DE102017217007A1 - Hybridantriebsmodul für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Hybridantriebsmodul (1) für ein Kraftfahrzeug, welches einen Drehmomentwandler (TC) und eine koaxial dazu angeordnete elektrische Maschine (EM) mit einem drehbaren Rotor (R) und einem drehfesten Stator (S) aufweist, wobei Phasenanschlüsse des Stator (S) mit einem elektrischen Leistungsanschluss (AC) des Hybridantriebsmoduls (1) elektrisch leitend verbunden sind, welcher zumindest abschnittsweise radial außerhalb eines Gehäuses (TCG) des Drehmomentwandlers (TC) angeordnet ist, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Hybridantriebsmodul.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebsmodul für ein Kraftfahrzeug. Das Hybridantriebsmodul kann integraler Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Automatikgetriebes sein, oder als eigenständige Einheit mit zumindest einer Schnittstelle zu einem Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe ausgebildet sein. Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Hybridantriebsmodul.
  • Die WO 2012/034031 A2 beschreibt ein Hybridsystem mit einem Hybridmodul, welches zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe mit Drehmomentwandler angeordnet ist. Das Hybridmodul weist ein Hochvolt-Anschlussgehäuse auf, welches dazu eingerichtet ist Hochspannungskabel eines Umrichters aufzunehmen, um einen Stator einer elektrischen Maschine des Hybridmoduls mit elektrischer Energie zu versorgen. Das Anschlussgehäuse ist radial außerhalb der elektrischen Maschine angeordnet, und erhöht somit die Außenabmessungen des Hybridmoduls beträchtlich.
  • Die WO 2016/048650 A1 beschreibt ein Hybridantriebsmodul mit einem Drehmomentwandler und einer koaxial dazu angeordneten elektrischen Maschine. Ein elektrischer Leistungsanschluss zur Energieversorgung des Stators ist axial zwischen dem Drehmomentwandler und der elektrischen Maschine angeordnet. Dadurch wird die axiale Baulänge des Hybridantriebsmoduls vergrößert.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Hybridantriebsmodul bereitzustellen, welches sich durch kompakte Außenabmessungen auszeichnet.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Hybridantriebsmodul vorgeschlagen, welches einen Drehmomentwandler und eine koaxial dazu angeordnete elektrische Maschine aufweist. Die elektrische Maschine umfasst einen drehbaren Rotor und einen gegenüber einem Gehäuse drehfesten Stator. Das Hybridantriebsmodul weist einen elektrischen Leistungsanschluss auf, welcher als elektrische Schnittstelle zu AC-Anschlüssen eines Wechselrichters dient. Der Wechselrichter kann Bestandteil des Hybridantriebsmoduls sein, oder alternativ dazu als eigenständige Baugruppe ausgebildet sein. Zwischen dem Leistungsanschluss des Hybridmoduls und den AC-Anschlüssen des Wechselrichters können Verbindungselemente wie Kabel oder Stromschienen angeordnet sein. Der elektrische Leistungsanschluss ist mit Phasenanschlüssen des Stators elektrisch leitend verbunden, sodass vom Wechselrichter gesteuerter Wechselstrom über den Leistungsanschluss an den Phasenanschlüssen bereitgestellt werden kann.
  • Erfindungsgemäß ist der elektrische Leistungsanschluss zumindest abschnittsweise radial außerhalb eines Gehäuses des Drehmomentwandlers angeordnet. Durch eine solche Anordnung kann das Hybridantriebsmodul besonders kompakt ausgebildet werden, da für den elektrischen Leistungsanschluss keine eigene Bauteilebene bereitgestellt werden muss.
  • Vorzugsweise ist zwischen dem Drehmomentwandler und der elektrischen Maschine ein Lagerschild angeordnet. Das Lagerschild dient zur Abstützung eines Lagers am Gehäuse, und ist dazu mit dem Gehäuse drehfest verbunden. Alternativ dazu kann das Lagerschild Bestandteil des Gehäuses sein. Die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Phasenanschlüssen und dem elektrischen Leistungsanschluss reichen durch zumindest eine im Lagerschild ausgebildete Öffnung hindurch. Es kann eine gemeinsame Öffnung für jede der zu den üblicherweise drei Phasenanschlüssen vorgesehenen Verbindungen bereitgestellt sein. Alternativ dazu kann jeder Verbindung zwischen Phasenanschluss und elektrischem Leistungsanschluss eine eigene Öffnung im Lagerschild zugeordnet sein. Auch eine Zusammenfassung von genau zwei Phasen in einer Öffnung ist denkbar. Die Öffnung, bzw. die Öffnungen ermöglichen eine einfache Montage und erleichtern die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Phasenanschlüssen und dem elektrischen Leistungsanschluss.
  • Vorzugsweise ist jede der Phasenanschlüsse über eine Stromschiene mit dem elektrischen Leistungsanschluss elektrisch leitend verbunden. Durch die Kontaktierung mittels Stromschienen kann eine einfache Montage gewährleistet werden,
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest eine der Stromschienen mit einer Mutter verbunden, welche zusammen mit einer Schraube zur mechanischen Verbindung zwischen dem elektrischen Leistungsanschluss und der jeweiligen Stromschiene dient. Vorzugsweise ist dies für alle Stromschienen zwischen den Phasenanschlüssen und dem elektrischen Leistungsanschluss vorgesehen. Die Mutter ist dabei vorzugsweise an die jeweilige Stromschiene angenietet. Eine solche Konstruktion ermöglicht eine besonders einfache und fehlerarme Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem elektrischen Leistungsanschluss und den Stromschienen.
  • Vorzugsweise weist das Gehäuse des Drehmomentwandlers einen Bereich mit reduziertem Außendurchmesser auf. Unter „reduziert“ ist dabei im Vergleich zu einem Außendurchmesser eines Pumpenrads und/oder eines Turbinenrads des Drehmomentwandlers anzusehen. Der elektrische Leistungsanschluss ist zumindest abschnittsweise radial außerhalb dieses Bereichs angeordnet. In anderen Worten weist das Gehäuse des Drehmomentwandlers, welches üblicherweise mit dem Pumpenrad drehfest verbunden ist, eine gestufte Außenform auf. Durch eine solche Formgebung des Gehäuses des Drehmomentwandlers ist eine besonders kompakte Anordnung von Drehmomentwandler und elektrischem Leistungsanschluss möglich.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung ist innerhalb des Gehäuses des Drehmomentwandlers eine Kupplung angeordnet. Der elektrische Leistungsanschluss ist zumindest abschnittsweise radial außerhalb der Kupplung angeordnet. Zwischen der Kupplung und der Abtriebsnabe des Drehmomentwandlers ist vorzugsweise ein Torsionsschwingungsdämpfer angeordnet, besonders bevorzugt innerhalb des Gehäuses des Drehmomentwandlers. Der Torsionsschwingungsdämpfer kann in jenem Gehäusebereich angeordnet sein, dessen Durchmesser im Vergleich zum Außendurchmesser des Pumpenrads und/oder des Turbinenrads reduziert ist. Ferner kann innerhalb des Gehäuses des Drehmomentwandlers ein Drehschwingungstilger angeordnet sein. Der Drehschwingungstilger weist vorzugsweise einen größeren Durchmesser als der Torsionsschwingungsdämpfer und/oder der Kupplung auf.
  • Vorzugsweise ist der Rotor der elektrischen Maschine über ein festes Übersetzungsverhältnis mit dem Gehäuse des Drehmomentwandlers verbunden. Das feste Übersetzungsverhältnis kann den Wert Eins annehmen, sodass das Gehäuse des Drehmomentwandlers und der Rotor drehfest miteinander verbunden sind, beispielsweise über eine Nietverbindung. Alternativ dazu kann ein Übersetzungsgetriebe zwischen Rotor und Gehäuse des Drehmomentwandlers vorgesehen sein, beispielsweise ein Planetenradsatz. Mittels des Planetenradsatzes kann die Drehzahl des Rotors im Vergleich zur Drehzahl des Gehäuses des Drehmomentwandlers auf einfache Weise erhöht werden.
  • Vorzugsweise ist das Hybridantriebsmodul integraler Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Automatikgetriebes. Der Drehmomentwandler dient dabei als Anfahrelement eines mit dem Automatikgetriebe ausgestatteten Kraftfahrzeugs. Das ein- oder mehrteilige Gehäuse des Hybridantriebsmoduls beherbergt dabei Planetenradsätze und Schaltelemente, mittels denen eine Mehrzahl von Gängen zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Automatikgetriebes schaltbar sind. Die Antriebswelle ist mit der Abtriebsnabe des Drehmomentwandlers verbunden.
  • Alternativ dazu kann das Hybridantriebsmodul als eine eigenständige Einheit mit einer Schnittstelle zu einem Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe ausgebildet sein. Das Hybridantriebsmodul ist dabei von dem Automatikgetriebe lösbar.
  • Das Hybridantriebsmodul kann Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Die elektrische Maschine des Hybridantriebsmoduls kann zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und/oder zum Starten eines Verbrennungsmotors des Antriebsstrangs vorgesehen sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
    • 1 ein Hybridantriebsmodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; sowie
    • 2 und 3 je einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
  • 1 zeigt ein Hybridantriebsmodul 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Hybridantriebsmodul 1 weist einen Drehmomentwandler TC und eine koaxial dazu angeordnete elektrische Maschine EM auf. Ein Stator S der elektrischen Maschine EM ist drehfest an einem Gehäuse GG des Hybridantriebsmoduls 1 befestigt. Das Gehäuse GG ist topfförmig ausgebildet und weist ein Lagerschild LS auf. An dem Lagerschild LS ist eine Welle ZW drehbar gelagert. Die Welle ZW ist mit einem Planetenträger eines Planetenradsatzes PS verbunden. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes PS ist drehfest mit dem Lagerschild LS verbunden. Ein Hohlrad des Planetenradsatzes PS ist mit einem Rotorträger RT verbunden, auf dem ein Rotor R der elektrischen Maschine EM befestigt ist. Durch den Planetenradsatz PS besteht ein festes Übersetzungsverhältnis zwischen Rotor R und Welle ZW. Eine Anschlusswelle AN des Hybridantriebsmoduls 1 ist über eine Kupplung K0 mit der Welle ZW verbindbar.
  • Die Welle ZW ist über eine Nietverbindung mit einem Gehäuse TCG des Drehmomentwandlers TC verbunden. Am Innendurchmesser des Gehäuses TCG ist ein Pumpenrad P des Drehmomentwandlers TC befestigt, welches in bekannter Weise mit einem Leitrad L und einem Turbinenrad T des Drehmomentwandlers TC zusammenwirkt. Innerhalb des Gehäuses TCG sind ferner eine Kupplung WK, ein Torsionsschwingungsdämpfer TD und ein Drehschwingungstilger TI angeordnet. Kupplung WK und Torsionsschwingungsdämpfer TD sind in einem Bereich A1 des Drehmomentwandlers TC angeordnet, welcher einem im Vergleich zu einem Durchmesser des Pumpenrads P, des Turbinenrads T und des Drehschwingungstilgers TI verringerten Durchmesser aufweist. Eine Abtriebsnabe TA des Drehmomentwandlers TC ist mit dem Torsionsschwingungsdämpfer TD, dem Drehschwingungstilgers TI und mit einer Antriebswelle GW1 eines nicht näher dargestellten Automatikgetriebes verbunden.
  • Das Hybridantriebsmodul 1 weist einen elektrischen Leistungsanschluss AC auf. Über den elektrischen Leistungsanschluss AC sind drei Phasenanschlüsse des Stators S mit einem außerhalb des Hybridantriebsmoduls 1 angeordneten, in 1 nicht dargestellten Wechselrichter elektrisch leitend verbunden. Der elektrische Leistungsanschluss AC ist radial außerhalb des Gehäuses TCG des Drehmomentwandlers TC angeordnet. Die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Phasenanschlüssen des Stators S und dem elektrischen Leistungsanschluss AC erfolgt über Stromschienen BB, welche durch eine im Lagerschild LS ausgebildete Öffnung A hindurchreichen. Jede der Stromschienen BB ist mit einer Mutter BBN verbunden, welche zusammen mit je einer Schraube ACB zur mechanischen Verbindung zwischen dem elektrischen Leistungsanschluss AC und der jeweiligen Stromschiene BB dient. Die Mutter BBN ist an die jeweilige Stromschiene BB angenietet.
  • 2 zeigt einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor VM, das Hybridantriebsmodul 1 sowie ein Automatikgetriebe AT auf. Hybridantriebsmodul 1 und Automatikgetriebe AT sind voneinander getrennte Einheiten mit zumindest einer Schnittstelle, über welche das Hybridantriebsmodul 1 und das Automatikgetriebe AT miteinander verbindbar sind. Eine Hydraulikversorgung des Hybridantriebsmoduls 1 erfolgt vorzugsweise über eine Hydraulik des Automatikgetriebes AT. Abtriebsseitig ist das Automatikgetriebe AT mit einem Differentialgetriebe AG verbunden, beispielsweise über eine Kardanwelle. Mittels dem Differentialgetriebe AG wird die an einer Abtriebswelle des Automatikgetriebes AT anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt.
  • 3 zeigt einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, welcher im Wesentlichen dem in 2 dargestellten Antriebsstrang entspricht. Das Hybridantriebsmodul 1 und das Automatikgetriebe AT bilden nun eine gemeinsame Baueinheit. In anderen Worten ist das Hybridantriebsmodul 1 integraler Bestandteil des Automatikgetriebes AT.
  • Die in 2 und 3 dargestellten Antriebsstränge sind lediglich beispielhaft anzusehen. Statt dem dargestellten Aufbau mit längs zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang ist auch eine Verwendung in einem quer zur Fahrtrichtung ausgerichtetem Antriebsstrang denkbar. Das Differentialgetriebe AG kann in das Getriebe G integriert sein. Der Antriebsstrang mit dem Hybridantriebsmodul 1 ist auch für eine Allradanwendung geeignet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridantriebsmodul
    GG
    Gehäuse
    AC
    Elektrische Leistungsanschluss
    LS
    Lagerschild
    A
    Öffnung
    TC
    Drehmomentwandler
    TCG
    Gehäuse
    A1
    Bereich
    P
    Pumpenrad
    T
    Turbinenrad
    L
    Leitwelle
    WK
    Kupplung
    TD
    Drehschwingungsdämpfer
    TI
    Drehschwingungstilger
    TA
    Abtriebsnabe
    EM
    Elektrische Maschine
    S
    Stator
    BB
    Stromschiene
    BBN
    Mutter
    ACB
    Schraube
    R
    Rotor
    RT
    Rotorträger
    AN
    Anschlusswelle
    K0
    Kupplung
    PS
    Planetenradsatz
    ZW
    Welle
    GW1
    Antriebswelle
    AT
    Automatikgetriebe
    AG
    Differentialgetriebe
    DW
    Antriebsrad
  • 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
    • WO 2012/034031 A2 [0002]
    • WO 2016/048650 A1 [0003]

Claims (12)

  1. Hybridantriebsmodul (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Hybridantriebsmodul (1) einen Drehmomentwandler (TC) und eine koaxial dazu angeordnete elektrische Maschine (EM) mit einem drehbaren Rotor (R) und einem drehfesten Stator (S) aufweist, wobei Phasenanschlüsse des Stator (S) mit einem elektrischen Leistungsanschluss (AC) des Hybridantriebsmoduls (1) elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leistungsanschluss (AC) zumindest abschnittsweise radial außerhalb eines Gehäuses (TCG) des Drehmomentwandlers (TC) angeordnet ist.
  2. Hybridantriebsmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drehmomentwandler (TC) und der elektrischen Maschine (EM) ein Lagerschild (LS) angeordnet ist, wobei eine elektrisch leitende Verbindung zwischen jeder der Phasenanschlüsse und dem elektrischen Leistungsanschluss (AC) durch zumindest eine im Lagerschild (LS) ausgebildete Öffnung (A) hindurchreicht.
  3. Hybridantriebsmodul (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Phasenanschlüsse über eine Stromschiene (BB) mit dem elektrischen Leistungsanschluss (AC) elektrisch leitend verbunden ist.
  4. Hybridantriebsmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, bevorzugt jede der Stromschienen (BB) mit einer Mutter (BBN) verbunden ist, welche zusammen mit je einer Schraube (ACB) zur mechanischen Verbindung zwischen dem elektrischen Leistungsanschluss (AC) und der jeweiligen Stromschiene (BB) dient.
  5. Hybridantriebsmodul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (BBN) an die jeweilige Stromschiene (BB) angenietet ist.
  6. Hybridantriebsmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (TCG) des Drehmomentwandlers (TC) einen Bereich (A1) aufweist, dessen Außendurchmesser kleiner ist als ein Außendurchmesser eines Pumpenrads (P) und/oder eines Turbinenrads (T) des Drehmomentwandlers (TC), wobei der elektrische Leistungsanschluss (AC) zumindest abschnittsweise radial außerhalb dieses Bereichs (A1) angeordnet ist.
  7. Hybridantriebsmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (TCG) des Drehmomentwandlers (TC) eine Kupplung (WK) angeordnet ist, wobei der elektrische Leistungsanschluss (AC) zumindest abschnittsweise radial außerhalb der Kupplung (WK) angeordnet ist.
  8. Hybridantriebsmodul (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kupplung (WK) und einer Abtriebsnabe (TA) des Drehmomentwandlers (TC) ein Torsionsschwingungsdämpfer (TD) angeordnet ist.
  9. Hybridantriebsmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (TCG) ein Drehschwingungstilger (TI) ist.
  10. Hybridantriebsmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R) der elektrischen Maschine (EM) über ein festes Übersetzungsverhältnis mit dem Gehäuse (TCG) des Drehmomentwandlers (TC) verbunden ist.
  11. Hybridantriebsmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridantriebsmodul (1) entweder integraler Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Automatikgetriebes (AT) ist oder als eine eigenständige Einheit mit zumindest einer Schnittstelle zu einem Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe (AT) ausgebildet ist.
  12. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch ein Hybridantriebsmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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