DE102017219962A1 - Drehmomentwandler, Hybridantriebsmodul und Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Drehmomentwandler, Hybridantriebsmodul und Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Drehmomentwandler (TC) mit einem Gehäuse (TCG), wobei im Gehäuse (TCG) ein Ventil (V) vorgesehen ist, welches eine Offenstellung und eine Sperrstellung einzunehmen kann, wobei in der Offenstellung des Ventils (V) eine fluidische Verbindung zwischen einem vom Gehäuse (TCG) umschlossenen Innenraum (TCI) des Drehmomentwandlers (TC) und einer Außenumgebung (NR) des Drehmomentwandlers (TC) besteht, und in der Sperrstellung des Ventils (V) die fluidische Verbindung gesperrt ist; sowie Hybridantriebsmodul (1) mit einem solchen Drehmomentwandler (TC) und Antriebsstrang mit einem solchen Hybridantriebsmodul (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Drehmomentwandler sowie ein Hybridantriebsmodul für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Drehmomentwandler. 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 Patentanmeldung DE 101 28 424 A1 beschreibt ein Antriebssystem mit einem Drehmomentwandler und einer Elektromaschine. Zur Kühlung der Elektromaschine ist in einem Gehäuse des Antriebssystems eine Kühlmedium-Kanalanordnung vorgesehen. Mittels einer solchen Kühlvorrichtung kann einem Statorblechpaket der Elektromaschine Wärmeenergie auf einfache Weise entzogen werden. Eine unmittelbare Kühlung von Wickelköpfen der Elektromaschine ist aufgrund deren Geometrie jedoch nur mit hohem Aufwand umsetzbar.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels der die Kühlung beispielsweise einer elektrischen Maschine mit geringem Aufwand verbessert werden kann.
  • 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 Drehmomentwandler mit einem Gehäuse vorgeschlagen. Ein Drehmomentwandler umfasst üblicherweise ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, welche innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Das Pumpenrad kann mit dem Gehäuse fest verbunden sein. Gegebenenfalls umfasst der Drehmomentwandler auch ein Leitrad.
  • Erfindungsgemäß ist im Gehäuse des Drehmomentwandlers ein Ventil vorgesehen. Das Ventil kann eine Offenstellung und eine Sperrstellung einnehmen. In der Offenstellung gibt das Ventil eine fluidische Verbindung zwischen einem Innenraum des Drehmomentwandlers und einer Außenumgebung des Drehmomentwandlers frei, sodass Fluid aus dem Innenraum durch das Ventil in die Außenumgebung strömen kann. In der Sperrstellung versperrt das Ventil diese Verbindung.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Drehmomentwandler im Betrieb mit Hydraulikfluid gefüllt sind, und somit als Quelle zur Bereitstellung von Kühlöl dienen können. Da das Betriebsverhalten von Drehmomentwandlern jedoch stark vom im Innenraum vorliegenden Druck abhängt, ist ein wahlloses Abführen von Hydraulikfluid aus dem Innenraum jedoch unerwünscht. Durch Vorsehen eines Ventils kann das Abführen von Hydraulikfluid aus dem Innenraum jedoch beeinflusst werden, sodass eine gezielte Kühlung einer außerhalb des Drehmomentwandlers angeordneten Vorrichtung unter Aufrechterhaltung der Betriebsbereitschaft des Drehmomentwandlers möglich ist.
  • Vorzugsweise ist ein Kolben des Ventils mit einer Feder belastet, sodass das Ventil die fluidische Verbindung erst bei Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen Innenraum und Außenumgebung des Drehmomentwandlers freigibt. Der im Innenraum des Drehmomentwandlers anliegende Druck wirkt dabei gegen die Kraft der Feder. Durch eine derartige Konstruktion ist die Funktionsweise des Ventils auf einfache Weise steuerbar. Denn üblicherweise umfasst ein Antriebsystem mit Drehmomentwandler ohnehin eine hydraulische Steuereinheit zur Einstellung des Drucks im Inneren des Drehmomentwandlers. Eine separate Steuervorrichtung zur Steuerung des Ventils ist somit nicht erforderlich.
  • Vorzugsweise ist das Ventil als Sitzventil ausgebildet. Die Feder des Ventils ist dazu eingerichtet, den Kolben gegen einen Sitz des Ventils zu drücken, sodass das Ventil die Sperrstellung einnimmt. Der im Innenraum des Drehmomentwandlers vorliegende Druck wirkt auf zumindest einen Abschnitt des Kolbens. Erreicht die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und der Außenumgebung des Drehmomentwandlers einen Grenzwert, so wird der Kolben gegen die Kraft der Feder vom Sitz gehoben, sodass die fluidische Verbindung freigegeben wird. Ein solcher Aufbau des Ventils ist einfach herzustellen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Ventil eine hydraulische Blende auf. Dadurch kann das aus dem Innenraum in die Außenumgebung austretende Hydraulikfluid zerstäubt werden. Eine solche Zerstäubung bewirkt eine besonders effiziente Kühlung.
  • Vorzugsweise ist das Ventil in einer radial äußeren Hälfte des Drehmomentwandlers angeordnet. Ist der Drehmomentwandler mit dem Ventil zur Kühlung einer elektrischen Maschine vorgesehen, so ist die Anordnung des Ventils nahe zu den elektromagnetisch aktiven Elementen der elektrischen Maschine vorteilhaft. Die Anordnung des Ventils in der radial äußeren Hälfte des Drehmomentwandlers ist für diese Anwendung gut geeignet.
  • Ein solcher Drehmomentwandler eignet sich besonders zur Anwendung in einem Hybridantriebsmodul für ein Kraftfahrzeug, um die Kühlung einer elektrischen Maschine des Hybridantriebsmoduls zu verbessern. Vorzugsweise ist eine Austrittsöffnung des Ventils auf die elektrische Maschine gerichtet. Dadurch kann der Aufbau des Ventils einfach gehalten werden, da keine Umlenkung des aus dem Ventil austretenden Hydraulikfluids erforderlich ist.
  • Durch das Ventil kann Hydraulikfluid aus dem Inneren des Drehmomentwandlers zur elektrischen Maschine geführt werden um diese zu kühlen. Eine solche Kühlung weist eine besonders effiziente Kühlwirkung auf, und kann alternativ oder ergänzend zu einem separaten Kühlmantel der elektrischen Maschine verwendet werden.
  • Vorzugsweise ist das Ventil derart ausgerichtet, dass aus dem Ventil austretendes Hydraulikfluid zu einem Wickelkopf eines Stators der elektrischen Maschine gelangt. Eine derartige direkte Kühlung des Wickelkopfs kann die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine erhöhen, da am Wickelkopf besonders hohe Verlustleistung in Form von Wärme anfallen kann. Durch eine direkte Kühlung des Wickelkopfs kann beispielsweise eine maximale Dauerleistung der elektrischen Maschine 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 einer Abtriebsnabe des Drehmomentwandlers verbunden. Anstelle der Planetenradsätze und Schaltelemente kann das Automatikgetriebe auch ein Reibradgetriebe mit verschiebbaren Rädern umfassen, mittels dem das Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle stufenlos veränderbar ist.
  • 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 einen Drehmomentwandler gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung als Bestandteil eines Hybridantriebsmodul;
    • 2 eine Detailansicht des Hybridantriebsmoduls; sowie
    • 3 und 4 je einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
  • 1 zeigt ein Hybridantriebsmodul 1. Das Hybridantriebsmodul 1 umfasst ein Gehäuse GG, innerhalb dem eine elektrische Maschine EM mit einem gegenüber dem Gehäuse GG drehfesten Stator S und einem drehbaren Rotor R angeordnet ist. Das Hybridantriebsmodul 1 weist einen Drehmomentwandler TC auf. Ein Pumpenrad P des Drehmomentwandlers TC ist mit einem Gehäuse TCG des Drehmomentwandlers TC fest verbunden. Ein Leitrad L des Drehmomentwandlers TC ist über einen Freilauf in einer Drehrichtung drehfest abgestützt. Ein Turbinenrad T des Drehmomentwandlers TC ist über einen Drehschwingungstilger TI mit einer Abtriebsnabe TA des Drehmomentwandlers TC verbunden. Die Abtriebsnabe TA ist mit einer Antriebswelle GW1 eines nicht näher dargestellten Automatikgetriebes verbunden. Innerhalb des Gehäuses TCG ist ferner eine Kupplung WK angeordnet. Durch Schließen der Kupplung WK ist das Gehäuse TCG mit einer Hälfte eines Torsionsschwingungsdämpfers TD2 verbindbar. Eine andere Hälfte des Torsionsschwingungsdämpfers TD2 ist mit der Abtriebsnabe TA verbunden.
  • Der Rotor R der elektrischen Maschine EM ist auf einem Rotorträger RT angeordnet, welcher über eine Schraubverbindung mit einer Nabe N fest verbunden ist. Die Nabe N ist über einen Innenring eines ersten Lagers L1 drehbar gelagert. Das erste Lager L1 ist als einreihiges Rillenkugellager ausgebildet, und ist dazu eingerichtet die Nabe N sowohl in radialer als auch in axialer Richtung abzustützen. Ein Außenring des ersten Lagers L1 ist an einem Lagerschild LS abgestützt. Das Lagerschild LS ist am Gehäuse GG befestigt, und dient zudem der unmittelbaren Befestigung des Stators S der elektrischen Maschine EM. Das Lagerschild LS dient somit als Statorträger.
  • Das Lagerschild LS trennt einen Nassraum NR des Hybridantriebsmoduls 1 von einem Trockenraum TR. Die Abdichtung des Nassraums NR zum Trockenraum TR erfolgt über einen Dichtring DR, welcher unmittelbar neben dem ersten Lager L1 angeordnet ist. Der Nassraum NR bildet die Außenumgebung des Drehmomentwandlers TC.
  • Die Nabe N weist eine drehmomentübertragende Schnittstelle SP1 zu einer Sekundärseite TD1ab eines Torsionsschwingungsdämpfers TD1 auf. Sowohl die Schnittstelle SP1 als auch der Torsionsschwingungsdämpfer TD1 sind im Trockenraum TR des Hybridantriebsmoduls 1 angeordnet. Die Schnittstelle SP1 ist als Steckverzahnung ausgebildet. Eine Primärseite TD1an des Torsionsschwingungsdämpfers TD1 ist über eine Schraubverbindung an eine Kurbelwelle KW eines nicht näher dargestellten Verbrennungsmotors anschließbar. Der Verbrennungsmotor ist nicht Bestandteil des Hybridantriebsmoduls 1. Der Torsionsschwingungsdämpfer TD1 ist neben seiner Funktionsweise zur Dämpfung von Drehschwingungen ferner dazu eingerichtet, einen radialen Versatz der Drehachsen von Primärseite TD1an und Sekundärseite TD1ab auszugleichen.
  • Die Nabe N ist über eine Nietverbindung RI mit dem Gehäuse TCG des Drehmomentwandlers TC drehfest verbunden. Die Nietverbindung RI ist als Durchstellnietverbindung ausgeführt, sodass keine Durchgangsbohrungen im Gehäuse TCG erforderlich sind. Durch die Nietverbindung RI ist gewährleistet, dass der Verbund aus Nabe N, Rotorträger RT, Rotor R und Gehäuse TCG die gleiche Drehachse aufweisen. Dieser Verbund ist über das erste Lager L1 und ein zweites Lager L2 gelagert. Das zweite Lager L2 ist an einem zweiten Lagerschild LS2 des Hybridantriebsmoduls 1 abgestützt. Das zweite Lager L2 ist als Nadellager ausgebildet. Das zweite Lagerschild LS2 ist mit dem Gehäuse GG verbunden. Die Abstützung des Leitrads L erfolgt ebenso über das zweite Lagerschild LS2.
  • Im Gehäuse TCG des Drehmomentwandlers TC ist ein Ventil V angeordnet, welches dazu eingerichtet ist eine fluidische Verbindung zwischen einem Innenraum TCI des Drehmomentwandlers TC und dem Nassraum NR freizugeben oder zu verschließen.
  • 2 zeigt eine Detailansicht des in 1 dargestellten Hybridantriebsmoduls 1, in der das Ventil V näher dargestellt ist. Das Ventil V ist als federbelastetes Sitzventil ausgeführt. Das Gehäuse TCG des Drehmomentwandlers TC weist eine Öffnung A auf, in der eine Hülse H des Ventils V eingesetzt ist. Die Öffnung A wird durch die Hülse H des Ventils V verschlossen. In der Hülse H stützt sich eine Feder F ab, welche einen Kolben VK in Richtung eines Ventilsitzes VS drückt. Der Ventilsitz VS wird von der Hülse H gehalten. Der Ventilsitz VS weist zwei Öffnungen auf, über die der im Innenraum TCI des Drehmomentwandlers TC wirkende Druck auf den Kolben VK wirkt. Ist die Druckdifferenz zwischen Innenraum TCI und Nassraum NR groß genug, so wird der Kolben VK gegen die Kraft der Feder F verschoben, sodass der Kolben VK vom Ventilsitz VS abhebt. Dadurch kann Hydraulikfluid aus dem Innenraum TCI des Drehmomentwandlers TC in den Nassraum NR strömen. Durch eine hydraulische Blende B wird das aus dem Innenraum TCI austretende Hydraulikfluid zerstäubt, und gelangt als Sprühnebel auf einen Wickelkopf W des Stators S. Eine Austrittsöffnung V1 des Ventils V ist dabei zum Rotor R hin ausgerichtet.
  • 3 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.
  • 4 zeigt einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, welcher im Wesentlichen dem in 3 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 3 und 4 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
    EM
    Elektrische
    S
    Stator
    R
    Rotor
    RT
    Rotorträger
    NR
    Nassraum, Außenumgebung des Drehmomentwandlers TC
    TR
    Trockenraum
    DR
    Dichtring
    N
    Nabe
    NZ
    Verzahnung
    SP1
    Schnittstelle
    L1
    Erstes Lager
    LS
    Lagerschild
    L2
    Zweites Lager
    LS
    Zweites Lagerschild
    TC
    Drehmomentwandler
    TCI
    Innenraum
    TCG
    Wandlergehäuse
    A
    Öffnung
    P
    Pumpenrad
    L
    Leitrad
    T
    Turbinenrad
    V
    Ventil
    V1
    Austrittsöffnung
    B
    Blende
    VK
    Kolben
    VS
    Ventilsitz
    F
    Feder
    WK
    Kupplung
    TI
    Drehschwingungstilger
    TD3
    Torsionsschwingungsdämpfer
    RI
    Nietverbindung
    TD1
    Torsionsschwingungsdämpfer
    TD1an
    Primärseite
    TD1ab
    Sekundärseite
    KW
    Kurbelwelle
    VM
    Verbrennungsmotor
    VA
    Versatzausgleichselement
    VA1
    Erste Hälfte
    VA2
    Zweite Hälfte
    VAZ
    Verzahnung
    SZ
    Schraube
    FP
    Flexplate
    TDV
    Torsionsschwingungsdämpfer
    TIV
    Drehschwingungstilger
    AT
    Automatikgetriebe
    GW1
    Antriebswelle
    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
    • DE 10128424 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Drehmomentwandler (TC) mit einem Gehäuse (TCG), dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (TCG) ein Ventil (V) vorgesehen ist, wobei das Ventil (V) dazu eingerichtet ist eine Offenstellung und eine Sperrstellung einzunehmen, wobei in der Offenstellung des Ventils (V) eine fluidische Verbindung zwischen einem vom Gehäuse (TCG) umschlossenen Innenraum (TCI) des Drehmomentwandlers (TC) und einer Außenumgebung (NR) des Drehmomentwandlers (TC) besteht, und in der Sperrstellung des Ventils (V) die fluidische Verbindung gesperrt ist.
  2. Drehmomentwandler (TC) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben (VK) des Ventils (V) mittels einer Feder (F) belastet ist, sodass bei Erreichen oder Überschreiten einer Druckdifferenz zwischen Innenraum (TCI) und Außenumgebung (NR) das Ventil (V) gegen die Kraft der Feder (F) aus der Sperrstellung in die Offenstellung überführbar ist.
  3. Drehmomentwandler (TC) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (V) als Sitzventil ausgebildet ist, wobei die Feder (F) dazu eingerichtet ist den Kolben (VK) des Ventils (V) gegen einen Ventilsitz (VS) zu drücken.
  4. Drehmomentwandler (TC) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (V) eine hydraulische Blende (B) aufweist, welche dazu eingerichtet ist aus dem Innenraum (TCI) durch das Ventil (V) austretendes Fluid zu zerstäuben.
  5. Drehmomentwandler (TC) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (V) in einer radial äußeren Hälfte des Drehmomentwandlers (TC) angeordnet ist.
  6. Hybridantriebsmodul (1) für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridantriebsmodul (1) eine elektrische Maschine (EM) sowie einen Drehmomentwandler (TC) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
  7. Hybridantriebsmodul (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Austrittsöffnung (V1) des Ventils (V) auf die elektrische Maschine (EM) gerichtet ist.
  8. Hybridantriebsmodul (1) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (V) derart angeordnet ist, dass aus dem Innenraum (TCI) des Drehmomentwandlers (TC) durch das Ventil (V) austretendes Fluid zu einem Wickelkopf (W) eines Stators (S) der elektrischen Maschine (EM) gelangt.
  9. 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 dem Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe (AT) ausgebildet ist.
  10. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch ein Hybridantriebsmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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