DE102014203785A1 - Übertragungseinrichtung und Hybridmodul - Google Patents

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Abstract

Eine Übertragungseinrichtung umfasst eine Kupplung, die eine Ausgangsseite zur Verbindung mit einem Verbrennungsmotor und eine Eingangsseite zur Verbindung mit einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs aufweist, sowie eine Betätigungseinrichtung zur Bereitstellung einer Bewegung, um die Kupplung zu öffnen oder zu schließen. Dabei umfasst die Ausgangsseite einen hohlzylindrischen Abschnitt, dessen radiale Außenseite zur Verbindung mit einem Rotor eines elektrischen Antriebsmotors eingerichtet ist und auf dessen radialer Innenseite die Kupplung und die Betätigungseinrichtung angeordnet sind. Ferner sind eine Zwischenwand zur Befestigung eines Stators des elektrischen Antriebsmotors und ein Rotorlager zur axialen Abstützung des hohlzylindrischen Abschnitts gegenüber der Zwischenwand vorgesehen. Die Betätigungseinrichtung ist radial innerhalb des Rotorlagers angeordnet und das Rotorlager ist radial im Bereich des hohlzylindrischen Abschnitts angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul zur Kopplung eines Verbrennungsmotors und eines Elektromotors mit einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Übertragungseinrichtung für Drehmoment innerhalb eines Hybridmoduls und das Hybridmodul selbst.
  • Ein Kraftfahrzeug umfasst einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor. Mittels einer Übertragungseinrichtung ist ein elektrischer Antriebsmotor mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt, so dass einerseits das Kraftfahrzeug mittels des Elektromotors angetrieben werden kann und andererseits Energie vom Antriebsstrang mittels des Elektromotors im Generatorbetrieb abgezweigt werden kann. Diese Energie kann beispielsweise durch kinetische Energie des rollenden Kraftfahrzeugs oder durch den Verbrennungsmotor bereitgestellt sein.
  • Der Elektromotor weist einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt sein kann. Die Übertragungseinrichtung umfasst eine Kupplung, um den Antriebsstrang teilweise oder vollständig auf zu trennen, so dass die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs keinen Drehmomentschluss zum Verbrennungsmotor und den elektrischen Antriebsmotor haben.
  • DE 10 2012 206 292 A zeigt unterschiedliche Varianten einer Übertragungseinrichtung zum Aufbau eines Hybridmoduls.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Übertragungseinrichtung und ein Hybridmodul anzugeben, die einen besonders kompakten Aufbau unterstützen. Die Erfindung löst diese Aufgaben mittels einer Übertragungseinrichtung und eines Hybridmoduls mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
  • Eine erfindungsgemäße Übertragungseinrichtung umfasst eine Kupplung, die eine Ausgangsseite zur Verbindung mit einem Verbrennungsmotor und eine Eingangsseite zur Verbindung mit einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs aufweist, sowie eine Betätigungseinrichtung zur Bereitstellung einer Bewegung, um die Kupplung zu öffnen oder zu schließen. Dabei umfasst die Ausgangsseite einen hohlzylindrischen Abschnitt, deren radiale Außenseite zur Verbindung mit einem Rotor und einem elektrischen Antriebsmotor eingerichtet ist und auf dessen radialer Innenseite die Kupplung und die Betätigungseinrichtung angeordnet sind. Ferner sind eine Zwischenwand zur Befestigung eines Stators des elektrischen Antriebsmotors und ein Rotorlager zur axialen Abstützung des hohlzylindrischen Abschnitts gegenüber der Zwischenwand vorgesehen. Die Betätigungseinrichtung ist radial innerhalb des Rotorlagers angeordnet und das Rotorlager ist radial im Bereich des hohlzylindrischen Abschnitts angeordnet.
  • Dadurch kann die Übertragungseinrichtung insbesondere in axialer Richtung besonders raumsparend aufgebaut sein, so dass sie sich beispielsweise für den Einsatz an einem mittleren oder kleineren Kraftfahrzeug besonders eignet. Insbesondere bei einem kleineren Kraftfahrzeug, bei dem der Verbrennungsmotor quer zur Fahrtrichtung eingebaut ist, ist eine axial kompakte Ausführungsform der Übertragungseinrichtung von Vorteil. Trotz des kompakten Aufbaus können die auftretenden Kräfte zwischen der Ausgangsseite und der Zwischenwand durch die vorteilhafte Platzierung des Rotorlagers in besonders günstiger Weise abgestützt sein.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegen das Rotorlager und ein radialer Abschnitt des hohlzylindrischen Abschnitts an einander entgegen gesetzten axialen Enden des hohlzylindrischen Abschnitts. Auf diese Weise kann die Ausgangsseite in der ungefähren Form einer Glocke oder Schüssel aufgebaut sein, in der die meisten weiteren Elemente der Übertragungseinrichtung aufgenommen sind. Dadurch kann die Ausgangsseite vorteilhaft an axial einander gegenüber liegenden Enden gelagert sein, außerdem kann die an der Ausgangsseite eingeleitete Kraft bzw. Drehbewegung im gesamten Innenraum der Ausgangsseite bereitgestellt sein. Die weiteren Elemente der Übertragungseinrichtung, insbesondere die Kupplung, können einfach und raumsparend angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform ist am hohlzylindrischen Abschnitt der Ausgangsseite ein radialer Bolzen zur Lagerung eines Hebels der Betätigungseinrichtung befestigt. Durch die oben beschriebene Anordnung des Rotorlagers kann ein ansonsten üblicher Flansch zur Verbindung des hohlzylindrischen Abschnitts mit dem Rotorlager nicht erforderlich sein. Eine weitere Funktion des Flanschs zur Abstützung des Hebels kann durch den radialen Bolzen übernommen werden, so dass der Flansch vollständig entfallen kann. Die Masse der Übertragungseinrichtung kann dadurch verringert und eine Herstellbarkeit kann verbessert sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist ein Trägerelement zur Lagerung der Betätigungseinrichtung bezüglich der Zwischenwand vorgesehen. Das Trägerelement kann sich insbesondere im Bereich nahe einer Drehachse der Übertragungseinrichtung erstrecken. Dadurch kann insbesondere im nabennahen Bereich weiterer Bauraum der Übertragungseinrichtung in axialer Richtung eingespart werden.
  • Das Rotorlager kann mittels des Trägerelements an der Zwischenwand befestigt sein. Dadurch kann das Trägerelement mehrere Funktionen erfüllen, wodurch die Komplexität der Übertragungseinrichtung gesenkt sein kann.
  • Die Zwischenwand kann einen axialen Vorsprung zur Aufnahme des Rotorlagers aufweisen. Dadurch kann das Rotorlager beispielsweise in axialer Richtung in den Vorsprung eingepresst werden, wodurch auf einfache Weise eine belastbare Verbindung zwischen dem Rotorlager und der Zwischenwand bereitgestellt werden kann.
  • In einer Ausführungsform ist ein weiteres Rotorlager vorgesehen, wobei eines der Rotorlager radial innerhalb und das andere Rotorlager radial außerhalb des hohlzylindrischen Abschnitts angeordnet ist. Durch die Zweiteilung des Rotorlagers können die beiden Teile insbesondere in axialer Richtung kleiner dimensioniert sein, wodurch weiterer Bauraum gewonnen bzw. eingespart werden kann.
  • Die Übertragungseinrichtung kann einen Lagesensor zur Bestimmung einer Drehposition der Ausgangsseite bezüglich der Stützwand umfassen, wobei der Lagesensor axial auf der der Zwischenwand abgewandten Seite des Rotorlagers angeordnet ist. Der Lagesensor kann beispielsweise zur Kommutierung des elektrischen Antriebsmotors erforderlich sein. Durch die beschriebene Anordnung des Lagesensors im Bereich des Rotorlagers kann der Lagesensor verbessert vor Umwelteinflüssen geschützt sein, die seine Lebensdauer oder seine Messgenauigkeit negativ beeinflussen können.
  • Ein erfindungsgemäßes Hybridmodul umfasst die beschriebene Übertragungseinrichtung und einen elektrischen Antriebsmotor mit dem oben erwähnten Stator und dem Rotor. Das Hybridmodul kann insbesondere axial wenig Bauraum erfordern und dadurch dazu geeignet sein, mit relativ geringem Aufwand eine bekannte Kupplung ohne elektrischen Antriebsmotor zu ersetzen.
  • Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben werden, in denen:
  • 1 einen Halbschnitt eines Hybridmoduls in einer ersten Ausführungsform;
  • 2 einen Halbschnitt eines Hybridmoduls in einer zweiten Ausführungsform; und
  • 3 einen Halbschnitt eines Hybridmoduls in einer dritten Ausführungsform darstellt.
  • 1 zeigt einen schematischen Halbschnitt durch ein Hybridmodul 100 für ein Kraftfahrzeug. Das Hybridmodul 100 ist insbesondere dazu eingerichtet, zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordnet zu werden. Das Hybridmodul 100 umfasst eine Übertragungseinrichtung 102 und einen elektrischen Antriebsmotor 130. Die Übertragungseinrichtung umfasst eine Ausgangsseite 105 zur Verbindung mit einem Verbrennungsmotor und eine Eingangsseite 110 zur Verbindung mit dem restlichen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs, insbesondere mit einem Getriebe. Die Ausgangsseite 105 und die Eingangsseite 110 können auch vertauscht verwendet werden. Die Ausgangsseite 105 und die Eingangsseite 110 sind um eine Drehachse 115 zueinander drehbar gelagert. Die Ausgangsseite 105 umfasst einen hohlzylindrischen Abschnitt 120, der sich in axialer Richtung erstreckt, und einen radialen Abschnitt 125 an einem axialen Ende des hohlzylindrischen Abschnitts 120. Dadurch ist die Ausgangsseite 105 glocken- bzw. schüsselförmig ausgeführt. Der radiale Abschnitt muss dabei jedoch nicht vollständig geschlossen sein.
  • Der elektrische Antriebsmotor 130 kann vorzugsweise auch im Generatorbetrieb betrieben werden. Der elektrische Antriebsmotor 130 ist radial außerhalb der Ausgangsseite 105 angeordnet und umfasst einen Stator 135 und einen radial innen liegenden Rotor 140. Bevorzugterweise trägt der Stator 135 eine Anzahl Permanentmagneten, während der Rotor 140 eine Anzahl Spulen trägt. Der Rotor 140 ist bezüglich des Stators 135 um die Drehachse 115 drehbar gelagert und bevorzugterweise starr an der radialen Außenseite des hohlzylindrischen Abschnitts 120 der Ausgangsseite 105 angebracht. Der Stator 135 ist bezüglich einer Zwischenwand 145 der Übertragungseinrichtung 102 gelagert, die dem radialen Abschnitt 125 der Ausgangsseite 105 bezüglich deren hohlzylindrischem Abschnitt 120 axial gegenüber liegt. In der in 1 dargestellten Variante ist die Zwischenwand 145 in einem Außenbereich axial so geformt, dass sie ebenfalls Glocken- bzw. Schüsselform annimmt, um an ihrer radialen Innenseite den Stator 135 zu tragen.
  • Zur Herstellung eines Kraftflusses zwischen der Ausgangsseite 105 und der Eingangsseite 110 umfasst die Übertragungseinrichtung 102 eine Kupplung 150. Die Kupplung 150 ist im Allgemeinen als Reibscheibenkupplung aufgebaut, beispielsweise als Ein- oder Mehrscheibenkupplung, die nass oder trocken laufen kann. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist eine Einscheibenkupplung gezeigt, die durch eine axiale Bewegung bzw. Belastung geöffnet oder geschlossen werden kann. Eine solche Betätigung wird durch eine Betätigungseinrichtung 155 bereitgestellt, die auf beliebige Weise aufgebaut sein kann, beispielsweise hydraulisch, in einer bevorzugten Ausführungsform auch elektrisch als elektrischer Zentralausrücker EZA.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist die Betätigungseinrichtung 155 in axialer Richtung an der Eingangsseite 110 gelagert und die von der Betätigungseinrichtung 155 bereitgestellte Bewegung wird mittels eines Hebels 160 auf die Kupplung 150 übertragen. Der Hebel 160 kann insbesondere als Tellerfeder oder Hebelfeder ausgeführt sein und ist vorzugsweise an einem radialen Bolzen 165 gelagert, der sich vom hohlzylindrischen Abschnitt 120 der Ausgangsseite 105 radial nach innen erstreckt. In einer anderen Ausführungsform kann der Bolzen 165 auch durch einen radial nach innen gerichteten Flansch oder Steg an der Ausgangsseite 105 ersetzt sein. In der dargestellten Ausführungsform wird die Kupplung 150 geöffnet, wenn die Betätigungseinrichtung 155 das an ihr anliegende Ende des Hebels 160 nach rechts verfährt.
  • Zwischen der Ausgangsseite 105 und der Zwischenwand 145 umfasst die Übertragungseinrichtung ein Rotorlager 170, das radial im Bereich des hohlzylindrischen Abschnitts 120 der Ausgangsseite 105 und axial dem radialen Abschnitt 125 bezüglich des hohlzylindrischen Abschnitts 120 gegenüber liegt. Das Rotorlager 170 kann beispielsweise auf der radialen Innenseite der Ausgangsseite 105 eingepresst bzw. eingepasst sein. An der Zwischenwand 145 kann das Rotorlager 170 mittels eines Trägerelements 175 oder auch unmittelbar befestigt sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Trägerelement 175 mit der Zwischenwand 145 verbunden und trägt außer dem Rotorlager 170 auch die Betätigungseinrichtung 155.
  • Ferner ist bevorzugterweise ein Lagesensor 180 vorgesehen, um eine relative Position des Rotors bezüglich des Stators zu bestimmen, beispielsweise zur elektronischen Kommutierung des elektrischen Antriebsmotors 130. Der Lagesensor umfasst zwei Elemente, von denen eines drehfest mit der Zwischenwand 145 und das andere drehfest mit der Ausgangsseite 105 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform ist das erste Element des Lagesensors 180 mit dem Trägerelement 175 und das zweite Element an einem Flansch 185 befestigt, der zugleich als axialer Anschlag für den Hebel 160 dienen kann. In anderen Ausführungsformen kann der Lagesensor 180 auch an einer anderen Stelle des Hybridmoduls 100 angebracht sein.
  • Durch den verschiedenen Aufbau, insbesondere die Anordnung des Rotorlagers 170, kann die Übertragungseinrichtung 102 bzw. das Hybridmodul 100 in axialer Richtung kompakt ausgelegt sein. Unterbrochene Linien deuten einen axialen Bauraum an, wie er für eine Übertragungseinrichtung 102 bzw. ein Hybridmodul 100 nach dem Stand der Technik erforderlich ist.
  • 2 zeigt einen Halbschnitt einer weiteren Ausführungsform des Hybridmoduls 100 von 1. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform ist hier ein weiteres Rotorlager 205 vorgesehen, das an einer radialen Außenseite des hohlzylindrischen Abschnitts der Ausgangsseite 105 angeordnet ist. Auf diese Wiese ist das Rotorlager zweiteilig ausgeführt, mit einem inneren Rotorlager 170 und einem äußeren Rotorlager 205. Die Zwischenwand 145 trägt axiale Stege, um das äußere Rotorlager 205 radial außen und das innere Rotorlager 170 radial innen abzustützen. In anderen Ausführungsformen kann anstelle eines oder beider axialer Stege der Zwischenwand 145 auch ein Zwischenelement entsprechend dem Trägerelement 175 von 1 vorgesehen sein.
  • In der dargestellten Variante ist das Trägerelement 175 relativ klein und einfach ausgeführt, so dass es beispielsweise aus einem Rohrstück hergestellt werden kann.
  • Unterbrochene Linien deuten wieder einen axialen Bauraumbedarf eines Hybridmoduls 100 bzw. einer Übertragungseinrichtung 102 nach dem Stand der Technik an. Insbesondere durch die Aufteilung des Rotorlagers in ein inneres Rotorlager 170 und ein äußeres Rotorlager 205 kann bei der in 2 dargestellten Ausführungsform gegenüber der von 1 weiterer Bauraum eingespart werden.
  • 3 zeigt einen Halbschnitt einer dritten Ausführungsform des Hybridmoduls 100 der 1 und 2. Hier wird wieder ein einteiliges Rotorlager 170 verwendet, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform von 1. Anstelle des dort erforderlichen Flanschs 185 ist hier jedoch ein Hilfsträger 305 vorgesehen, um einerseits das Rotorlager 170 bezüglich des hohlzylindrischen Abschnitts 120 der Ausgangsseite 105 abzustützen und andererseits bevorzugterweise eines der Elemente des Lagesensors 180 zu tragen. Wie bereits oben beschrieben wurde, kann der Hilfsträger 305 zusätzlich als Anschlag für den Hebel 160 dienen.
  • Der dargestellte Hilfsträger 305 ist ähnlich wie die Ausgangsseite 105 glocken- bzw. schüsselförmig aufgebaut und weist einen hohlzylindrischen und einen radialen Abschnitt auf. Der hohlzylindrische Abschnitt liegt an seiner radialen Außenseite an der radialen Innenseite des hohlzylindrischen Abschnitts 120 der Ausgangsseite 105 an. Der radiale Abschnitt erstreckt sich bis in den Bereich des Hebels 160. In der dargestellten Ausführungsform ist hier das eine Element des Lagesensors 180 angebracht. Das andere Element ist an der Zwischenwand 145 befestigt, die, ähnlich wie die in 2 gezeigte Ausführungsform, einen axialen Vorsprung zur Anlage des Rotorlagers 170 aufweist. Das zweite Element des Lagesensors 180 ist in der dargestellten Ausführungsform an diesem Vorsprung angebracht.
  • In der Ausführungsform von 3 ist das Trägerelement 175 sehr dünnwandig ausgeführt und könnte aus herstellungstechnischen Gründen auch zweiteilig sein.
  • Unterbrochene Linien zeigen wieder den Bauraumbedarf eines Hybridmoduls 100 bzw. einer Übertragungseinrichtung 102 nach dem Stand der Technik, um das Einsparpotential für axialen Bauraum der dargestellten Ausführungsform zu verdeutlichen.
  • Es ist zu beachten, dass einzelne konstruktive Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen der 1 bis 3 untereinander kombiniert werden können. Beispielsweise kann das zweigeteilte Rotorlager der Ausführungsform von 2 auch an den Ausführungsformen der 1 oder 3 eingesetzt werden. Gleichermaßen können beispielsweise die Ausformung des Trägerelements 175 oder die Anordnung des Lagesensors 180 zwischen den einzelnen Ausführungsformen übernommen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Hybridmodul
    102
    Übertragungseinrichtung
    105
    Ausgangsseite
    110
    Eingangsseite
    115
    Drehachse
    120
    hohlzylindrischer Abschnitt
    125
    radialer Abschnitt
    130
    elektrischer Antriebsmotor
    135
    Stator
    140
    Rotor
    145
    Zwischenwand
    150
    Kupplung
    155
    Betätigungseinrichtung
    160
    Hebel
    165
    radialer Bolzen
    170
    Rotorlager
    175
    Trägerelement
    180
    Lagesensor
    185
    Flansch
    205
    weiteres Rotorlager
    305
    Hilfsträger
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012206292 A [0004]

Claims (9)

  1. Übertragungseinrichtung (102), umfassend: – eine Kupplung (150) mit einer Ausgangsseite (105) zur Verbindung mit einem Verbrennungsmotor und einer Eingangsseite (110) zur Verbindung mit einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs; – eine Betätigungseinrichtung (155) zur Bereitstellung einer Bewegung, um die Kupplung (150) zu öffnen oder zu schließen; – wobei die Ausgangsseite (105) einen hohlzylindrischen Abschnitt (120) umfasst, dessen radiale Außenseite zur Verbindung mit einem Rotor (140) eines elektrischen Antriebsmotors (130) eingerichtet ist und auf dessen radialer Innenseite die Kupplung (150) und die Betätigungseinrichtung (155) angeordnet sind; – eine Zwischenwand (145) zur Befestigung eines Stators (135) des elektrischen Antriebsmotors (130), und – ein Rotorlager (170) zur axialen Abstützung des hohlzylindrischen Abschnitts (120) gegenüber der Zwischenwand (145); – wobei die Betätigungseinrichtung (155) radial innerhalb des Rotorlagers (170) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Rotorlager (170) radial im Bereich des hohlzylindrischen Abschnitts (120) angeordnet ist.
  2. Übertragungseinrichtung (102) nach Anspruch 1, wobei das Rotorlager (170) und ein radialer Abschnitt (125) des hohlzylindrischen Abschnitts (120) an einander entgegen gesetzten axialen Enden des hohlzylindrischen Abschnitts (120) liegen.
  3. Übertragungseinrichtung (102) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei am hohlzylindrischen Abschnitt (120) ein radialer Bolzen zur Lagerung eines Anlenkelements der Betätigungseinrichtung (155) befestigt ist.
  4. Übertragungseinrichtung (102) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Trägerelement (175) zur Lagerung der Betätigungseinrichtung (155) bezüglich der Zwischenwand (145) vorgesehen ist.
  5. Übertragungseinrichtung (102) nach Anspruch 4, wobei das Rotorlager (170) mittels des Trägerelements (175) an der Zwischenwand (145) befestigt ist.
  6. Übertragungseinrichtung (102) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zwischenwand (145) einen axialen Vorsprung zur Aufnahme des Rotorlagers (170) aufweist.
  7. Übertragungseinrichtung (102) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein weiteres Rotorlager (205) vorgesehen ist und das eine Rotorlager (170) radial innerhalb und das andere Rotorlager (205) radial außerhalb des hohlzylindrischen Abschnitts (120) angeordnet ist.
  8. Übertragungseinrichtung (102) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Lagesensor (180) zur Bestimmung einer Drehposition der Ausgangsseite (105) bezüglich der Stützwand, wobei der Lagesensor (180) axial auf der der Zwischenwand (145) abgewandten Seite des Rotorlagers (170) angeordnet ist.
  9. Hybridmodul, umfassend eine Übertragungseinrichtung (102) nach einem der vorangehenden Ansprüche und den elektrischen Antriebsmotor (130) mit dem Stator (135) und dem Rotor (140).
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