rotorfesten Bauteil (51) und einem mit dem Modulgehäuse (33) verbundenen Lagerschild (52) angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lagerungen (48, 49) des Rotors (35) der Elektromaschine (EM) durch ein Wälzlager (50) gebildet ist, das zwischen einer mit dem Rotor (35) verbundenen Lagerscheibe (51) und dem Eingangselement (31) oder dem Ausgangselement (32) des Hybridmoduls (30) angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (49) des Rotors (35) der Elektromaschine (EM) durch die Verzahnungen und die Lagerungen der Bauteile (37, 38, 39, 40) der Eingangsgetriebestufe (36) gebildet ist.