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Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Drehmomentaufnahme zur Aufnahme eines Drehmoments von einer elektrischen Maschine;
- - eine trockene Lamellenkupplung mit zwei Lamellenkörben, wobei in den Außenkorb zumindest eine Außenlamelle und in den Innenkorb eine zu der Anzahl der Außenlamellen korrespondierende Anzahl von Innenlamellen axial bewegbar eingehängt sind, sodass sie ein Lamellenpaket bilden,
wobei zum Übertragen eines Drehmoments das Lamellenpaket axial verpressbar ist, wobei im Lamellenpaket die zumindest eine Außenlamelle und die korrespondierende Anzahl von Innenlamellen mittels paarig einander zugewandten Reibflächen eine Mehrzahl von Reibpaarungen bilden. Das Hybridmodul ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Gegenlamellen eine Mehrzahl von mechanisch abgesetzten Zahnflanschen aufweist, wobei die Zahnflansche derart abgesetzt sind, dass eine axiale Relativbewegung relativ zu der Reibfläche ermöglicht ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrang mit einem solchen Hybridmodul und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
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Aus dem Stand der Technik sind Hybridmodule bekannt, welche dazu eingerichtet sind, ein Drehmoment einer (zusätzlichen) elektrischen Maschine in den (konventionellen) Antriebsstrang, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Antriebswelle und ein Getriebe mit einer Getriebewelle, einzukuppeln. Das Hybridmodul umfasst einen Anschluss für oder umfasst die (zusätzliche) elektrische Maschine und eine Reibkupplung zum lösbaren Einkuppeln der elektrischen Maschine für eine Drehmomentübertragung. Die elektrische Maschine ist beispielsweise wie eine Lichtmaschine, beispielsweise diese ersetzend, abweichend von, meist achsparallel zu, der Motorachse der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und mittels eines Zugmitteltriebs, beispielsweise ein (Keil-) Riementrieb, mit der Getriebewelle und/oder der Antriebswelle verbunden, wobei die Reibkupplung zwischengeschaltet ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die elektrische Maschine koaxial zu der Motorachse, also fluchtend mit der Antriebswelle, angeordnet, wobei die Reibkupplung verbunden mit dem Rotor der elektrischen Maschine im Zentrum der elektrischen Maschine angeordnet ist.
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In einer Konfiguration, bei welcher die Reibkupplung mit der Antriebswelle lösbar verbunden ist, wird diese Reibkupplung auch als KO [Kupplung-Null] bezeichnet. In einer Konfiguration, bei welcher die Reibkupplung mit der Getriebewelle lösbar verbunden ist, wird diese Reibkupplung auch als K1 [Kupplung-Eins] bezeichnet. Mit der elektrischen Maschine ist ein Drehmoment auf die Antriebswelle und/oder auf die Getriebewelle übertragbar, wodurch ein von der Antriebswelle abgegebenes Drehmoment überlagerbar ist, also ein sogenanntes Boosten stattfindet. In einigen Anwendungen ist auch ein Anlassen der Verbrennungskraftmaschine, also ein Anschleppen der Antriebswelle aus dem Stand, mittels der elektrischen Maschine ermöglicht. Damit ist es möglich, auf den bisher eingesetzten Anlasser und Anlasserzahnkranz zu verzichten. Weiterhin ist bei einigen Anwendungen die elektrische Maschine als Generator betreibbar, also zur Umwandlung eines von außen eingegebenen Drehmoments in elektrische Energie eingerichtet. Das von außen eingebrachte Drehmoment wird von dem Getriebe, also zur Rekuperation, oder der Verbrennungskraftmaschine eingebracht, wobei die elektrische Energie direkt oder über einen Speicher an einen elektrischen Verbraucher abgebbar ist.
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In einigen Anwendungen ist eine weitere elektrische Maschine als elektrischer Antriebsmotor vorgesehen, mittels welchem ein (beispielsweise rein) elektrisches Fahren möglich ist. Dieser elektrische Antriebsmotor gibt ein Drehmoment parallel zu der Verbrennungskraftmaschine oder alleine an das Getriebe ab. Letzteres wird als rein elektrisches Fahren bezeichnet. Die Verbrennungskraftmaschine dient dann als Energiequelle, beispielsweise als sogenannter Range-Extender, wenn die elektrischen Speicher nicht mehr ausreichend Energie bereithalten. Dies geschieht in Form einer Drehmomentabgabe an das Getriebe und/oder ein Aufladen des elektrischen Speichers über die elektrische Maschine des Hybridmoduls. Sollen die entsprechenden Schaltzustände der Verbrennungskraftmaschine beide separat zur Verfügung stehen, wird sowohl eine K0-Kupplung als auch eine K1-Kupplung benötigt, wobei die Reibkupplung des Hybridmoduls dann die K0-Kupplung bildet und die K1-Kupplung im Drehmomentstrang ausgehend von der Antriebswelle hin zu dem Getriebe dem Hybridmodul nachgeschaltet ist.
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In vielen Anwendungen ist es erwünscht, die Reibkupplung des Hybridmoduls mit einem geringen Außendurchmesser auszuführen. Um dennoch erforderliche Drehmomente übertragen zu können, wird daher bevorzugt eine Lamellenkupplung eingesetzt, wobei bevorzugt eine trockene Lamellenkupplung eingesetzt wird, welche einfacher in der Umsetzung und eine ausreichende Verschleißresistenz für den Anwendungsfall aufweist. Zudem ist in der Regel der Wirkungsgrad aufgrund der geringeren mitrotierenden Masse im Vergleich zu einer nassen Lamellenkupplung, bei welcher die Kühlflüssigkeit mitgeschleppt wird, höher.
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Eine Lamellenkupplung weist zumindest eine Reiblamelle und eine korrespondierende Anzahl von Gegenlamellen auf. Die Anzahl der Gegenlamellen bestimmt sich durch die Bauart der Lamellenkupplung. Eine Reiblamelle weist in der Regel in axialer Richtung links und rechts jeweils eine Reibfläche auf, welche mit einer Reibfläche der Gegenlamellenseite in verpressten Kontakt bringbar sein soll. Die Reiblamellen sind dazu in einen Lamellenkorb, beispielsweise den sogenannten Außenkorb, axial verschiebbar eingehängt. Die Gegenlamellen sind in einen weiteren Lamellenkorb, entsprechend beispielsweise dem sogenannten Innenkorb, axial verschiebbar eingehängt. Die Reiblamellen sollen also links und rechts in axialer Richtung mit einer korrespondierenden Reibfläche in Kontakt bringbar sein. Dazu ist an einer Außenseite, beispielsweise links der von links nach rechts ersten Reiblamelle, eine Anpressplatte beziehungsweise Anpresslamelle vorgesehen, welche auf der der ersten Reiblamelle zugewandten Seite, entsprechend beispielsweise rechts, eine erste (gegenlamellenseitige) Reibfläche und auf der gegenüberliegenden Seite, entsprechend beispielsweise links, eine Kraftangriffsfläche für ein Einleiten einer Anpresskraft aufweist. An der anderen Außenseite, beispielsweise rechts der von links nach rechts letzten Reiblamelle, ist eine korrespondierende gegenlamellenseitige Reibfläche von dem gegenlamellenseitigen Lamellenkorb, beispielsweise dem Innenkorb, selbst gebildet. Bei einer solchen Konfiguration resultiert eine korrespondierende Anzahl (n-1) von (beidseitig Reibflächen aufweisenden) Gegenlamellen um eins geringer als die Anzahl (n) der Reiblamellen. Es sind aber auch andere Konfigurationen möglich, wobei mit einer möglichst geringen Anzahl von Lamellen eine möglichst hohe Anzahl von Reibpaarungen angestrebt werden sollte.
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Zum Übertragen eines Drehmoments werden die Lamellen des Lamellenpakets axial miteinander verpresst und so ist reibschlüssig ein Drehmoment übertragbar, welches in erster Näherung dem Produkt aus dem mittleren Radius der Reibflächen, der Anpresskraft, dem Reibkoeffizienten und der Anzahl von Reibpaarungen entspricht. Beispielsweise wird die Anpresskraft bereitgestellt, indem ein Zentralausrücker im Zentrum der Lamellenkörbe eine Membranfeder, auch vereinfacht als Tellerfeder bezeichnet, aus einer ausgelenkten Lage in eine eingerückte Lage infolge eines Ausrückens freilässt, sodass die Federkraft der Membranfeder auf die Anpressplatte oder Anpresslamelle aufgegeben wird. Dabei sind unter Umständen weitere Elemente axial zwischengeschaltet, wie beispielsweise eine Modulationsfeder und/oder ein Anpresstopf, wobei der Anpresstopf bevorzugt zugleich das Übertragungselement zwischen dem Zentralausrücker und der Membranfeder und/oder zwischen der Membranfeder und der Modulationsfeder bildet.
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Soll kein Drehmoment übertragen werden, werden die Lamellen des Lamellenpakets axial voneinander beabstandet, beispielsweise indem der Zentralausrücker die Membranfeder auslenkt und somit die Einleitung der Federkraft von der Membranfeder auf das Lamellenpaket unterbindet. Die Lamellen beabstanden sich nach Art einer Rutschkupplung selbsttätig infolge gegenläufig anliegender Drehmomente oder werden von einer Federeinrichtung aktiv voneinander getrennt. Ein Trennen bedeutet, dass tatsächlich dann kein Kontakt mehr vorliegt, also auch kein Drehmoment übertragbar ist, oder dass die verbleibende axiale Kraft in Richtung der das Lamellenpaket verpressenden Federkraft derart gering ist, dass das noch immer übertragbare Schleppmoment vernachlässigbar oder zumindest für die Gegenkräfte im System ausreichend gering ist. Beispielsweise ist das dann übertragbare Drehmoment derart gering, dass die elektrische Maschine von dem übertragbaren Drehmoment nicht in Rotation versetzbar ist.
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Ein Lamellenkorb, auch als Lamellentopf bezeichnet, ist mit einer Wellennabe verbunden oder bildet einstückig eine solche Wellennabe, sodass dieser Lamellenkorb mit der Antriebswelle und/oder Getriebewelle dauerhaft drehmomentübertragend verbindbar ist. Beispielsweise ist dies der Außenkorb. Der andere Lamellenkorb ist mit einer Drehmomentaufnahme verbunden, entsprechend beispielsweise der Innenkorb, wobei die Drehmomentaufnahme eine Zugmittelscheibe oder ein Rotor beziehungsweise eine Rotoranbindung ist. Die Drehmomentaufnahme ist bevorzugt sowohl zur Aufnahme als auch zur Abgabe eines Drehmoments eingerichtet, sodass sowohl beispielsweise ein Boosten, also eine Drehmomentaufnahme von der elektrischen Maschine an die Lamellenkupplung, als auch ein Generatorbetrieb, also eine Drehmomentabgabe an die elektrische Maschine von der Lamellenkupplung ermöglicht ist.
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Vorliegend soll eine trockene Lamellenkupplung aufgefunden werden, welche bei geringen axialen Kräften zum Verpressen des Lamellenpakets ein Übertragen eines hohen Drehmoments auf geringem Bauraum ermöglicht.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Antriebswellenanschluss zur Aufnahme eines Drehmoments;
- - einen Getriebewellenanschluss zur Abgabe eines Drehmoments;
- - eine Drehmomentaufnahme zur Aufnahme eines Drehmoments von einer elektrischen Maschine;
- - eine trockene Lamellenkupplung mit zwei Lamellenkörben, nämlich einem Außenkorb und einem Innenkorb, wobei in den Außenkorb zumindest eine Außenlamelle und in den Innenkorb eine zu der Anzahl der Außenlamellen korrespondierende Anzahl von Innenlamellen axial bewegbar eingehängt sind, sodass die zumindest eine Außenlamelle und die korrespondierende Anzahl von Innenlamellen ein Lamellenpaket bilden,
wobei zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der Drehmomentaufnahme und dem Antriebswellenanschluss und/oder dem Getriebewellenanschluss, das Lamellenpaket axial verpressbar ist, wobei ein Übertragen eines solchen Drehmoments im unverpressten Zustand des Lamellenpakets unterbrochen oder auf ein ausreichend geringes Schleppmoment reduziert ist,
wobei im Lamellenpaket die zumindest eine Außenlamelle und die korrespondierende Anzahl von Innenlamellen als Reiblamelle und Gegenlamelle ausgebildet sind, welche mittels paarig einander zugewandten Reibflächen eine Mehrzahl von Reibpaarungen bilden.
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Das Hybridmodul ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Gegenlamellen eine Mehrzahl von mechanisch abgesetzten Zahnflanschen aufweist, mittels welcher allein die Gegenlamelle mit dem korrespondierenden Lamellenkorb in Eingriff steht, wobei die Zahnflansche derart abgesetzt sind, dass eine axiale Relativbewegung relativ zu der Reibfläche ermöglicht ist.
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Es wird hier auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das Hybridmodul in der Regel nicht insgesamt rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse ausgebildet ist. Die Rotationsachse ist lediglich jene Achse, um welche ein Drehmoment an die Antriebswelle und/oder Getriebewelle abgebbar ist beziehungsweise von welcher ein Drehmoment aufnehmbar ist. Beispielsweise bei einer achsparallelen Anordnung der elektrischen Maschine weist diese eine zu der Rotationsachse parallele Drehmomentachse auf. Dann ist die Zugmittelscheibe und die zentral darin angeordnete trockene Lamellenkupplung rotationssymmetrisch oder zumindest ausgewuchtet zu der Rotationsachse ausgebildet. Im Weiteren wird die trockene Lamellenkupplung verkürzt nur noch als Lamellenkupplung bezeichnet.
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Das Hybridmodul ist beispielsweise für einen konventionellen Antriebsstrang mit einem konventionellen Antriebsaggregat, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine, und einem konventionellen Verbraucher, beispielsweise einer Vortriebeinrichtung, beispielsweise Antriebsräder eines Kraftfahrzeugs, eingerichtet. Alternativ ist das Hybridmodul in einem voll-elektrischen Antriebsstrang einsetzbar, wobei der Antriebswellenanschluss dann an die Rotorwelle (Antriebswelle) einer (weiteren) elektrischen Maschine, welche einen Antriebsmotor bildet, anstelle einer Verbrennungskraftmaschine anschließbar ist. Besonders bei Kraftfahrzeugen ist der zur Verfügung stehende Bauraum gering und die Leistungsanforderungen sowie die Anforderungen an den Wirkungsgrad sehr hoch. Zudem werden in einer solchen Anwendung strenge Vorgaben hinsichtlich der Wartbarkeit und Montierbarkeit vorgegeben. Das hier vorgeschlagene Hybridmodul ist ganz besonders geeignet beispielsweise in einen konventionellen, nicht elektrifizierten, Antriebsstrang eingesetzt zu werden, wobei das Hybridmodul ohne zusätzliche oder mit nur geringer zusätzlicher Bauraumforderung in dem konventionellen Antriebsstrang einsetzbar ist.
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Das Hybridmodul weist einen Antriebswellenanschluss auf, beispielsweise einen Zahnring, bevorzugt mit einer (Außen-) Steckverzahnung, welche mittelbar oder unmittelbar mit einer Antriebswelle einer Antriebsmaschine, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine oder einem elektrischen Antriebsmotor, dauerhaft drehmomentübertragend verbindbar ist. In einer mittelbaren Verbindung von Zahnring und Antriebswelle ist beispielsweise eine korrespondierende Zahnaufnahme von einem Schwungrad, bevorzugt einem Zweimassenschwungrad, gebildet, wobei dieses Schwungrad zwischen die Antriebswelle und das Hybridmodul zwischengeschaltet ist. Somit wird lediglich ein vergleichsmäßigtes Drehmoment von der Antriebswelle auf das Hybridmodul übertragen. Übermäßige Drehmomentschwankungen werden also mittels des Schwungrads beziehungsweise des Zweimassenschwungrads herausgedämpft oder zeitverzögert, und damit gleichmäßiger, übertragen.
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Weiterhin weist das Hybridmodul einen Getriebewellenanschluss auf, welcher mit der Getriebewelle eines Getriebes des Antriebsstrangs drehmomentübertragend verbindbar ist. Ein solcher Getriebewellenanschluss ist beispielsweise als Wellennabe, bevorzugt mit einer (Innen-) Steckverzahnung, ausgebildet, welche mit einer entsprechenden Nabenaufnahme mittels axialen Ineinandersteckens dauerhaft drehmomentübertragend verbindbar ist. Ist die Lamellenkupplung des Hybridmoduls als K0-Kupplung eingerichtet, so ist zwischen der Getriebewelle und dem Getriebewellenanschluss in vielen Fällen weiterhin eine K1-Kupplung vorgesehen, sodass der Getriebewellenanschluss lediglich mittelbar mit einer Getriebewelle verbunden ist. Das Getriebe ist die drehmomentübertragende Verbindung zu einem Verbraucher, bei einem Kraftfahrzeug unter anderem beispielsweise die Antriebsräder für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs, wobei oftmals ein Übersetzungsgetriebe, beispielsweise ein Schaltgetriebe oder ein kontinuierlich veränderbares Getriebe (CVT: continuous variable transmission), angeordnet ist.
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Des Weiteren weist das Hybridmodul eine Drehmomentaufnahme auf, über welche eine Drehmomentübertragung zwischen der elektrischen Maschine für das Hybridmodul und der Lamellenkupplung bereitgestellt ist. Die Drehmomentaufnahme ist beispielsweise ein Zugmittelscheibe, auf welche also ein Zugmittel, beispielsweise ein Keilriemen, aufspannbar ist, sodass eine Zugkraft des Zugmittels als Drehmoment auf die Zugmittelscheibe übertragbar ist. In einer anderen Ausführungsform ist die Drehmomentaufnahme mit dem Rotor und der elektrischen Maschine für das Hybridmodul verbunden, sodass die magnetische Antriebskraft des Stators direkt auf die Lamellenkupplung mittels der Drehmomentaufnahme übertragbar ist. Die Drehmomentaufnahme ist bei dieser Ausführungsform beispielsweise als Rotorträger oder als der (gesamte) Rotor ausgebildet.
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Die Lamellenkörbe der Lamellenkupplung bilden ein Paar der Drehmomentübertragung und verbinden die Aufgabe einer zuverlässigen Drehmomentübertragung mit der Aufgabe, die jeweiligen (Reib-) Lamellen axial verschiebbar zu halten. Die beiden Lamellenkörbe überlappen sich axial, wobei der Innenkorb radial innerhalb des Außenkorbs angeordnet ist. In dem Innenkorb sind Innenlamellen aufgehängt, das heißt die Innenlamellen weisen an ihrem Innenumfang eine Anbindung zu dem Innenkorb auf, sodass deren Reibflächenbereich axial bewegbar und zugleich drehmomentübertragend in den Innenkorb eingehängt ist. Gemäß einer üblichen Ausführungsform weisen die Innenlamellen eine Innenverzahnung auf, wobei eine Mehrzahl von Zahnflanschen mit einer korrespondierenden Anzahl von Zahnaufnahmen, welche an einem entsprechenden Außenumfang des Innenkorbs gebildet ist, axial verschiebbar eingehängt sind. Bei dieser Ausführungsform ist ein Drehmoment mittels eines Anliegens der Zahnflansche an der Zahnaufnahme in Umfangsrichtung übertragbar. Um sicherzustellen, dass die Innenlamellen axial verschiebbar sind, ist eine Spielpassung vorgesehen, sodass bei einem anliegenden Drehmoment in der einen (Umfangs-) Richtung, beispielsweise einem sogenannten Schubmoment ausgehend von der Antriebswelle, beispielsweise im Uhrzeigersinn, an der Zahnaufnahme anliegen. Bei einer umgekehrten Drehmomentübertragungsrichtung, entsprechend beispielsweise bei einem sogenannten Schleppmoment, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, beispielsweise ausgehend von der elektrischen Maschine für das Hybridmodul, also von der Drehmomentaufnahme, in der jeweils anderen Umfangsrichtung an der Zahnaufnahme anliegen.
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Gleiches gilt für den Außenkorb. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Außenkorb entsprechend mit einer nach radial innen gerichteten Zahnaufnahme für die Außenlamellen mit einer entsprechenden Außenverzahnung am Außenumfang der Außenlamellen eingerichtet, wobei hier ebenfalls eine Spielpassung und ein wechselseitiges Anliegen der (Außen-) Zahnflansche der Außenlamellen bei einem Schubmoment im Vergleich zu einem Schleppmoment vorliegt.
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Die Außenlamellen und Innenlamellen sind wie eingangs beschrieben eingerichtet, und zum Übertragen eines Drehmoments von außen beispielsweise mittels einer Membranfeder, axial verpressbar, umso eine reibschlüssige Kraftübertragung zwischen den jeweils entstehenden Reibpaarungen zwischen Außenlamelle und Innenlamelle zu bilden. Das Lamellenpaket ist (1) normal geschlossen oder (2) normal geöffnet ausgebildet, also ohne äußere Kraftaufwendungen, beispielsweise von einem Zentralausrücker, in Fall (1) geschlossen, sodass ein Drehmoment in gewünschter Nennhöhe (Nennmoment) übertragbar ist. Erst bei Aufwendung einer Kraft von außen, beispielsweise mittels des z Zentralausrückers, ist das Lamellenpaket in Fall (1) geöffnet, sodass kein oder lediglich ein ausreichend geringes (Schlepp-) Moment mittels des Lamellenpakets übertragbar ist. In Fall (2) ist es umgekehrt, dass also allein bei Aufwendung einer Kraft von außen ein Drehmoment in gewünschter Nennhöhe übertragbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Außenlamellen als Reiblamellen ausgebildet und die Innenlamellen als Gegenlamellen ausgebildet. Alternativ sind die Innenlamellen als Reiblamellen und die Außenlamellen als Gegenlamellen ausgeführt. Weiterhin ist eine Ausführungsform umsetzbar, bei welcher ein Teil der Außenlamellen als Reiblamellen und ein anderer Teil der Außenlamellen als Gegenlamellen ausgebildet und entsprechend die Innenlamellen teilweise als Gegenlamellen und teilweise als Reiblamellen ausgebildet sind. Die Gegenlamellen kennzeichnen sich vor allem dadurch, dass sie eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen und bevorzugt über eine erforderliche Lebensdauer keinen, einen vernachlässigbaren oder zumindest einen so geringen Verschleiß aufweisen, dass sie nicht ausgetauscht werden müssen. Die Reiblamellen hingegen kennzeichnen sich dadurch, dass sie zumindest reibflächenseitig aus einem Werkstoff gebildet sind, welcher zusammen mit den Gegenlamellen einen relativ hohen Reibkoeffizienten bilden, beispielsweise im Bereich von oberhalb 0,2 [zwei Zehntel] bis 0,4 [vier Zehntel] beispielsweise 0,28 [achtundzwanzig Hundertstel].
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybridmoduls weist die Gegenlamelle eine Mehrzahl von mechanisch abgesetzten Zahnflanschen auf, mittels welcher allein, also ausschließlich mittels der Zahnflansche, die Gegenlamelle mit dem korrespondierenden Lamellenkorb in Eingriff steht, wobei die Zahnflansche derart abgesetzt sind, dass eine axiale Relativbewegung relativ zu der Reibfläche ermöglicht ist.
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Die mechanische Absetzung ist beispielsweise dadurch erreichbar, dass ein in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung verringerter Stegdurchmesser zwischen dem jeweiligen Zahnflansch und dem übrigen Bereich der Gegenlamelle gebildet ist. Hierdurch liegt im Vergleich zu einer konventionellen Ausführung eines Zahnflanschs mit einer Anbindung über die gesamte Erstreckung des Zahnflansches in Umfangsrichtung eine verringerte Steifigkeit in axialer Richtung vor und somit ist eine relative Axialbeweglichkeit ermöglicht. Zugleich ist aber die Übertragbarkeit eines Drehmoments über den verbleibenden Steg nicht oder nur vernachlässigbar verringert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybridmoduls weist die zumindest eine Reiblamelle eine Mehrzahl von mechanisch abgesetzten Zahnflanschen auf, mittels welcher allein die Reiblamelle mit dem korrespondierenden Lamellenkorb in Eingriff steht, wobei die Zahnflansche derart abgesetzt sind, dass eine axiale Relativbewegung relativ zu der Reibfläche ermöglicht ist.
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Konventionell werden solche Reiblamellen aus einem Vollmaterial gebildet, beispielsweise mittels Stanzen, wobei das Vollmaterial eine Reiboberfläche bildet, welche bevorzugt ohne weitere Nachbehandlung für den entsprechenden Reibkoeffizienten eingerichtet ist. Besonders bevorzugt sind die Reiblamellen einstückig ausgebildet, sodass sie einen umlaufenden Ring bilden, an welchem beispielsweise Zahnflansche am Außenumfang (als Außenlamelle) oder am Innenumfang (als Innenlamelle) vorgesehen sind. Weiterhin weisen für einige Anwendungen die Reiblamellen Durchgänge und/oder Radialnuten auf, beispielsweise für eine verbesserte Kühlung der Reiblamelle zumindest im geöffneten Zustand des Lamellenpakets.
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Hierbei ist nachteilig, dass dieses Vollmaterial der Reiblamellen bei einer Drehmomentübertragung in zumindest einer der Umfangsrichtungen mit beispielsweise Ihren Zahnflanschen in der Zahnaufnahme des betreffenden Lamellenkorbs in kraftübertragenden Kontakt gebracht sind, sodass auch hier eine Reibung beim axialen Verschieben der Reiblamellen stattfindet. Diese Reibkraft wirkt der (axialen) Anpresskraft in axialer Richtung entgegen, sodass die an den Reibpaarungen anliegende Anpresskraft infolge dieser axial entgegengerichteten Reibkraft vermindert ist und hin zu den hinteren Reiblamellen immer weiter abnimmt.
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Weil konventionell die Oberflächeneigenschaften eines betreffenden Lamellenkorbs mit den Oberflächeneigenschaften einer Gegenlamelle (nahezu) identisch sind, ist bisher der Reibungskoeffizient (trockene Gleitreibung) im Gleitkontakt sehr hoch. Um dies zu überwinden wird daher bisher eine größere Axialkraft zum Erzeugen der erforderlichen Anpresskraft gefordert, wenn nicht mehr Bauraum für mehr Lamellen und/oder einen größeren Lamellendurchmesser zu Verfügung steht.
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Hierzu ist nun vorgeschlagen, dass der Reibkoeffizient beim Gleitkontakt geringer ist als zwischen einer Reibpaarungen von Reiblamelle und Gegenlamellen. Um den Reibkoeffizienten (allein) im Gleitkontakt zu verringern, ist beispielsweise das Material des betreffenden Lamellenkorbs und/oder dessen Oberfläche, zumindest im Bereich des Gleitkontakts, derart verändert, dass eine verringerte Reibkoeffizient im Vergleich zu den Reibpaarungen, bei welchen ein möglichst hoher Reibkoeffizient erwünscht ist, resultiert. Damit ist die der Anpresskraft entgegengerichtete Reibkraft verringert. Beispielsweise ist die betreffende Oberfläche des Lamellenkorbs geschliffen oder beschichtet. Alternativ oder ergänzend ist der Lamellenkorb vollständig oder teilweise aus einem Material mit einer Oberfläche ausgeführt, welche in einem entsprechend geringeren Reibkoeffizienten resultiert. Bei dieser Ausführungsform ist bevorzugt die Reiblamelle konventionell ausgeführt. Alternative Ausführungsformen sind im Weiteren genannt. Die betragsmäßige Differenz zwischen dem Reibkoeffizienten am Gleitkontakt und dem Reibkoeffizienten an den Reibflächen ist deutlich größer als sie infolge von Reibwertschwankungen in einem üblichen Toleranzbereich bei einer konventionellen Ausführung vorkommen. Beispielsweise ist die Differenz um einen minimalen Faktor von 5 [fünf] größer als eine Differenz bei üblicherweise auftretenden und tolerierten Reibwertschwankungen. Ist beispielsweise eine werkstoffbedingte oder fertigungsbedingte Toleranz von ±5 % zulässig, so beträgt die hier eingestellte Differenz der Reibkoeffizienten von Reibfläche zu Gleitkontakt zumindest 25 % des Reibkoeffizienten der Reibfläche. Bevorzugt wird eine möglichst große Differenz erzeugt, wobei dies in Abhängigkeit von Werkstoffkosten, Fertigungskosten und weiteren Anforderungen auszulegen ist. Eine Obergrenze für eine solche Differenz liegt daher bei etwa dem 3-fachen des Reibkoeffizienten der Reibfläche.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybridmoduls weist die Reiblamelle eine Mehrzahl von mechanisch abgesetzten Zahnflanschen auf, mittels welcher allein die Reiblamelle mit dem korrespondierenden Lamellenkorb in Eingriff steht, wobei die Zahnflansche derart abgesetzt sind, dass eine axiale Relativbewegung relativ zu der Reibfläche ermöglicht ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist zusätzlich oder alternativ zu einer Verringerung des Reibkoeffizienten im Gleitkontakt eine axiale Relativbewegung zwischen dem betreffenden Lamellenkorb und dem Zahnflansch der Reiblamelle verringert, indem der Bereich der Reiblamellen, welcher allein mit dem Lamellenkorb in Eingriff steht (Zahnflansch) gegenüber dem Bereich der Reiblamellen, welcher mit der korrespondierenden Gegenlamelle in Kontakt gebracht wird, axial bewegbar ist. Damit ist der relative Reibweg verkürzt und damit die Reibleistung verringert.
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Dies ist beispielsweise dadurch erreichbar, dass ein in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung verringerter Stegdurchmesser zwischen dem jeweiligen Zahnflansch und dem übrigen Bereich der Reiblamelle gebildet ist. Hierdurch liegt im Vergleich zu einer konventionellen Ausführung eines Zahnflanschs mit einer Anbindung über die gesamte Erstreckung des Zahnflansches in Umfangsrichtung eine verringerte Steifigkeit in axialer Richtung vor und somit ist eine relative Axialbeweglichkeit ermöglicht. Zugleich ist aber die Übertragbarkeit eines Drehmoments über den verbleibenden Steg nicht oder nur vernachlässigbar verringert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybridmoduls weist die zumindest eine Reiblamelle einen Träger auf, auf welchem außerhalb des Gleitkontakts ein Reibmaterial angeordnet ist, welches die reiblamellenseitige Reibfläche bildet.
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In dieser alternativen Ausführungsform ist die Reiblamelle mehrteilig ausgeführt, wobei ein Träger, beispielsweise eine Ringscheibe, vorgesehen ist, auf welchem ein Reibbelag aufgebracht ist, beispielsweise mittels Nieten und/oder als Beschichtung. Hierbei ist das Reibmaterial lediglich außerhalb des Gleitkontakts gebildet und der Träger weist eine Oberflächenbeschaffenheit auf, welche im Gleitkontakt mit dem betreffenden Lamellenkorb in einem geringeren Reibkoeffizienten im Vergleich zu dem von dem Reibbelag der Gegenlamellen resultiert. Beispielsweise ist der Träger aus Metall, bevorzugt gewalztes Blechmaterial, gebildet, sodass ein Metall-Metall-Kontakt mit einem (konventionellen) Lamellenkorb gebildet ist. Bevorzugt ist diese Kontaktpaarung derart ausgeführt, dass sie zu einem höheren Verschleiß an dem Träger als an dem betreffenden Lamellenkorb führt. Hierbei wird beispielsweise ein Reibungskoeffizient von 0,1 [ein Zehntel] erreicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Hybridmoduls bildet die zumindest eine Außenlamelle die Reiblamelle und die zumindest eine Innenlamelle die Gegenlamelle.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform bilden die eingesetzten Außenlamellen allesamt jeweils eine Reiblamelle. Dies hat den Vorteil, dass das tendenziell mit geringeren Umfangskräften belastbare Material der Reiblamelle, beispielsweise bei einer Ausbildung aus Vollmaterial, über eine größere Anzahl an Kontaktflächen, beispielsweise Zahnflanschen, im Gleitkontakt bildbar ist, weil der Außenumfang mehr Raum dafür bietet. Damit ist die spezifische (Umfangskraft-) Kraft an den jeweils einzelnen Flächenpaarungen im Gleitkontakt verringert. Zudem ist damit auch die axial wirkende Reibkraft im Gleitkontakt bei entsprechender Auslegung geringer. Bei einer geeigneten Auswahl an Materialien gemäß obigen und nachfolgenden Erläuterungen ist dieser vorteilhafte Effekt aber auch an einer Ausführung mit der zumindest einen Innenlamelle oder zumindest einigen der Innenlamellen als Reiblamelle ausgleichbar oder (deutlich) überwindbar. Die Innenlamellen, welche bevorzugt aus Metall gebildet sind, ist der Reibkoeffizient mit dem Innenkorb deutlich geringer. Infolge der abgesetzten Zahnflansche, welche den einzigen Kontakt zu dem Innenkorb bilden, ist aber zudem der axiale Relativweg zwischen den Innenlamellen und dem Innenkorb verkürzt oder null, sodass der Betrag des Reibverlusts hier verringert oder nicht vorhanden ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang, aufweisend eine Antriebsmaschine mit einer Antriebswelle, ein Getriebe mit einer Getriebewelle und eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine mittels der Drehmomentaufnahme eines Hybridmoduls nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung zwischen der Antriebswelle und der Getriebewelle einkuppelbar ist, indem ein Drehmoment von der elektrischen Maschine mittels der Lamellenkupplung des Hybridmoduls lösbar auf die Antriebswelle und/oder auf die Getriebewelle, und umgekehrt, übertragbar ist.
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Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein von einer Antriebsmaschine, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine oder einem elektrischen Antriebsmotor, bereitgestelltes und über ihre Antriebswelle abgegebenes Drehmoment für zumindest einen zu übertragen. Ein beispielhafter Verbraucher ist zumindest ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs und/oder ein elektrischer Generator zum Bereitstellen von elektrischer Energie. Umgekehrt ist auch eine Aufnahme einer von zum Beispiel einem Antriebsrad eingebrachten Trägheitsenergie umsetzbar. Diese Trägheitsenergie wird bevorzugt mittels des Hybridmoduls auf die als Generator betreibbare elektrische Maschine zur Rekuperation, also zur elektrischen Speicherung der Bremsenergie, übertragen. Weiterhin sind in einer bevorzugten Ausführungsform ein Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine und von der elektrischen Maschine mittels der Lamellenkupplung an einen Verbraucher übertragbar. Hier wird insoweit auf die bekannten Anforderungen an einen Antriebsstrang, beispielsweise in der Anwendung in einem Kraftfahrzeug, verwiesen.
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Um das Drehmoment gezielt und/oder mittels eines Schaltgetriebes mit unterschiedlichen Übersetzungen zu übertragen beziehungsweise eine Übertragung des Drehmoments von der elektrischen Maschine und/oder der Verbrennungskraftmaschine von einem Verbraucher zu trennen, ist die Verwendung der oben beschriebenen Lamellenkupplung besonders vorteilhaft. Das Lamellenpaket für die hier vorgeschlagene Lamellenkupplung weist ein besonders geringes Bauvolumen auf und ist zugleich mit einem geringen Betätigungsweg, wobei die Betätigungskraft mit hohem Wirkungsgrad in eine Anpresskraft umgewandelt wird, betreibbar. Damit sinkt zudem der Aufwand, und damit unter Umständen das Bauvolumen, einer Einrichtung zum Bereitstellen der Betätigungskraft und/oder erhöht den Komfort an der, in der Regel teilautomatischen, manuellen Kupplung, insbesondere als K1-Kupplung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest ein Antriebsrad, welches mittels eines Antriebsstrangs nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung antreibbar ist.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die zumindest eine Antriebsmaschine, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine und/oder ein (weiterer) elektrischer Antriebsmotor, und/oder die (zumindest eine) elektrische Maschine, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, ein Hybridmodul kleiner Baugröße zu verwenden. Ähnlich gestaltet sich der Einsatz eines Hybridmoduls in motorisierten Zweirädern, für welche eine deutlich gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird.
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Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung, welche aber gerade im Fokus einer Hybridisierung stehen. Die verwendeten Funktionseinheiten in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Der oben beschriebene Antriebsstrang weist eine Lamellenkupplung besonders geringer Baugröße auf. Zugleich ist mit einem geringen Betätigungsweg ein hohes gewünschtes Nennmoment übertragbar. Zugleich ist die Fertigung des Hybridmoduls nahezu unverändert konventionell ausführbar und/oder die Herstellung des Hybridmoduls kostengünstig.
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Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio. Bekannte Voll-Hybride in der Kleinwagenklasse sind der BMW i3, der Audi A3 e-tron oder der Toyota Yaris Hybrid.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: ein Hybridmodul mit koaxial angeordneter elektrischer Maschine;
- 2: ein schematisch dargestellter Antriebsstrang mit koaxial angeordneter elektrischer Maschine;
- 3: ein Hybridmodul mit Zugmittelscheibe;
- 4: ein schematisch dargestellter Antriebsstrang mit Zugmitteltrieb und achsparallel angeordneter elektrischer Maschine;
- 5: ein Ausschnitt eines Hybridmoduls mit Rotor an der Drehmomentaufnahme;
- 6: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Hybridmodul;
- 7: eine Gegenlamelle in axialer Ansicht mit Zahnflanschen;
- 8: ein Ausschnitt einer Reiblamellen mit Gleitbeschichtung in einer ersten Variante; und
- 9: ein Ausschnitt einer Reiblamelle mit Beschichtung am Gleitkontakt in einer zweiten Variante.
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In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wider. Auch bedingt das Verwenden von Ordinalzahlen nicht, dass zwangsläufig eine weitere (gleichartige) Komponente mit einer anderen Ordinalzahl vorhanden ist.
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In 1 ist ein Hybridmodul 1 im Schnitt dargestellt, bei welchem eine elektrische Maschine 8 mit einem radial außen angeordneten Stator 49 und einem radial innen angeordneten Rotor 48 koaxial zu einer Rotationsachse 2 angeordnet und mit einer entsprechenden Drehmomentaufnahme 7 mittels einer trockenen Lamellenkupplung 9 mit einem Antriebswellenanschluss 5 lösbar drehmomentübertragend verbunden ist. Ganz links in der Darstellung ist hier eine Antriebsaufnahme 54, beispielsweise eine Schraubverbindung für eine Kurbelwelle eines Kolbenmotors, vorgesehen, welche zugleich die Primärmasse 52 eines Zweimassenschwungrad 50 bildet. Über einen Federdämpfer 53 ist eine Sekundärmasse 51 mit dem Antriebswellenanschluss 5 verbunden. Der Antriebswellenanschluss 5 ist hier also lediglich mittelbar mit einer Antriebswelle 39 (vergleiche 2 und 9) verbunden. Ganz rechts in der Darstellung ist eine Getriebewellennabe 67 mit einer axialen Steckverzahnung vorgesehen, welche auf eine Getriebewelle 41 (vergleiche 2 oder 9) drehmomentübertragend verbindbar ist. Die Getriebewellennabe 67 ist hier mit einer Reibscheibe 62 einer K1-Kupplung 60 verbunden, wobei die Reibscheibe 62 axial zwischen einer axial bewegbaren Anpressplatte 61 und einer axial starren Gegenplatte 63 angeordnet ist. Die Anpressplatte 61 der K1-Kupplung ist mittels einer Anpressfeder 64, beispielsweise auch als Membranfeder ausgeführt, betätigbar, wobei die Anpressfeder 64 an einem mitrotierenden Kupplungsdeckel 70 axial abgestützt ist. Die K1-Kupplung kann als Bestandteil des Hybridmoduls 1 betrachtet werden, allerdings wird meistens als Hybridmodul nur der Bestandteil im Drehmomentverlauf gemäß der Darstellung links der Gegenplatte 63 als Hybridmodul 1 bezeichnet. Die K1-Kupplung 60 ist gemäß letzterer Definition mit dem Hybridmodul 1 hier über einen Modulanschluss 66 verbunden, hier verschraubt, wobei bis zu dem Getriebewellenanschluss 6 des Hybridmoduls 1 eine Modulwelle 65 zwischen geordnet ist. Alternativ ist der Modulanschluss 66 als Getriebewellenanschluss definiert. Auch hier ist aufgrund der optionalen Vorsehung einer K1-Kupplung 60 der Getriebewellenanschluss 6 beziehungsweise der Modulanschluss 65 nur mittelbar, und hier zudem lösbar, mit einer Getriebewelle 41 (vergleiche 2 und 9) verbunden. Die Begriffe Antriebswellenanschluss 5 und Getriebewellenanschluss 6 sind daher als antriebsseitiger Drehmomentanschluss beziehungsweise getriebeseitiger Drehmomentanschluss zu verstehen. Es sei darauf an hingewiesen, dass in anderen Ausführungsformen die Reihenfolge von einem Schwungrad, beispielsweise Zweimassenschwungrad 50 wie hier dargestellt, Hybridmodul 1 und Reibkupplung 60 gemäß dieser Darstellung im Drehmomentfluss von der Antriebsseite derart angeordnet ist, dass die Reibkupplung 60 als K0-Kupplung zwischen der Lamellenkupplung 9 und dem Zweimassenschwungrad 50 angeordnet ist. Die hier dargestellte Ausführungsform hat jedoch den Vorteil, dass eine konventionelle Ausführung des Zweimassenschwungrads 50 und der Reibkupplung 60 ausführbar ist, wobei lediglich das Hybridmodul 1 axial zwischengeschaltet ist, beispielsweise als Ersatz für einen konventionellen Drehmomentwandler. Zudem ist hierbei die Drehmomentstütze 69 über ein Modulgehäuse 68 an einem nicht dargestellten Motorgehäuse einfach ausführbar, weil die notwendige axiale Überbrückungslänge gering ist.
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An den Antriebswellenanschluss 5, welcher hier als Topf mit Steckverzahnung ausgeführt ist, ist ein Außenkorb 10, hier mittels Niet, drehmomentfest angebunden. Radial innerhalb mit axialer Überlappung ist ein Innenkorb 11 angeordnet und zwischen dem beiden Wellenkörben 10 und 11 ist mit wechselseitig, also wechselnd radial außen am Außenkopf 10 und radial innen am Innenkorb 11, aufgehängten (Außen- und Innen-) Lamellen ein Lamellenpaket 19 gebildet. Der Außenkorb 10 und der Innenkorb 11 bilden zusammen mit dem Lamellenpaket 19 eine trockene Lamellenkupplung 9, welche hier eine K0-Kupplung bildet. Der Innenkorb 11 ist mit dem Getriebewellenanschluss 6 drehmomentfest verbunden. Zum axialen Verpressen des Lamellenpakets 19, zu welchem in 5 weitere Details erläutert werden, ist ein Betätigungstopf 56 vorgesehen, welcher hier zwischen einer Membranfeder 55 und einer (optionalen) Modulationsfeder 59 angeordnet ist, sodass eine Axialkraft infolge vorgespannter Anordnung der Membranfeder 55 auf das Lamellenpaket 19 übertragbar ist. Zum Öffnen des hier mittels der Membranfeder 55 normal geschlossenen Lamellenpakets 19 ist ein Ausrückkolben 57, beispielsweise eines Zentralausrückers, vorgesehen, welcher auf den Betätigungstopf 56 über ein Ausrücklager 58 rotatorisch entkoppelt axial einwirkt, sodass die Membranfeder 55 axial, hier in Richtung des Antriebswellenanschlusses 5, ausgelenkt wird.
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Wenn nun beispielsweise ein elektrischer Speicher aufgeladen werden soll, und zugleich ein Getriebe 40 (vergleiche 9) von einem zusätzlichen (elektrischen) Antriebsmotor (nicht dargestellt) mit einem Drehmoment beaufschlagt werden soll, so ist die K1-Kupplung 60 geöffnet und die Lamellenkupplung 9, hier also die K0-Kupplung 72, geschlossen. Ebenso gilt dieser Schaltzustand für einen rückwärtigen Drehmomentverlauf, beispielsweise zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine 38 (vergleiche 2). Zur Rekuperation vorhandener Trägheitsenergie im Getriebe beziehungsweise eines rollenden Kraftfahrzeugs und/oder zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs 4 (vergleiche 9) ist die K0-Kupplung 72 geöffnet und die K1-Kupplung 60 geschlossen. Zum Boosten eines Drehmoments von der Verbrennungskraftmaschine 38 auf das Getriebe 40 mittels einer elektrischen Drehmomentabgabe von der elektrischen Maschine 8 für das Hybridmodul 1 sind sowohl die K0-Kupplung 72 als auch die K1-Kupplung 60 geschlossen.
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In 2 ist ein Schaltschema eines Antriebsstrangs 3 dargestellt, wobei die Verbrennungskraftmaschine 38 beispielhaft mittels zwei Kolben auf einer Kurbelwelle, hier der Antriebswelle 39, dargestellt ist und mittels ihrer Antriebswelle 39 über ein Zweimassenschwungrad 50 über einen Sekundärmassenanschluss 73 mit einer K0-Kupplung 72 verbunden ist. Anstelle der Verbrennungskraftmaschine 38 ist auch ein (weiterer) elektrischer Antriebsmotor einsetzbar. Weiterhin ist ein elektrischer Antriebsmotor als einzige Antriebsmaschine und/oder als zu einer Verbrennungskraftmaschine 38 parallele Antriebseinheit einsetzbar. In dieser Ausführungsform bildet diese K0-Kupplung 72 keinen Bestandteil des Hybridmoduls 1, sondern die K1-Kupplung 60, welche die trockene Lamellenkupplung 9 bildet. Damit ist der Getriebewellenanschluss 6 direkt mit einer Getriebewelle 41 des Getriebes 40 angeordnet, wobei das Getriebe 40 hier rein symbolisch das Hybridmodul 1 mit einem Antriebsrad 42 beziehungsweise 43 verbindet (vergleiche 9). Die elektrische Maschine 8 ist koaxial zu der Antriebswelle 39 angeordnet, wobei radial außerhalb ein Stator 49 einen Rotor 48 antreibt. Der Rotor 48 ist mit der Drehmomentaufnahme 7 drehmomentfest verbunden oder einstückig ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist über die Modulwelle 65 die Drehmomentaufnahme 7 und der Antriebswellenanschluss 5 mit der Lamellenkupplung 9 verbunden.
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In 3 ist ein Hybridmodul 1 in einer grundlegend gleichen Konfiguration wie in 1 dargestellt. Abweichend von der Darstellung in 1 ist hier als Drehmomentaufnahme 7 eine Zugmittelscheibe 71 gebildet, auf welche ein nicht dargestelltes Zugmittel 74 (vergleiche 4), hier ein Keilriemen, aufspannbar ist. Das Zugmittel 74 ist zum Übertragen eines von einer nicht dargestellten elektrischen Maschine 8 (vergleiche 4) erzeugten Drehmoments oder zu der elektrischen Maschine 8 zu übertragenden Drehmoments eingerichtet. Die elektrische Maschine 8 erfüllt damit bevorzugt die gleichen Funktionen wie bei einer koaxialen Anordnung, beispielsweise wie in 1 gezeigt. Die Zugmittelscheibe 71 ist hier einstückig mit dem Innenkorb 11 ausgebildet. Im Übrigen wird auf die Beschreibung zu 1 verwiesen.
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In 4 ist schematisch ein Antriebsstrang 3 mit einem Hybridmodul 1, wie es beispielsweise in 3 dargestellt ist, gezeigt. Anstelle der Verbrennungskraftmaschine 38 ist auch ein (weiterer) elektrischer Antriebsmotor einsetzbar. Weiterhin ist ein elektrischer Antriebsmotor als einzige Antriebsmaschine und/oder als zu einer Verbrennungskraftmaschine 38 parallele Antriebseinheit einsetzbar. Ganz links in der Darstellung ist eine Verbrennungskraftmaschine 38 wieder mit zwei Kolben an einer Kurbelwelle dargestellt, welche die Antriebswelle 39 bildet. Die Antriebswelle 39 ist hier über ein Zweimassenschwungrad 50 mit einem Antriebswellenanschluss 5, welcher den Sekundärmassenanschluss 73 bildet, mit der Lamellenkupplung 9, welche eine K0-Kupplung 72 bildet, lösbar drehmomentübertragend verbunden. Über ein Zugmittel 74, beispielsweise einen Keilriemen, ist der Rotor 48, welcher von einem Stator 49 antreibbar ist, einer elektrischen Maschine 8, welche achsparallel zu der Antriebswelle 39 angeordnet ist, mit einer entsprechenden Drehmomentaufnahme 7, welche als bevorzugt einstückig als Zugmittelscheibe 71 ausgebildet ist, trockenen Lamellenkupplung 9 verbunden. Über den Getriebewellenanschluss 6, beziehungsweise den Modulanschluss 65, ist das Hybridmodul 1 lösbar mittels einer K1-Kupplung 60 mit einer Getriebewelle 41 verbunden. Das Getriebe 40 ist hier wie in 2 rein symbolisch dargestellt und bildet eine, beispielsweise schaltbar übersetzende, Drehmomentverbindung zu zumindest einem Antriebsrad 42 beziehungsweise 43 (vergleiche 9).
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In 5 ist ein Hybridmodul 1 dargestellt, wie es beispielsweise in 1 dargestellt ist, wobei hier die gleichen Bezugszeichen wie dort der Orientierung dienen sollen, aber deren detaillierte Beschreibung gegenüber der Beschreibung in 1 nicht unnötig wiederholt werden soll. Hier ist der Fokus auf die Beschreibung der Lamellenkupplung 9 gelegt und im Übrigen auf die entsprechende vorhergehende Beschreibung verwiesen. Die Lamellenkupplung 9 umfasst ein Lamellenpaket 19, wobei abwechselnd innenkorbseitige Lamellen 75 und 16 bis 18 und außenkorbseitige (Außen-) Lamellen 12 bis 15 vorgesehen sind. Die Axialkraft aufnehmende Anpresslamelle 75 ist in der Darstellung ganz links angeordnet, wobei das Lamellenpaket 19 hier verpresst dargestellt ist, indem die Membranfeder 54 mit ihrer aus der Vorspannung resultierenden Axialkraft auf den Betätigungstopf 56 derart einwirkt, dass die (optionale) Modulfeder 59 auf Block eingefedert ist (vergleiche Darstellung in 1 mit ausgerückter Membranfeder 59). Somit wird die Anpresslamelle 75 axial in der Darstellung nach rechts gegen die erste Außenlamelle 12, die erste Außenlamelle 12 gegen die erste Gegenlamelle 16, die erste Gegenlamelle 16 gegen die zweite Außenlamelle 13, die zweite Außenlamelle 13 gegen die zweite Gegenlamelle 17, die zweite Gegenlamelle 17 gegen die dritte Außenlamelle 14, die dritte Außenlamelle 14 gegen die dritte Gegenlamelle 18, die dritte Gegenlamellen 18 gegen die vierte Außenlamelle 15, und die vierte Außenlamelle 15 gegen die Korbplatte 76, welche hier einstückig vom Innenkorb 11 gebildet ist, gepresst. Die erste Außenlamelle 12 bildet hier die erste Reiblamelle 20, die zweite Außenlamelle 13 die zweite Reiblamelle 21, die dritte Außenlamelle 14 die dritte Reiblamelle 22, und die vierte Außenlamelle 15 die vierte Reiblamellen 23. Entsprechend bildet hier die erste Innenlamelle 16 die erste Gegenlamelle 24, die zweite Innenlamelle 17 die zweite Gegenlamelle 75 und die dritte Innenlamelle 18 die dritte Gegenlamelle 26. Die Ausführung der Außenlamellen 12 bis 15 als Reiblamellen 20 bis 23 und entsprechend der Innenlamellen 16 bis 18 als Gegenlamellen 24 bis 26 ist in einer anderen Ausführungsform auch umgekehrt oder gemischt ausführbar. Die Anpresslamelle 75 ist dann entsprechend als Lamelle mit Reibmaterial, beispielsweise zumindest lamellenpaketseitigem Reibbelag, auszuführen. Beispielhaft (pars pro toto) an der ersten Reiblamelle 20 sind die zwei Reibpaarungen einer solchen Reiblamelle in der Darstellung gekennzeichnet. Dies ist auf die anderen Reiblamellen 21 bis 23 entsprechend übertragbar. Die erste Reiblamelle 20 bildet links eine erste reiblamellenseitige Reibfläche 30, welche mit einer rechten gegenlamellenseitigen Reibfläche 33 eine erste Reibpaarung 27 bildet. Gemäß der Darstellung rechts umfasst die erste Reiblamelle 20 eine rechte reiblamellenseitige Reibfläche 31, welche mit einer linken gegenlamellenseitigen Gegenreibfläche 32 der ersten Gegenlamelle 24 eine zweite Reibpaarung 28 bildet. Weiterhin ist hier in 5 die Lage einer Schnittansicht A-A dargestellt, wie sie ausschnittsweise in 6 dargestellt ist.
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In 6 ist ein Antriebsstrang 3, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine 38, eine Antriebswelle 39, ein Hybridmodul 1, eine elektrische Maschine 8, eine Getriebewelle 41 eines Getriebes 40 und ein drehmomentübertragend verbundenes linkes Antriebsrad 42 und rechtes Antriebsrad 43, schematisch dargestellt. Anstelle der Verbrennungskraftmaschine 38 ist auch ein (weiterer) elektrischer Antriebsmotor einsetzbar. Weiterhin ist ein elektrischer Antriebsmotor als einzige Antriebsmaschine und/oder als zu einer Verbrennungskraftmaschine 38 parallele Antriebseinheit einsetzbar. Die elektrische Maschine 8 ist hier mit ihrer Rotorachse 81 achsparallel zu der Rotationsachse 2, also der Motorachse 46 angeordnet. Ihre Rotorwelle 80 ist mittels einer Zugmittels 74 über eine Zugmittelscheibe 71 dauerhaft drehmomentübertragend mit dem Hybridmodul 1 verbunden. Die elektrische Maschine 8 ist damit parallel zu der Verbrennungskraftmaschine 38 betreibbar. Weiterhin sind in einer Ausführungsform eine weitere Reibkupplung, beispielsweise wie in 4 dargestellt, und ein weiterer elektrischer Antriebsmotor, bevorzugt zum rein elektrischen Fahren, vorgesehen (nicht dargestellt). Der Antriebsstrang 3 ist hier in einem Kraftfahrzeug 4 angeordnet, wobei Verbrennungskraftmaschine 38 mit ihrer Motorachse 46 quer zur Längsachse 45 vor der Fahrerkabine 44 angeordnet ist.
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In 7 ist ein Ausschnitt der Schnittansicht A-A in axialer Richtung gemäß Darstellung in 5 dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass die erste Innenlamelle 16, welche die erste Gegenlamelle 20 mit der linken gegenlamellenseitigen Reibfläche 33 bildet, einen ersten Zahnflansch 34 und einen zweiten Zahnflansch 35 am Innenumfang aufweist, wobei über den Umfang verteilt eine Mehrzahl solcher Zahnflansche 34 und 35 vorgesehen sind (nicht dargestellt). Die Zahnflansche 34 und 35 sind in einer Innenflanschaufnahme 47 des Innenkorbs 11 eingehängt, sodass eine axiale Relativbewegung ermöglicht ist, während eine Relativbewegung in Umfangsrichtung, resultierend aus der Umfangskraft 77 infolge eines anliegenden Drehmoments (hier im Uhrzeigersinn wirkend), nur soweit möglich ist, wie es das Spiel zwischen Innenflanschaufnahme 47 und Zahnflanschen 34 und 35 zulässt. Damit liegt bei dargestellter Umfangskraft 77 die Zahnflansche 34 und 35 mit der zweiten Zahnflanke 37 in der Innenflanschaufnahme 47 an, während die erste Zahnflanke 36 frei liegt. Die Zahnflanken 37 liegen somit an entsprechenden Gegenflanken der Innenflanschaufnahme 47 an und bilden dort einen Gleitkontakt 29, wobei eine relative Gleitbewegung in axialer Richtung, also in die Bildebene hinein, stattfindet.
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In 8 und 9 sind eine (erste) Innenlamellen 16 als (erste) Gegenlamelle 24 wie in 7 dargestellt, wobei diese bevorzugt aus einem Vollmaterial gebildet, beispielsweise gestanzt sind. Die Zahnflansche 34 und 35 sind hierbei allein über einen nur dünnen Steg 82 mit dem übrigen Teil der Innenlamelle 16 mit der Reibfläche 33 verbunden, wobei dies mittels einer (ersten) Absetznut 78 erreicht ist. Diese erste Absetznut 78 verläuft in Umfangsrichtung und überlappt in dieser Richtung die Zahnflansche 34 und 35 jeweils vollständig. Bevorzugt ist am Sackende der ersten Absetznut 78 eine runde Aufweitung für eine spannungsarme Belastung des Materials gebildet. Bevorzugt ist der so sehr lange Hebel derjenigen (zweiten) Zahnflanke 37, welche hier beispielsweise am ersten Zahnflansch 34 zum zweiten Zahnflansch 35 benachbart ist, für eine Übertragung eines Zugmoments als Hauptlast, also als Gleitkontakt 29 infolge der resultierenden Umfangskraft 77 mit der wie in 7 gezeigten Richtung, ausgerichtet. Dadurch ist dort die größte axiale Relativbewegung zwischen der besagten Zahnflanke 37 und der Reibfläche 33 möglich.
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In 9 ist eine zweite Variante mit einer (zweiten) Absetznut 79 gezeigt, welche beidseitig des jeweiligen Zahnflansches 34 und 35 angeordnet ist. Während bei der ersten Absetznut 78 gemäß 8 die (erste) Kippachse 84 von einer Radialachse gebildet ist, ist hier bei der zweiten Absetznut 79 die (zweite) Kippachse 85 um eine Umfangsrichtung beziehungsweise um eine Tangente zu einem Umfangskreis gebildet. Beide Varianten in 8 und in 9 stellen eine steife Drehmomentübertragung in Umfangsrichtung bereit.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Hybridmodul weist eine Lamellenkupplung besonders geringer Baugröße auf. Zugleich ist mit einem geringen Betätigungsweg ein hohes gewünschtes Nennmoment übertragbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridmodul
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Antriebsstrang
- 4
- Kraftfahrzeug
- 5
- Antriebswellenanschluss
- 6
- Getriebewellenanschluss
- 7
- Drehmomentaufnahme
- 8
- elektrische Maschine
- 9
- Lamellenkupplung
- 10
- Außenkorb
- 11
- Innenkorb
- 12
- erste Außenlamelle
- 13
- zweite Außenlamelle
- 14
- dritte Außenlamelle
- 15
- vierte Außenlamelle
- 16
- erste Innenlamelle
- 17
- zweite Innenlamelle
- 18
- dritte Innenlamelle
- 19
- Lamellenpaket
- 20
- erste Reiblamelle
- 21
- zweite Reiblamelle
- 22
- dritte Reiblamelle
- 23
- vierte Reiblamelle
- 24
- erste Gegenlamelle
- 25
- zweite Gegenlamelle
- 26
- dritte Gegenlamelle
- 27
- erste Reibpaarung
- 28
- zweite Reibpaarung
- 29
- Gleitkontakt
- 30
- linke reiblamellenseitige Reibfläche
- 31
- rechte reiblamellenseitige Reibfläche
- 32
- rechte gegenlamellenseitige Reibfläche
- 33
- linke gegenlamellenseitige Reibfläche
- 34
- erster Zahnflansch
- 35
- zweiter Zahnflansch
- 36
- erste Zahnflanke
- 37
- zweite Zahnflanke
- 38
- Verbrennungskraftmaschine
- 39
- Antriebswelle
- 40
- Getriebe
- 41
- Getriebewelle
- 42
- linkes Antriebsrad
- 43
- rechtes Antriebsrad
- 44
- Fahrerkabine
- 45
- Längsachse
- 46
- Motorachse
- 47
- Innenflanschaufnahme
- 48
- Rotor
- 49
- Stator
- 50
- Zweimassenschwungrad
- 51
- Primärmasse
- 52
- Sekundärmasse
- 53
- Federdämpfer
- 54
- Antriebsaufnahme
- 55
- Membranfeder
- 56
- Betätigungstopf
- 57
- Ausrückkolben
- 58
- Ausrücklager
- 59
- Modulationsfeder
- 60
- K1-Kupplung
- 61
- Anpressplatte
- 62
- Reibscheibe
- 63
- Gegenplatte
- 64
- Anpressfeder
- 65
- Modulwelle
- 66
- Modulanschluss
- 67
- Getriebewellennabe
- 68
- Modulgehäuse
- 69
- Drehmomentstütze
- 70
- Kupplungsdeckel
- 71
- Zugmittelscheibe
- 72
- K0-Kupplung
- 73
- Sekundärmassenanschluss
- 74
- Zugmittel
- 75
- Anpresslamelle
- 76
- Korbplatte
- 77
- Umfangskraft
- 78
- erste Absetznut
- 79
- zweite Absetznut
- 80
- Rotorwelle
- 81
- Rotorachse
- 82
- Flanschsteg
- 83
- erste Kippachse
- 84
- zweite Kippachse
