DE102015218617A1

DE102015218617A1 - Kupplungsanordnung

Info

Publication number: DE102015218617A1
Application number: DE102015218617.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Cudok; Wolfgang Grosspietsch; Andreas Ratte; Steffen Matschas; Kyrill Siemens; Pascal Pfretzschner; Armin Stürmer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2017-03-30
Also published as: WO2017055027A1

Abstract

Eine Kupplungsanordnung eines Hybridsystems, das zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine einerseits und einem Rotor einer Elektromaschine und/oder einem Abtrieb andererseits wirksam ist, weist zumindest eine Kupplungsvorrichtung auf, über welche eine Wirkverbindung zwischen einem Gehäuse und dem Abtrieb herstellbar oder aufhebbar ist, einen ein Pumpenrad und ein Turbinenrad umfassenden hydrodynamischen Kreis und einen Freilauf. Der Freilauf dient als eine weitere, zwischen dem Turbinenrad einerseits und dem Rotor der Elektromaschine oder dem Abtrieb andererseits vorgesehene Kupplungsvorrichtung, indem mittels einer Freilaufteil-Verbindungseinrichtung zwischen einem ersten Freilaufteil und einem zweiten Freilaufteil in Abhängigkeit von der Relativdrehzahl zwischen den beiden Freilaufteilen eine Wirkverbindung herstellbar oder aufhebbar ist, und dass der Rotor der Elektromaschine in Drehverbindung mit dem Abtrieb steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung eines Hybridsystems, wirksam zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine einerseits und einem Rotor einer Elektromaschine und/oder einem Abtrieb andererseits, und aufweisend zumindest eine Kupplungsvorrichtung, über welche eine Wirkverbindung zwischen einem Gehäuse und dem Abtrieb herstellbar oder aufhebbar ist, einen ein Pumpenrad und ein Turbinenrad umfassenden hydrodynamischen Kreis und einen Freilauf.
Eine derartige Kupplungsanordnung ist aus der DE 10 2006 034 945 A1 bekannt. Die Kupplungsanordnung ist Teil eines Hybridsystems, bei dem eine erste Kupplungsvorrichtung an eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angebunden ist, und axial zwischen sich und der Kupplungsanordnung eine Elektromaschine aufnimmt. Die Kupplungsanordnung ist als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgebildet, und verfügt somit über zwei parallel zueinander wirksame zweite Kupplungsvorrichtungen, nämlich zum einen über einen hydrodynamischen Kreis mit Pumpen-, Turbinen- und Leitrad, von denen das letztgenannte mittels eines Freilaufes zentriert ist, und zum anderen über eine Überbrückungskupplung, durch welche eine Verbindung zwischen einem Gehäuse der Kupplungsanordnung und einem Abtrieb in Form einer Getriebeeingangswelle herstellbar oder aufhebbar ist.
Am Gehäuse der Kupplungsanordnung ist ein sich in Richtung zur Brennkraftmaschine axial erstreckender Gehäusezapfen vorgesehen, welcher jeweils über eine Verzahnung sowohl mit dem Rotor der Elektromaschine als auch mit der ersten Kupplungsvorrichtung verbunden ist. Während dadurch der Rotor der Elektromaschine immer mit dem Gehäusezapfen und damit der Kupplungsanordnung in Drehverbindung steht, kann aufgrund der ersten Kupplungsvorrichtung die Drehverbindung gegenüber einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine sowie gegenüber der Kupplungsanordnung durch Ausrücken dieser Kupplungsvorrichtung aufgehoben werden.
Während das bekannte Hybridsystem funktional sicherlich zu überzeugen weiss, ist als wesentlicher Nachteil zu vermerken, dass zur Erzielung dieser Funktionalität ein erheblicher technischer Aufwand betrieben werden muss. Hierdurch wird einerseits ein hohes Gewicht verursacht, und andererseits eine große Baulänge in Erstreckungsrichtung einer Zentralachse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsanordnung für ein Hybridsystem zu schaffen, welche die Herstellung oder die Aufhebung einer Verbindung zwischen der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und dem Rotor einer Elektromaschine bei geringem technischen Aufwand und bei geringem Bauraumbedarf insbesondere in Erstreckungsrichtung einer Drehachse erlaubt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, eine Kupplungsanordnung eines Hybridsystems zu schaffen, die zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine einerseits und einem Rotor einer Elektromaschine und/oder einem Abtrieb andererseits, wie einer Getriebeeingangswelle, wirksam ist, und zumindest eine Kupplungsvorrichtung aufweist, über welche eine Wirkverbindung zwischen einem Gehäuse und dem Abtrieb herstellbar oder aufhebbar ist, sowie über einen ein Pumpenrad und ein Turbinenrad umfassenden hydrodynamischen Kreis und einen Freilauf verfügt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Freilauf als weitere, zwischen dem Turbinenrad einerseits und dem Rotor der Elektromaschine oder dem Abtrieb andererseits vorgesehene Kupplungsvorrichtung dient, indem mittels einer Freilaufteil-Verbindungseinrichtung zwischen einem ersten Freilaufteil, wie einem Freilaufeingang, und einem zweiten Freilaufteil, wie einem Freilaufausgang, in Abhängigkeit von der Relativdrehzahl zwischen den beiden Freilaufteilen eine Wirkverbindung herstellbar oder aufhebbar ist, und dass der Rotor der Elektromaschine in Drehverbindung mit dem Abtrieb steht.
Durch Nutzung des Freilaufs als Kupplungsvorrichtung ergibt sich insbesondere in Verlaufsrichtung einer Zentralachse, nachfolgend kurz als Achsrichtung bezeichnet, eine besonders kompakte Bauweise. Dies resultiert aus folgendem Sachverhalt:
Bei Kupplungsanordnungen, die über ein Pumpenrad und ein Turbinenrad verfügen, ist das Pumpenrad üblicherweise als Teil eines Gehäuses der Kupplungsanordnung ausgebildet, während das Turbinenrad üblicherweise in Umfangsrichtung relativ zum Pumpenrad drehbar im Gehäuse der Kupplungsanordnung aufgenommen ist. Das Turbinenrad bedarf hierzu einer Lagerung im Gehäuse der Kupplungsanordnung, durch welche eine Relativdrehbewegbarkeit des Turbinenrades gegenüber dem Gehäuse und damit gegenüber dem Pumpenrad zumindest bei bestimmten Betriebsbedingungen zugelassen wird, und durch welche eine Zentrierung des Turbinenrades in dem Gehäuse in Bezug zur Zentralachse ermöglicht wird. Da der Freilauf die Lagerung und Zentrierung für das Turbinenrad übernimmt, kann ein ansonsten für diese Funktion benötigtes Bauteil entfallen. Die Verwendung des Freilaufes erhöht demnach weder den technischen Aufwand in der Kupplungsanordnung, noch ergibt sich hieraus ein erhöhter Bauraumbedarf. Da der Freilauf über die Lagerung und Zentrierung hinausgehend auch die Funktion einer Kupplungsvorrichtung erbringt, ergibt sich diese zusätzliche Funktion ohne technischen Mehraufwand oder erhöhten Bauraumbedarf.
Es genügt somit die Verwendung eines speziellen Freilaufes, bei welchem mittels einer Freilaufteil-Verbindungseinrichtung eine Wirkverbindung zwischen einem ersten Freilaufteil, wie dem Freilaufeingang, und einem zweiten Freilaufteil, wie dem Freilaufausgang, in Abhängigkeit von einer Relativdrehzahl zwischen den beiden Freilaufteilen herstellbar oder aufhebbar ist. Für derartige Freiläufe findet sich in der Literatur üblicherweise der Ausdruck „Überholfreilauf“, weil bei zumindest einem der möglichen Betriebszustände derjenige Freilaufteil von Freilaufeingang oder Freilaufausgang, an welchem die höhere Drehzahl anliegt, gegenüber dem jeweils anderen Freilaufteil eine Relativdrehbewegung vollzieht, und hierbei den jeweils anderen Freilaufteil überholt. Bei einem solchen Betriebszustand ist eine Momentenübertragung zwischen den beiden Freilaufteilen ausgesetzt. Im Gegensatz dazu liegen bei zumindest einem der anderen Betriebszustände an beiden Freilaufteilen, also an Freilaufeingang und an Freilaufausgang, jeweils vergleichbare Drehzahlen an. Bei diesen Betriebszuständen überträgt der Freilauf ein Drehmoment zwischen den beiden Freilaufteilen. Ein derartiger Freilauf ist beispielsweise in 1 gezeigt. Demnach steht bei diesem Freilauf 100a ein erster Freilaufteil 101a, der als Freilaufeingang dienen kann, über eine Freilaufteil-Verbindungseinrichtung 102a mit einem zweiten Freilaufteil 103a, der als Freilaufausgang dienen kann, in Wirkverbindung. Solange am ersten Freilaufteil 101a eine höhere Drehzahl anliegt als am zweiten Freilaufteil 103a, wird ein am ersten Freilaufteil 101a eingeleitetes Drehmoment über eine Klemmeinrichtung 104a der Freilaufteil-Verbindungseinrichtung 102a auf den zweiten Freilaufteil 103a übertragen. Dies ist mit den vollflächig dargestellten Pfeilen dargestellt, von denen der dem ersten Freilaufteil 101a zugeordnete Pfeil das Eingangsdrehmoment De abbildet, und der dem zweiten Freilaufteil 3a zugeordnete Pfeil das Ausgangsdrehmoment Da. Eine derartige Situation liegt in einem Fahrzeug beispielsweise bei Zugbetrieb vor. Liegt dagegen am ersten Freilaufteil 101a eine geringere Drehzahl an als am zweiten Freilaufteil 3a, oder befindet sich das erste Freilaufteil 101a sogar im Ruhezustand, während am zweiten Freilaufteil mit einer Bewegung ein Drehmoment Da‘ eingeleitet wird, das mittels eines mit Umrisslinien eingezeichneten Pfeils dargestellt ist, dann überholt das zweite Freilaufteil 103a das erste Freilaufteil 101a. Bei diesem Betriebszustand stellt die Klemmeinrichtung 104a der Freilaufteil-Verbindungseinrichtung 102a keine Verbindung zwischen den beiden Freilaufteilen 101a und 103a her. Das Drehmoment Da‘ wird demnach nicht vom zweiten Freilaufteil 103a auf das erste Freilaufteil 101a übertragen. Eine derartige Situation liegt in einem Fahrzeug beispielsweise bei Schubbetrieb vor.
Sofern der Freilauf in der zuvor beschriebenen Weise ausgebildet ist, wird die Momentenübertragung also dann ausgesetzt, wenn der den Freilaufausgang bildende Freilaufteil mit einer Drehzahl betrieben ist, welche die Drehzahl des den Freilaufeingang bildenden Freilaufteils übersteigt, wobei die Drehzahl am Freilaufeingang durchaus auch den Wert „Null“ annehmen kann. Dies wirkt sich wie folgt aus:
Da der Freilauf als Verbindung zwischen dem Turbinenrad und dem Rotor der Elektromaschine vorgesehen ist, besteht eine Verbindung des Freilaufeingangs mit dem Turbinenrad und eine Verbindung des Freilaufausgangs mit dem Rotor der Elektromaschine. Soll ausschließlich die Elektromaschine als Antrieb wirksam sein, wird, wenn die Drehzahl des Rotors der Elektromaschine die an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine anliegende Drehzahl übersteigt, der Freilauf seine Drehmomentübertragung aussetzen, und damit bewirken, dass ein von der Elektromaschine erzeugtes Drehmoment auf diesem Weg nicht mit einem von der Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoment überlagert werden kann. Gleichzeitig wird mittels der Kupplungsvorrichtung, über welche eine Wirkverbindung zwischen dem Gehäuse der Kupplungsanordnung und dem Abtrieb herstellbar oder aufhebbar ist, die Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Abtrieb und damit zwischen der Brennkraftmaschine und dem Abtrieb aufgehoben. Damit wird der Abtrieb aufgrund seiner Drehverbindung mit dem Rotor der Elektromaschine allein durch diesen Rotor und damit rein elektromotorisch angetrieben. Ergänzend kann mittels einer entsprechenden Steuerung die Brennkraftmaschine stillgesetzt werden.
Alternativ kann die Verbindung des Freilaufausgangs mit dem Rotor der Elektromaschine allerdings auch dazu genutzt werden, bei stillgesetzter Brennkraftmaschine dieselbe zu starten. Bei Betrieb der Elektromaschine liegt allein an deren Rotor eine Drehbewegung vor, während die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bei Drehzahl „null“ verharrt. Am Freilauf ist demnach die Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgesetzt. Aufgrund der Drehverbindung des Rotors der Elektromaschine zum Abtrieb wird eine vom Rotor auf den Abtrieb übertragene Drehbewegung auf das Gehäuse und damit auf die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine übertragen, sobald die Kupplungsvorrichtung, über welche eine Wirkverbindung zwischen dem Gehäuse der Kupplungsanordnung und dem Abtrieb herstellbar oder aufhebbar ist, eingerückt ist.
Als weitere Funktion ist denkbar, das durch die Brennkraftmaschine bereitgestellte Drehmoment durch Aktivierung der Elektromaschine zeitweise zu erhöhen. Dies kann zum einen für Beschleunigungsvorgänge sinnvoll sein, die durch Erhöhung des Drehmomentes und der Leistung schneller abgeschlossen sein können, aber auch für Anfahrvorgänge, indem beispielsweise bei einer ohne Leitrad ausgebildeten Kupplungsanordnung eine Drehmomentüberhöhung nachgebildet wird, wie sie ansonsten lediglich dann erzielbar ist, wenn eine Kupplungsanordnung mit einem Leitrad im hydrodynamischen Kreis Anwendung findet. Eine derartige Kupplungsanordnung würde allerdings wegen des zusätzlichen Leitrades einen erhöhten Bauraum, und ein Mehrgewicht erfordern.
Die zeitweise Erhöhung des durch die Brennkraftmaschine bereitgestellten Drehmomentes durch Aktivierung der Elektromaschine kann sowohl bei eingerückter Kupplungsvorrichtung, über welche eine Wirkverbindung zwischen dem Gehäuse der Kupplungsanordnung und dem Abtrieb herstellbar oder aufhebbar ist, als auch bei ausgerückter Kupplungsvorrichtung, erfolgen.
Bei eingerückter Kupplungsvorrichtung wird ein von der Brennkraftmaschine stammendes und auf das Gehäuse übertragenes Drehmoment durch die Kupplungsvorrichtung auf den Abtrieb übertragen, und zwar unmittelbar, oder aber über eine zwischengeschaltete Dämpfungseinrichtung, wie beispielsweise einen Torsionsschwingungsdämpfer. Da der Abtrieb mit dem Rotor der Elektromaschine in Drehverbindung steht, wird das am Abtrieb anliegende, von der Brennkraftmaschine stammende Drehmoment erhöht, sobald der Rotor der Elektromaschine angetrieben ist. Bei nicht angetriebener Elektromaschine kann der Rotor vergleichbar einer Schwungmasse genutzt werden.
Bei ausgerückter Kupplungsvorrichtung wird ein von der Brennkraftmaschine stammendes und auf das Gehäuse übertragenes Drehmoment vom Pumpenrad über den hydrodynamischen Kreis auf das Turbinenrad geleitet, und von dort aus über den Freilauf auf den Rotor der Elektromaschine. Damit das Drehmoment am Freilauf übertragen werden kann, muss die Drehzahl am Turbinenrad höher liegen als die Drehzahl am Rotor der Elektromaschine. Entweder ist daher die Elektromaschine stillgesetzt, sofern die Drehmomentübertragung durch den hydrodynamischen Kreis erfolgt, oder aber der Rotor der Elektromaschine wird mit einer Drehzahl betrieben, die unterhalb der Drehzahl des Turbinenrades verbleibt. Ohne Unterstützung durch die elektrische Maschine kann dieser Betriebszustand zum Anfahren aus dem Stillstand eines Fahrzeuges genutzt werden, während mit Unterstützung durch die elektrische Maschine ein Betriebszustand vorliegt, der ein Anfahren aus dem Stillstand eines Fahrzeuges mit Drehmomentüberhöhung durch ein Leitrad simuliert.
Schließlich kann eine Rekuperation vorgenommen werden, indem bei einem Bremsvorgang sowohl die Kupplungsvorrichtung, über welche eine Wirkverbindung zwischen dem Gehäuse der Kupplungsanordnung und dem Abtrieb herstellbar oder aufhebbar ist, als auch die den Freilauf aufweisende Kupplungsvorrichtung jeweils geöffnet sind. Dadurch ist die Brennkraftmaschine vollständig von der Elektromaschine und damit vom Abtrieb getrennt, und kann demnach kein Schleppmoment verursachen, welches der am Abtrieb anliegenden, durch Schub verursachten Bewegung entgegen wirken würde. Die in dieser Bewegung enthaltene Energie kann somit vollständig für die Rekuperation genutzt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung detailliert beschreiben. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch einen Freilauf, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist,
2 einen Schnitt durch ein Antriebssystem eines Hybridsystems mit einer Kupplungsanordnung und einer Elektromaschine.
2 zeigt ein Hybridsystem 1, das eine Kupplungsanordnung 2 und eine Elektromaschine 3 aufweist. Die Kupplungsanordnung 2 steht über eine Mitnahmevorrichtung 4, die eine flexible Platte 5 aufweisen kann, mit einer Kurbelwelle 6 einer Brennkraftmaschine 7 in Drehverbindung. Eine derartige Mitnahmevorrichtung 4 ist in der DE 32 22 119 C1 , 1 behandelt, und wird daher nicht weiter kommentiert. Die Kupplungsanordnung 2 weist ein Gehäuse 8 auf, das ebenso wie ein Rotor 9 der Elektromaschine 3 gegenüber einer mit der Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine 7 gemeinsamen Zentralachse 10 zentriert ist. Auch eine als Abtrieb 11 dienende Getriebeeingangswelle 12 ist gegenüber der Zentralachse 10 zentriert.
Das Gehäuse 8 der Kupplungsanordnung 2 ist an seiner der Elektromaschine 3 zugewandten Seite als Pumpenradschale 15 ausgebildet, die durch Aufnahme einer Beschaufelung 16 als Pumpenrad 17 dient. Während das Gehäuse 8 an seiner der Brennkraftmaschine 7 zugewandten Seite über die Mitnahmevorrichtung 4 an der Kurbelwelle 6 zentriert ist, erfolgt die Zentrierung des Gehäuses 8 an seiner der Elektromaschine 3 zugewandten Seite mittels einer Pumpenradnabe 18, die über eine Radiallagerung 20 auf einer Rotornabe 22 des Rotors 9 der Elektromaschine 3 zentriert ist, die über eine Verzahnung 23 mit dem Abtrieb 11 drehfest verbunden ist.
Das Pumpenrad 17 wirkt über einen hydrodynamischen Kreis 26 mit einem Turbinenrad 25 zusammen, so dass eine Hydrokupplung 29 entsteht. Das Turbinenrad 25 ist an einem radial äußeren ersten Freilaufteil 101 eines Freilaufs 100 befestigt. Der erste Freilaufteil 101, der als Außenring ausgebildet ist, steht über eine Freilaufteil-Verbindungseinrichtung 102, die über eine Klemmeinrichtung 104 verfügt, mit einem radial inneren zweiten Freilaufteil 103, der als Innenring ausgebildet ist, in Wirkverbindung. Der zweite Freilaufteil 103 des Freilaufs 100 steht drehfest, beispielsweise mittels einer Verzahnung 27, mit der Rotornabe 22 in Verbindung. Aufgrund der drehfesten Verbindung der Rotornabe 22 über die Verzahnung 23 mit dem Abtrieb 11 steht der zweite Freilaufteil 103 auch mit dem Abtrieb 11 in drehfester Verbindung. Für ein am Turbinenrad 25 anliegendes Drehmoment ist der erste Freilaufteil 101 als Freilaufeingang 105 wirksam, der zweite Freilaufteil 103 dagegen als Freilaufausgang 106.
Axial zwischen dem Freilauf 100 und einem der Brennkraftmaschine 7 zugewandten Gehäusedeckel 28 ist ein Kupplungskolben 30 vorgesehen, der auf einer einem Torsionsschwingungsdämpfer 32 zugeordneten Torsionsdämpfernabe 34 axial verlagerbar und abgedichtet angeordnet ist. Der Kupplungskolben 30 nimmt axial zwischen sich und dem Gehäusedeckel 28 ein mit Reibbelägen 38 versehenes Reibelement 40 auf, und begrenzt zusammen mit dem Gehäusedeckel 28 einen Druckraum 36, der ebenso wie der hydrodynamische Kreis 26 in nicht gezeigter Weise an einen externen hydraulischen Druckkreis angeschlossen ist. Der Kupplungskolben 30 ist ebenso wie das Reibelement 40 Teil einer ersten Kupplungsvorrichtung 42 der Kupplungsanordnung 2, während der Freilauf 100, wie nachfolgend noch ausführlich erläutert, Teil einer zweiten Kupplungsvorrichtung 44 der Kupplungsanordnung 2 ist.
Solange im hydrodynamischen Kreis 26 gegenüber dem Druckraum 36 ein Überdruck anliegt, wird der Kupplungskolben 30 in Richtung zum Gehäusedeckel 28 gepresst, und belastet dadurch das Reibelement 40 in Richtung zum Gehäusedeckel 28, indem er, ebenso wie der Gehäusedeckel 28, reibend mit den Reibbelägen 38 in Anlage kommt. Die erste Kupplungsvorrichtung 42 ist dann eingerückt. Herrscht dagegen im Druckraum 36 ein Überdruck gegenüber dem hydrodynamischen Kreis 26, dann gibt der Kupplungskolben 30 das Reibelement 40 frei, woraufhin sich die Reibbeläge 38 von Gehäusedeckel 28 und Kupplungskolben 30 lösen. Die erste Kupplungsvorrichtung 42 ist dann ausgerückt.
Das Reibelement 40 dient mit seinem von den Reibbelägen 38 abgewandten Ende als Eingang 46 einer radial äußeren Dämpfungseinheit 48 des Torsionsschwinungsdämpfers 32. Ein Ausgang 50 der radial äußeren Dämpfungseinheit 48 bildet gleichzeitig den Eingang 52 einer radial inneren Dämpfungseinheit 54, deren Ausgang 56 wiederum drehfest mit der Torsionsdämpfernabe 34 verbunden ist, die mittels einer Verzahnung 58 drehfest mit dem Abtrieb 11 verbunden ist.
Zu ergänzen bleibt, dass der Ausgang 50 der radial äußeren Dämpfungseinheit 48 und der Eingang 52 der radial inneren Dämpfungseinheit 54 als Tilgermassenträger 60 für Tilgermassen 61 eines Tilgersystems 62 wirksam ist.
Bei dem Rotor 9 der Elektromaschine 3 handelt es sich um einen Außenläufer, welcher einen mit Spulen 63 versehenen Stator 65 in üblicher Weise unter Belassung eines Luftspaltes umgreift. Der Rotor 9 ist mittels eines Rotorlagerflansches 69 über eine Lagerung 67 gegenüber dem Stator 65 gelagert. Weiterhin sichtbar in 2 sind Komponenten einer Steuerung 68 für die Elektromaschine 3.
Das Hybridsystem arbeitet wie folgt:
Bei ausschließlicher Nutzung der Brennkraftmaschine 7 ist die Elektromaschine 3 durch die Steuerung 68 abgeschaltet. Ein von der Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine 7 stammendes Drehmoment wird, nach Übertragung durch die Mitnahmevorrichtung 4, auf das Gehäuse 8 der Kupplungsanordnung 2 geleitet, und von dort aus zum Abtrieb 11. Beim Anfahren eines Fahrzeugs aus dem Stillstand oder bei bestimmten Betriebszuständen, wie starker Lastanforderung durch den Fahrer, wird das Drehmoment hierzu vom Pumpenrad 17 und den hydrodynamischen Kreis 26 auf das Turbinenrad 25 geleitet. Wegen der stillgesetzten Elektromaschine 3 liegt am zweiten Freilaufteil 103, also am Freilaufausgang 106, keine Drehbewegung des Rotors 9 vor, so dass der als zweite Kupplungsvorrichtung 44 dienende Freilauf 100 auf Durchlass des Drehmomentes geschaltet ist. Das Drehmoment wird demnach vom Turbinenrad 25 über den Freilauf 100 mittels der Verzahnung 27 auf die Rotornabe 22 geleitet, und von dort aus über die Verzahnung 23 auf den Abtrieb 11.
Während dieses Betriebszustandes ist die erste Kupplungsvorrichtung 42 ausgerückt, und überträgt somit kein Drehmoment.
Bei höherer Fahrgeschwindigkeit oder ohne besondere Lastanforderung wird die erste Kupplungsvorrichtung 42 eingerückt, so dass das am Gehäuse 8 anliegende Drehmoment nun unter Umgehung des hydrodynamischen Kreises 26 über das Reibelement 40 und den Torsionsschwingungsdämpfer 32 auf die Torsionsdämpfernabe 34 übertragen wird, die über eine Verzahnung 58 mit dem Abtrieb 11 verbunden ist.
Zur Unterstützung des Fahrvorganges durch die Elektromaschine 3 wird der Rotor 9 über die Spulen 63 des Stators 65 in Drehung versetzt. Da der Rotor 9 über die Rotornabe 22 und die Verzahnung 23 mit dem Abtrieb 11 in drehfester Verbindung steht, kann er ein Drehmoment auf den Abtrieb 11 leiten. Dies ist bei eingerückter erster Kupplungsvorrichtung 42 uneingeschränkt möglich. Bei ausgerückter erster Kupplungsvorrichtung 42 muss dagegen darauf geachtet werden, dass der Freilauf als zweite Kupplungsvorrichtung 44 ein von der Brennkraftmaschine 7 stammendes Drehmoment übertragen kann. Hierzu ist durch die Steuerung 68 die Drehzahl am Rotor 9 zu begrenzen, damit die Drehzahl am Rotor 9 geringer ist als die Drehzahl am Turbinenrad 25. Dies wird insbesondere bei einem Anfahrvorgang des entsprechenden Fahrzeuges der Fall sein, oder auch dann, wenn trotz der Verwendung einer Hydrokupplung 29, die, anders als ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, ohne Leitrad auskommen muss, eine Überhöhung des Drehmoments gewünscht ist, bis die Drehzahl am Turbinenrad 25 zumindest im Wesentlichen an die Drehzahl am Pumpenrad 17 angenähert ist.
Zugunsten einer Rekuperation, also der Umwandlung kinetischer Energie in elektrische Energie beispielsweise bei einem Bremsvorgang, ist sowohl die erste Kupplungsvorrichtung 42 als auch die zweite Kupplungsvorrichtung 44 jeweils geöffnet. Dadurch ist der Abtrieb 11 und auch die Elektromaschine 3 vollständig von der Brennkraftmaschine 7 getrennt, so dass die Brennkraftmaschine 7 kein Schleppmoment verursachen kann. Dadurch ist eine am Abtrieb anliegende, schubbedingte Bewegung uneingeschränkt zur Einspeisung elektrischer Energie in einen nicht gezeigten Energiespeicher nutzbar.
Bezugszeichenliste

1: Hybridsystem
2: Kupplungsanordnung
3: Elektromaschine
4: Mitnahmevorrichtung
5: flexible Platte
6: Kurbelwelle
7: Brennkraftmaschine
8: Gehäuse
9: Rotor
10: Zentralachse
11: Abtrieb
12: Getriebeeingangswelle
15: Pumpenradschale
16: Beschaufelung
17: Pumpenrad
18: Pumpenradnabe
20: Radiallagerung
22: Rotornabe
23: Verbindung
25: Turbinenrad
26: hydrodynamischer Kreis
27: Verzahnung
28: Gehäusedeckel
29: Hydrokupplung
30: Kupplungskolben
32: Torsionsschwingungsdämpfer
34: Torsionsdämpfernabe
36: Druckraum
38: Reibbeläge
40: Reibelement
42: erste Kupplungsvorrichtung
44: zweite Kupplungsvorrichtung
46: Eingang einer radial äußeren Dämpfungseinheit
48: radial äußere Dämpfungseinheit
50: Ausgang der radial äußeren Dämpfungseinheit
52: Eingang einer radial inneren Dämpfungseinheit
54: radial innere Dämpfungseinheit
56: Ausgang der radial inneren Dämpfungseinheit
58: Verzahnung
60: Tilgermassenträger
61: Tilgermassen
62: Tilgersystem
63: Spulen
65: Stator
67: Lagerung
68: Steuerung
69: Rotorlagerflansch
100: Freilauf
101: erster Freilaufteil
102: Freilaufteil-Verbindungseinrichtung
103: zweiter Freilaufteil
104: Klemmeinrichtung
105: Freilaufeingang
106: Freilaufausgang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006034945 A1 [0002]
DE 3222119 C1 [0020]

Claims

Kupplungsanordnung (2) eines Hybridsystems (1), wirksam zwischen einer Kurbelwelle (6) einer Brennkraftmaschine (7) einerseits und einem Rotor (9) einer Elektromaschine (3) und/oder einem Abtrieb (11) andererseits, und aufweisend zumindest eine Kupplungsvorrichtung (42, 44), über welche eine Wirkverbindung zwischen einem Gehäuse (8) und dem Abtrieb (11) herstellbar oder aufhebbar ist, einen ein Pumpenrad (17) und ein Turbinenrad (25) umfassenden hydrodynamischen Kreis (26) und einen Freilauf (100), dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (100) als eine weitere, zwischen dem Turbinenrad (25) einerseits und dem Rotor (9) der Elektromaschine (3) oder dem Abtrieb (11) andererseits vorgesehene Kupplungsvorrichtung (44) dient, indem mittels einer Freilaufteil-Verbindungseinrichtung (102) zwischen einem ersten Freilaufteil (101) und einem zweiten Freilaufteil (103) in Abhängigkeit von der Relativdrehzahl zwischen den beiden Freilaufteilen (101, 103) eine Wirkverbindung herstellbar oder aufhebbar ist, und dass der Rotor (9) der Elektromaschine (3) in Drehverbindung mit dem Abtrieb (11) steht.
Kupplungsanordnung (2) nach Anspruch 1 mit einer Zentralachse (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (25) mittels des Freilaufs (100) in Bezug zur Zentralachse (10) in dem Gehäuse (8) zentriert ist.
Kupplungsanordnung (2) nach Anspruch 1 mit einem als Freilaufeingang (105) wirksamen, mit dem Turbinenrad (25) verbundenen ersten Freilaufteil (101) und einem als Freilaufausgang (106) wirksamen, mit dem Rotor (9) der Elektromaschine (3) oder mit dem Abtrieb (11) verbundenen zweiten Freilaufteil (103), dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufteil-Verbindungseinrichtung (102) bei am Freilaufausgang (106) gegenüber dem Freilaufeingang (105) anliegender Überdrehzahl eine Aufhebung der Drehmomentübertragung am Freilauf (100) auslöst, während sie bei am Freilaufausgang (106) gegenüber dem Freilaufeingang (105) anliegender Unterdrehzahl eine Herstellung der Drehmomentübertragung am Freilauf (100) herbeiführt.
Verfahren für eine über einen Freilauf (100) verfügende Kupplungsvorrichtung (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung (44) wie folgt betreibbar ist: a) die Freilaufteil-Verbindungseinrichtung (102) löst an dem mit dem Rotor (9) der Elektromaschine (3) oder mit dem Abtrieb (11) verbundenen Freilaufausgang (106) bei Überdrehzahl gegenüber dem mit dem Turbinenrad (25) verbundenen Freilaufeingang (105) eine Aufhebung der Drehmomentübertragung am Freilauf (100) aus, oder b) die Freilaufteil-Verbindungseinrichtung (102) löst an dem mit dem Rotor (9) der Elektromaschine (3) oder mit dem Abtrieb (11) verbundenen Freilaufausgang (106) bei Unterdrehzahl gegenüber dem mit dem Turbinenrad (25) verbundenen Freilaufeingang (105) eine Herstellung der Drehmomentübertragung am Freilauf (100) aus.
Verfahren für eine Kupplungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung (42), über welche eine Wirkverbindung zwischen einem Gehäuse (8) und dem Abtrieb (11) herstellbar oder aufhebbar ist, als erste Kupplungsvorrichtung (42) und die Kupplungsvorrichtung (44), welche über den Freilauf (100) verfügt, als zweite Kupplungsvorrichtung (44) dient, und die beiden Kupplungsvorrichtungen (42, 44) zur ausschließlichen Nutzung der Elektromaschine (3) wie folgt betreibbar sind: a) der Rotor (9) der Elektromaschine (3) ist in Betrieb oder wird in Betrieb gesetzt, während die Kurbelwelle (6) der Brennkraftmaschine (7) in Betrieb ist, oder stillgesetzt wird, b) an dem mit dem Rotor (9) der Elektromaschine (3) oder mit dem Abtrieb (11) verbundenen Freilaufausgang (106) wird die Drehzahl über diejenige Drehzahl angehoben, die an dem mit dem Turbinenrad (25) verbundenen Freilaufeingang (106) anliegt, um dadurch an der Freilaufteil-Verbindungseinrichtung (102) eine Aufhebung der Drehmomentübertragung über den Freilauf (100) auszulösen, c) die erste Kupplungsvorrichtung (42) wird durch Aufbau eines entsprechenden Druckgefälles zwischen dem hydrodynamischen Kreis (26) und einem axial zwischen dem Gehäuse (8) und dem hydrodynamischen Kreis (26) befindlichen Druckraum (36) zur Aufhebung einer Wirkverbindung zwischen dem Gehäuse (8) der Kupplungsanordnung (2) und dem Abtrieb (11) betätigt.
Verfahren für eine Kupplungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung (42), über welche eine Wirkverbindung zwischen einem Gehäuse (8) und dem Abtrieb (11) herstellbar oder aufhebbar ist, als erste Kupplungsvorrichtung (42) und die Kupplungsvorrichtung (44), welche über den Freilauf (100) verfügt, als zweite Kupplungsvorrichtung (44) dient, und die beiden Kupplungsvorrichtungen (42, 44) zum Start einer stillgesetzten Brennkraftmaschine (7) durch den Rotor (9) der Elektromaschine (3) wie folgt betreibbar sind: a) der Rotor (9) der Elektromaschine (3) ist in Betrieb oder wird in Betrieb gesetzt, während die Kurbelwelle (6) der Brennkraftmaschine (7) außer Betrieb ist, b) an dem mit dem Rotor (9) der Elektromaschine (3) oder mit dem Abtrieb (11) verbundenen Freilaufausgang (106) wird die Drehzahl über diejenige Drehzahl angehoben, die an dem mit dem Turbinenrad (25) verbundenen Freilaufeingang (105) anliegt, um dadurch an der Freilaufteil-Verbindungseinrichtung (102) die Aufhebung der Drehmomentübertragung über den Freilauf (100) auszulösen, c) die erste Kupplungsvorrichtung (42) wird durch Aufbau eines entsprechenden Druckgefälles zwischen dem hydrodynamischen Kreis (26) und einem axial zwischen dem Gehäuse (8) und dem hydrodynamischen Kreis (26) befindlichen Druckraum (36) zur Herstellung einer Wirkverbindung zwischen dem Gehäuse (8) der Kupplungsanordnung (2) und dem Abtrieb (11) betätigt.
Verfahren für eine Kupplungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung (42), über welche eine Wirkverbindung zwischen einem Gehäuse (8) und dem Abtrieb (11) herstellbar oder aufhebbar ist, als erste Kupplungsvorrichtung (42) und die Kupplungsvorrichtung (44), welche über den Freilauf (100) verfügt, als zweite Kupplungsvorrichtung (42) dient, und die beiden Kupplungsvorrichtungen (42, 44) zum Anfahren eines Fahrzeugs nach Fahrzeugstillstand durch die Brennkraftmaschine (7) und durch den Rotor (9) der Elektromaschine (3) wie folgt betreibbar sind: a) die Kurbelwelle (6) der Brennkraftmaschine (7) ist in Betrieb oder wird in Betrieb gesetzt, während der Rotor (9) der Elektromaschine (3) stillgesetzt bleibt oder in Betrieb gesetzt wird, b) an dem mit dem Rotor (9) der Elektromaschine (3) oder mit dem Abtrieb (11) verbundenen Freilaufausgang (106) wird entweder die Drehzahl unter diejenige Drehzahl abgesenkt, die an dem mit dem Turbinenrad (25) verbundenen Freilaufeingang (105) anliegt, oder der Rotor (9) bleibt stillgesetzt, um an der Freilaufteil-Verbindungseinrichtung (102) die Herstellung der Drehmomentübertragung über den Freilauf (100) auszulösen, c) die erste Kupplungsvorrichtung (42) wird durch Aufbau eines entsprechenden Druckgefälles zwischen dem hydrodynamischen Kreis (26) und einem axial zwischen dem Gehäuse (8) und dem hydrodynamischen Kreis (26) befindlichen Druckraum (36) zur Aufhebung einer Wirkverbindung zwischen dem Gehäuse (8) der Kupplungsanordnung (2) und dem Abtrieb (11) betätigt.
Verfahren für eine Kupplungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung (42), über welche eine Wirkverbindung zwischen einem Gehäuse (8) und dem Abtrieb (11) herstellbar oder aufhebbar ist, als erste Kupplungsvorrichtung (42) und die Kupplungsvorrichtung (44), welche über den Freilauf (100) verfügt, als zweite Kupplungsvorrichtung (42) dient, und die beiden Kupplungsvorrichtungen (42, 44) zur Beschleunigung eines in Fahrt befindlichen Fahrzeugs durch die Brennkraftmaschine (7) und durch den Rotor (9) der Elektromaschine (3) wie folgt betreibbar sind: a) die Kurbelwelle (6) der Brennkraftmaschine (7) ist in Betrieb, und der Rotor (9) der Elektromaschine (3) ist in Betrieb oder wird in Betrieb gesetzt, b) die erste Kupplungsvorrichtung (42) wird durch Aufbau eines entsprechenden Druckgefälles zwischen dem hydrodynamischen Kreis (26) und einem axial zwischen dem Gehäuse (8) und dem hydrodynamischen Kreis (26) befindlichen Druckraum (36) zur Herstellung einer Wirkverbindung zwischen dem Gehäuse (8) der Kupplungsanordnung (2) und dem Abtrieb (11) betätigt.
Verfahren für eine Kupplungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung (42), über welche eine Wirkverbindung zwischen einem Gehäuse (8) und dem Abtrieb (11) herstellbar oder aufhebbar ist, als erste Kupplungsvorrichtung (42) und die Kupplungsvorrichtung (44), welche über den Freilauf (100) verfügt, als zweite Kupplungsvorrichtung (42) dient, und die beiden Kupplungsvorrichtungen (42, 44) zur Rekuperation von Energie beim Verzögern eines Fahrzeugs aus einer Fahrbewegung wie folgt betreibbar sind: a) die Kurbelwelle (6) der Brennkraftmaschine (7) wird stillgesetzt, während der Rotor (9) der Elektromaschine (3) in Betrieb gesetzt wird oder bleibt, b) an dem mit dem Rotor (9) der Elektromaschine (3) oder mit dem Abtrieb (11) verbundenen Freilaufausgang (106) steigt die Drehzahl bedingt durch den am Abtrieb (11) anliegenden Schub über diejenige Drehzahl, die an dem mit dem Turbinenrad (25) verbundenen Freilaufeingang (105) anliegt, so dass an der Freilaufteil-Verbindungseinrichtung (102) die Aufhebung der Drehmomentübertragung über den Freilauf (100) ausgelöst wird, c) die erste Kupplungsvorrichtung (42) wird durch Aufbau eines entsprechenden Druckgefälles zwischen dem hydrodynamischen Kreis (26) und einem axial zwischen dem Gehäuse (8) und dem hydrodynamischen Kreis (26) befindlichen Druckraum (36) zur Aufhebung einer Wirkverbindung zwischen dem Gehäuse (8) der Kupplungsanordnung (2) und dem Abtrieb (11) betätigt.