DE102017127525A1 - Kompakte Drehmomentübertragungseinrichtung eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung (1) eines Hybridfahrzeugs, das zum Antrieb eine Brennkraftmaschine (3) und einen Elektromotor (4) aufweist, die einer eine Trennkupplung (9) einschließenden und mit einem Getriebe (6) verbundenen Antriebswelle (5) eines Antriebsstrangs (2) zugeordnet sind, wobei die einen Schwingungsdämpfer (7) aufweisende Drehmomentübertragungseinrichtung (1) abtriebsseitig der Brennkraftmaschine (3) angeordnet ist und ein Gehäuse (13) des Schwingungsdämpfers (7) eine Bogenfederanordnung (14) umschließt, deren Bogenfedern (15) endseitig einem Gehäuseanschlag oder einem Flanschflügel (16) einer Flanschscheibe (11) zugeordnet sind. Dabei ist das Gehäuse (13) des Schwingungsdämpfers (7) über eine Nabe (12) mit der Antriebswelle (5) und die mit den Bogenfedern (15) zusammenwirkende Flanschscheibe (11) mit einer Kurbelwelle (8) der Brennkraftmaschine (3) verbunden, wobei der Kurbelwelle (8) auf einer von einer Abtriebsseite der Brennkraftmaschine (3) abgewandten Seite ein Schwungrad (10) zugeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung eines Hybridfahrzeugs, das eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor aufweist, die einer eine Trennkupplung einschließenden und mit einem Getriebe verbundenen Antriebswelle eines Antriebsstrangs zugeordnet sind, wobei die einen Schwingungsdämpfer aufweisende Drehmomentübertragungseinrichtung abtriebsseitig der Brennkraftmaschine angeordnet ist und ein Gehäuse des Schwingungsdämpfers eine Bogenfederanordnung umschließt, deren Bogenfedern endseitig einem Gehäuseanschlag oder einem Flanschflügel einer Flanschscheibe zugeordnet sind.
  • Bei Kraftfahrzeugen mit einem Hybridantrieb besteht die Anforderung, ein von mehreren Antrieben erzeugtes Drehmoment schwingungsarm auf ein Getriebe zu übertragen, wobei die Koppelung der Antriebe eine Drehmomentübertragungseinrichtung einschließt. Diese Einrichtung übernimmt neben der Funktion einer Drehmomentübertragung von der Brennkraftmaschine und/oder dem Elektromotor zu einer Abtriebswelle bzw. einem Getriebe weiterhin die Funktion einer Schwingungsdämpfung. Dazu sind Schwingungsdämpfer vorgesehen, bestehend aus einem Eingangsteil und einem Ausgangsteil, die entgegen der Wirkung von in Umfangsrichtung wirksamen, insbesondere als Bogenfedern ausgebildeten Energiespeichern gegeneinander begrenzt verdrehbar sind und dabei kinetische Energie aufnehmen und wieder an den Antriebsstrang abgeben.
  • Die Druckschrift WO 2011 / 072 653 A1 zeigt eine Drehmomentübertragungseinrichtung für einen Hybridantrieb im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und einer Fahrzeugkupplung oder Getriebeeingangswelle eines Getriebes. Die Übertragungseinrichtung schließt einen elektrischen Antrieb, ein Zweimassenschwungrad sowie eine Trennkupplung ein, wobei die Kupplungsscheiben der Trennkupplung in einem Rotor des elektrischen Antriebs angeordnet sind.
  • Aus der WO 2010 / 028 620 A1 ist eine weitere Drehmomentübertragungseinrichtung für eine Hybridanwendung bekannt, bei der eine Brennkraftmaschine, eine Elektromaschine und ein Zweimassenschwungrad (ZMS), über eine Trennkupplung miteinander kuppelbar sind. Dabei ist eine Schwungmasse des ZMS drehfest mit der Brennkraftmaschine und die weitere Schwungmasse mit einem Getriebe, einem Rotor des Elektromotors verbunden. Weiterhin ist zwischen dem Rotor und einer Anfahrkupplung eine Fliehkraftpendeleinrichtung vorgesehen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mittels einer einfachen und kostengünstigen Maßnahme eine funktional verbesserte Drehmomentübertragungseinrichtung mit geringem Bauraumbedarf bereitzustellen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine die Merkmale des Anspruchs 1 umfassende Drehmomentübertragungseinrichtung gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen oder Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der zugehörigen Figur zu entnehmen.
  • Die Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst gemäß der Erfindung einen Schwingungsdämpfer, dessen Gehäuse über eine Nabe mit der Antriebswelle in Verbindung steht. Eine mit den Bogenfedern des Schwingungsdämpfers zusammenwirkende Flanschscheibe ist drehfest an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine fixiert, der auf der von der Abtriebsseite abgewandten Seite weiterhin ein Schwungrad zugeordnet ist.
  • Der erfindungsgemäße, auch Bogenfederdämpfer genannte Schwingungsdämpfer zeigt im Vergleich zu bisherigen Lösungen einen abweichenden bzw. umgekehrten Aufbau.
  • Herkömmliche Lösungen von auch Zweimassenschwungräder (ZMS) genannten Schwingungsdämpfern, bestehen aus einem Primärteil mit zugehörigen Bogenfedern, das an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verschraubt ist. Das Sekundärteil ist beispielsweise über eine Nabe mit der Antriebswelle bzw. Getriebeeingangswelle verbunden. Gemäß der Erfindung ist das die Bogenfedern umschließende, die Funktion des Primärteils bisheriger Schwingungsdämpfer übernehmende Gehäuse abweichend nicht mit der Kurbelwelle, sondern mit der Antriebswelle verbunden. Entsprechend ist die mit den Bogenfedern zusammenwirkende Flanschscheibe, welche die Funktion des Sekundärteils bisheriger Schwingungsdämpfer übernimmt, an der Kurbelwelle befestigt.
  • Durch das erfindungsgemäße Konzept ist vorteilhaft mit einfachen und kostengünstigen Mitteln eine funktional verbesserte Drehmomentübertragungseinrichtung realisierbar. Diese zeichnet sich einerseits durch einen zumindest in axialer Richtung bauraumoptimierten Schwingungsdämpfer aus.
  • Zum Ausgleich einer relativ geringen Massenträgheit des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers und zur Verbesserung der Isolation der torsionalen Schwingungen der Kurbelwelle ist gemäß der Erfindung auf der von der Abtriebsseite abgewandten Seite der Brennkraftmaschine ein drehstarr mit der Kurbelwelle verbundenes Schwungrad vorgesehen.
  • Bei einem herkömmlichen Schwingungsdämpfer (ZMS) stellen sich die größten Kurbelwellenbewegungen mit geringem Massenträgheitsmoment auf der Stirnseite der Brennkraftmaschine ein, so dass zur Tilgung dieser Eigenschwingungen ein zusätzlicher Kurbelwellendämpfer erforderlich ist. Abweichend dazu stellt sich bei dem erfindungsgemäßen Konzept durch die Reibung der Bogenfedern im Gehäuse des Schwingungsdämpfers bereits eine vielfach ausreichende Dämpfung ein. In Verbindung mit der stirnseitigen Schwungradanordnung kann folglich die Eigenschwingung und damit die Kurbelwellenbeanspruchung entscheidend reduziert werden. Vorteilhaft kann damit auf einen herkömmlich eingesetzten Kurbelwellendämpfer verzichtet werden.
  • Die Drehmomentübertragungseinrichtung kann mit unterschiedlichen Getrieben wie Schaltgetriebe, Automatikgetriebe mit und ohne Drehmomentwandler, oder Doppelkupplungsgetriebe kombiniert werden. Dabei bewirkt die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung eine wirksame Schwingungsisolation, die insbesondere bei geringen Drehzahlen eine schlupffreie Drehmomentübertragung beispielsweise von Doppelkupplungsgetrieben oder allgemein Automatikgetrieben sicherstellt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist für die Drehmomentübertragungseinrichtung ein Aufbau vorgesehen, bei dem der Elektromotor, die Elektromaschine, zwischen der Trennkupplung und dem Getriebe verbaut ist. Bevorzugt ist der Elektromotor unmittelbar dem Getriebe zugeordnet. Bei dieser Anordnung, die zur Darstellung von kompakten für P2-Hybriden vorgesehen ist, umschließt der Elektromotor konzentrisch die Antriebswelle an dem Getriebeeingang, anstelle einer unmittelbaren Verbindung mit der Brennkraftmaschine. Dabei schließt die Antriebswelle des Antriebsstrangs eine auch Schaltkupplung genannte Trennkupplung ein. Durch den erfindungsgemäßen, schmal bauenden Schwingungsdämpfer vergrößert sich der Bauraum der Drehmomentübertragungseinrichtung in axialer Richtung, der vorteilhaft zur Aufnahme eines leistungsstarken Elektromotors genutzt werden kann.
  • Ferner sieht eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung vor, dass stirnseitig an der Kurbelwelle befindliche Schwungrad mit dem Nebenaggregatetrieb, (FEAD, front end accessory drive) der Brennkraftmaschine zu verbinden, über den beispielsweise eine Lenkhilfspumpe des Fahrzeugs oder eine Wasserpumpe der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
  • Gemäß der Erfindung schließt die Drehmomentübertragungseinrichtung keinen herkömmlichen Anlasserzahnkranz ein, über den mittels eines separaten elektrisch betätigten Anlassers der Start der Brennkraftmaschine erfolgt. Vielmehr wird diese Aufgabe von dem Elektromotor des Hybridantriebs wahrgenommen. Um einen ungehinderten Kaltstart zu erreichen, kann ein entsprechend dimensionierter oder übersetzter Elektromotor eingesetzt werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, außenseitig auf dem Gehäuse des Schwingungsdämpfers eine Fliehkraftpendeleinrichtung anzuordnen. Der Aufbau dieser Einrichtung umfasst einen radial ausgerichteten, stoffschlüssig außenseitig des Gehäuses befestigten scheibenartigen Trägerflansch, an dem beidseitig umfangsverteilt Pendelmassen beweglich angeordnet sind. Alternativ dazu kann eine Fliehkraftpendeleinrichtung vorgesehen werden, die zwei parallel zueinander beabstandete, ebenso auf dem Gehäuse stoffschlüssig befestigte Trägerflansche einschließt, zwischen denen Pendelmassen umfangsverteilt verstellbar angeordnet sind. Beide schmal bauende Fliehkraftpendeleinrichtungen erfordern kein weiteres axial angeordnetes Blech, so dass sich ein vergrößerter axialer Bauraum für den Elektromotor einstellt.
  • Gemäß der Erfindung kann die Fliehkraftpendeleinrichtung außenseitig mit einem Berstschutz versehen werden. Dazu ist ein an dem Trägerflansch oder den Trägerflanschen stoffschlüssig befestigtes Abdeckblech vorgesehen. Dabei umschließt das Abdeckblech vollständig den Flansch oder die Flansche und erstreckt sich axial über die Pendelmassen.
  • Weiterhin schließt die Erfindung einen Schwingungsdämpfer mit integrierter Reibeinrichtung ein. Damit stellt sich bei der Relativverdrehung eine Hysterese bzw. eine Grundhysterese ein, indem während einer Relativverdrehung zwischen der Eingangs- und der Ausgangskomponente, dem Gehäuse des Schwingungsdämpfers und dessen Flanschscheibe in der Reibeinrichtung ein Reibmoment aufgebaut wird. Ein vorteilhafter Aufbau der Reibeinrichtung sieht ein an dem Gehäuse geführtes Reibelement vor, dass mittels einer Tellerfeder über die Flanschscheibe kraftbeaufschlagt ist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen, näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigt:
    • 1: in einer schematischen Darstellung einen Antriebsstrang in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung;
    • 2: im Halbschnitt den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung;
    • 3: im Halbschnitt den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung.
  • Die 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung 1, die für den Hybridantrieb eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeuges bestimmt ist. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist einem Antriebsstrang 2 zugeordnet, der über zwei Antriebe, eine Brennkraftmaschine 3 und einen Elektromotor 4 mittels einer Antriebswelle 5 mit einem Getriebe 6 verbindet. Dabei ist ein in 2 detailliert dargestellter Schwingungsdämpfer 7 der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 abtriebsseitig der Brennkraftmaschine 3 drehstarr an einer Kurbelwelle 8 befestigt. Die eine Trennkupplung 9 einschließende Antriebswelle 5 verbindet den Schwingungsdämpfer 7 mit dem Elektromotor 4, der unmittelbar an dem Getriebe 6 fixiert ist und über den auch ein Start der Brennkraftmaschine 3 erfolgt. Die Trennkupplung 9 dient dazu, die Brennkraftmaschine 3 vom restlichen Antrieb abzukoppeln, um z. B. mit dem Fahrzeug rein elektrisch zu fahren. Auf der von der Abtriebsseite abgewandten Stirnseite der Brennkraftmaschine 3 ist der Kurbelwelle 8 ein Schwungrad 10 zugeordnet.
  • Die 2 verdeutlicht in einem Halbschnitt den Aufbau der Drehmomentübertragungseinrichtung 1, die antriebsseitig über eine Flanschscheibe 11 drehstarr an der Kurbelwelle 8 und abtriebsseitig mit einer Nabe 12 an der Antriebswelle 5 befestigt ist. Die Nabe 12 ist Teil eines Gehäuses 13, welches aus mehreren stoffschlüssig zusammengefügten Einzelteilen besteht, die bevorzugt spanlos mittels eines Umformverfahrens hergestellt sind. Das Gehäuse 13 ist zur Aufnahme einer Bogenfederanordnung 14 bestimmt, zur Bildung des Schwingungsdämpfers 7, in dem umfangsseitig Bogenfedern 15 integriert sind. Jede Bogenfeder 15 ist mit einem Ende an einem Anschlag des Gehäuses 13 (nicht gezeigt) und mit dem weiteren Ende an einem Flanschflügel 16 der Flanschscheibe 11 abgestützt. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 zeigt damit im Vergleich zu einem herkömmlichen, auch ZMS genannten Bogenfederdämpfer, einen umgekehrten Aufbau.
  • Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 umfasst weiterhin eine Fliehkraftpendeleinrichtung 17 herkömmlichen Aufbaus und bekannter Wirkungsweise, die radial ausgerichtet auf dem Gehäuse 13 positioniert ist. Dazu ist ein scheibenartiger Trägerflansch 18 auf einem waagerecht verlaufenden Deckelabschnitt 19 des Gehäuses 13 stoffschlüssig befestigt, dem beidseitig umfangsverteilt mehrere Pendelmassen 21 zugeordnet sind. Ein Schwingen der Pendelmassen 21 bei auftretender Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine 3 gewährleisten Laufrollen 20, die in gegenläufig zueinander verlaufenden Kulissenführungen (nicht gezeigt) der Pendelmassen 21 und des Trägerflansches 18 geführt sind. Außenseitig ist der Trägerflansch 18 von einem einen Berstschutz 22 für die Fliehkraftpendeleinrichtung 17 bildenden Abdeckelement umschlossen. In dem Schwingungsdämpfer 7 ist eine Reibeinrichtung 23 integriert, bestehend aus einem antriebsseitig zwischen der Flanschscheibe 11 und dem Gehäuse 13 angeordneten, als Scheibe ausgeführten Reibelement 24. Eine kraftschlüssige Anlage sichert eine zwischen der mit dem Gehäuse 13 verbundenen Nabe 12 und der Flanschscheibe 11 eingesetzte Tellerfeder 25. Mittels der Reibeinrichtung 23 kann bei der Relativverdrehung zwischen der Eingangs- und der Ausgangskomponente des Schwingungsdämpfers 7 ein Reibmoment aufgebaut werden, wodurch sich eine gewünschte Hysterese bzw. eine Grundhysterese einstellt.
  • In der 3 ist die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 mit der Fliehkraftpendeleinrichtung 26 gezeigt, die abweichend zu 2 zwei stoffschlüssig an dem Gehäuse 13 befestigte, scheibenartige Trägerflansche 27 umfasst. Die umfangsverteilt positionierten Pendelmassen 28 sind zwischen den Trägerflanschen 27 über Laufrollen 20 in Verbindung mit Kulissenführungen beweglich angeordnet. Außenseitig werden beide Trägerflansche 27 von einem einen Berstschutz 29 bildenden Abdeckelement umschlossen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Drehmomentübertragungseinrichtung
    2
    Antriebsstrang
    3
    Brennkraftmaschine
    4
    Elektromotor
    5
    Antriebswelle
    6
    Getriebe
    7
    Schwingungsdämpfer
    8
    Kurbelwelle
    9
    Trennkupplung
    10
    Schwungrad
    11
    Flanschscheibe
    12
    Nabe
    13
    Gehäuse
    14
    Bogenfederanordnung
    15
    Bogenfeder
    16
    Flanschflügel
    17
    Fliehkraftpendeleinrichtung
    18
    Trägerflansch
    19
    Deckelabschnitt
    20
    Laufrolle
    21
    Pendelmasse
    22
    Berstschutz
    23
    Reibeinrichtung
    24
    Reibelement
    25
    Tellerfeder
    26
    Fliehkraftpendeleinrichtung
    27
    Trägerflansch
    28
    Pendelmasse
    29
    Berstschutz

Claims (10)

  1. Drehmomentübertragungseinrichtung eines Hybridfahrzeugs, das zum Antrieb eine Brennkraftmaschine (3) und einen Elektromotor (4) aufweist, die einer eine Trennkupplung (9) einschließenden und mit einem Getriebe (6) verbunden Antriebswelle (5) eines Antriebsstrangs (2) zugeordnet sind, wobei die einen Schwingungsdämpfer (7) aufweisende Drehmomentübertragungseinrichtung (1) abtriebsseitig der Brennkraftmaschine (3) angeordnet ist und ein Gehäuse (13) des Schwingungsdämpfers (7) eine Bogenfederanordnung (14) umschließt, deren Bogenfedern (15) endseitig einem Gehäuseanschlag oder einem Flanschflügel (16) einer Flanschscheibe (11) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (13) des Schwingungsdämpfers (7) über eine Nabe (12) mit der Antriebswelle (5) in Verbindung steht und die mit den Bogenfedern (15) zusammenwirkende Flanschscheibe (11) mit einer Kurbelwelle (8) der Brennkraftmaschine (3) verbunden ist und der Kurbelwelle (8) auf einer von einer Abtriebsseite der Brennkraftmaschine (3) abgewandten Seite ein Schwungrad (10) zugeordnet ist.
  2. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4) zwischen der Trennkupplung (9) und dem Getriebe (6) verbaut ist.
  3. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4) unmittelbar dem Getriebe (6) zugeordnet ist.
  4. Drehmomentübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stirnseitig an der Kurbelwelle (8) befindliche Schwungrad (10) mit einem Nebenaggregatetrieb (FEAD) der Brennkraftmaschine (3) verbunden ist.
  5. Drehmomentübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Start der Brennkraftmaschine (3) über den Elektromotor (4) erfolgt.
  6. Drehmomentübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außenseitig auf dem Gehäuse (13) des Schwingungsdämpfers (7) eine Fliehkraftpendeleinrichtung (17, 26) angeordnet ist.
  7. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftpendeleinrichtung (17) einen stoffschlüssig an dem Gehäuse (13) befestigten scheibenartigen Trägerflansch (18) aufweist, an dem beidseitig umfangsverteilt Pendelmassen (21) beweglich angeordnet sind.
  8. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftpendeleinrichtung (26) zwei stoffschlüssig an dem Gehäuse (13) befestigte scheibenartige Trägerflansche (27) umfasst, zwischen denen umfangsverteilt Pendelmassen (28) beweglich angeordnet sind.
  9. Drehmomentübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftpendeleinrichtung (17, 26) außenseitig von einem die Pendelmassen (21, 28) überdeckenden Berstschutz (22, 29) umschlossen ist, der stoffschlüssig an dem Trägerflansch (18, 27) befestigt ist.
  10. Drehmomentübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Nabe (12) des Gehäuses (13) und der Flanschscheibe (11) des Schwingungsdämpfers (7) eine Reibeinrichtung (23) vorgesehen ist.
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