DE102018111151A1 - Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine erste Kupplungseinrichtung sowie eine mit einem Drehmoment der elektrischen Maschine antreibbare und mit dieser mechanisch koppelbare Kompressionseinrichtung einer Klimaanlage.
Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul (1) für ein Kraftfahrzeug zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine elektrische Maschine (10) sowie eine erste Kupplungseinrichtung (11) zur mechanischen Kopplung der Verbrennungskraftmaschine an das Hybridmodul (1) sowie eine mit einem Drehmoment der elektrischen Maschine (10) antreibbare und mit dieser mechanisch koppelbare Kompressionseinrichtung (11) einer Klimaanlage, welches sich dadurch kennzeichnet, dass das Hybridmodul (1) im Drehmoment-Übertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine (10) und der Kompressionseinrichtung (11) eine zweite Kupplungseinrichtung (6) aufweist, wobei die beiden Kupplungseinrichtungen (5, 6) entlang des Drehmoment-Übertragungspfades von der ersten Kupplungseinrichtung (5) zur Kompressionseinrichtung (11) in Reihe angeordnet sind.
Mit dem vorgeschlagenen Hybridmodul wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die eine Nutzung der elektrischen Maschine zum Betrieb einer Kompressionseinrichtung sowie in unterschiedlichen Betriebs-Modi des Hybridmoduls mit einem geringen Bauraumbedarf kombiniert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine erste Kupplungseinrichtung sowie eine mit einem Drehmoment der elektrischen Maschine antreibbare und mit dieser mechanisch koppelbare Kompressionseinrichtung einer Klimaanlage.
  • Zurzeit erhältliche Hybridmodule, die durch Ankopplung einer Verbrennungskraftmaschine an einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs einen Elektromotorbetrieb mit einem Verbrennungskraftmaschinenbetrieb kombinieren können, weisen meist eine elektrische Maschine, welche vorzugsweise ein Elektromotor ist sowie eine Trennkupplung und deren Betätigungssystem auf.
  • Aus dem Stand der Technik sind Kompressionseinrichtungen für Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen bekannt, welche durch die Nutzung mehrerer Antriebe betrieben werden können. Nachfolgend sind ausgewählte Dokumente des Standes der Technik näher beschrieben.
  • Die US2005/0109499 A1 beschreibt ein Fahrzeugklimatisierungsgerät, welches in einem Fahrzeug mit Stopp-Start-System integriert ist. Das Fahrzeugklimatisierungsgerät umfasst dabei eine Kühleinheit, eine Heizeinheit, einen Kompressor, eine Kühlmittelpumpe sowie eine Kontrolleinheit. Die Kontrolleinheit steuert einen Hilfsmotor derart, dass der Kompressor betrieben wird, sollte der Verbrennungsmotor abgeschalten sein, wenn die Kühleinheit arbeitet, und dass die Kühlmittelpumpe betrieben wird, sollte der Verbrennungsmotor abgeschalten sein, wenn die Heizeinheit arbeitet.
  • Die Dokumente US2003/0152467 A1 sowie US2003/0053916 A1 beschreiben einen Hybrid-Kompressor, welcher einen ersten sowie einen zweiten Kompressionsmechanismus umfasst. Der erste Kompressionsmechanismus wird dabei von einer ersten Antriebseinheit und der zweite Kompressionsmechanismus von einer zweiten Antriebseinheit gesteuert. Weiterhin kann dabei der erste Kompressionsmechanismus derart angepasst sein, nur von der ersten Antriebseinheit angetrieben zu werden, und der zweite Kompressionsmechanismus kann angepasst sein, nur von der zweiten Antriebseinheit angetrieben zu werden. Demzufolge sind die Kompressionsmechanismen an die jeweilige Antriebseinheiten angepasst.
  • Die US2003/0108434 A1 beschreibt einen Hybrid-Kompressor mit einer Antriebswelle, wobei die US6230507 A1 eine Kontrollmethode für einen äquivalenten Hybrid-Kompressor beschreibt. Dabei sind eine Verbrennungskraftmaschine mittels einer Riemenantriebskupplung sowie eine elektrischen Maschine mittels einer Lagerkupplung mit der Antriebswelle des Kompressors verbunden. Die Riemenantriebskupplung ist an der Vorderseite des Kompressors angeordnet, wobei die Lagerkupplung an der Rückseite des Kompressors angeordnet ist. Die Lagerkupplung ist dabei radial innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet. Die Antriebswelle des Kompressors weist eine Vorderseite auf, welche auf der Vorderseite des Kompressors aus diesem austritt, sowie eine Rückseite auf, welche auf der Rückseite des Kompressors aus diesem austritt. Axial begrenzt wird die Antriebswelle durch eine diese lagernde Lagerung jeweils unmittelbar nach einer jeweiligen Kupplungseinrichtung.
  • Die im Stand der Technik beschriebenen Hybridmodule und Kompressionseinrichtungen ermöglichen keine vollständige Separierung der Funktionen bzw. Betriebe der Verbrennungskraftmaschine, der elektrischen Maschine und der Kompressionseinrichtung.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, welches einen separaten Betrieb mehrerer Aggregate in einem radial geringen Bauraum ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Hybridmodul nach Anspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Hybridmoduls ist im Unteranspruch 2 angegeben. Ergänzend wird gemäß Anspruch 3 eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, welche ein erfindungsgemäßes Hybridmodul aufweist. Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform der Antriebsanordnung ist im Unteranspruch 4 angegeben.
  • 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, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
  • Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine. Das Hybridmodul umfasst dabei eine elektrische Maschine sowie eine erste Kupplungseinrichtung, insbesondere eine Trennkupplung oder eine Reibkupplung zur mechanischen Kopplung der Verbrennungskraftmaschine an das Hybridmodul. Weiterhin umfasst das Hybridmodul eine mit einem Drehmoment der elektrischen Maschine antreibbare und mit dieser mechanisch koppelbare Kompressionseinrichtung einer Klimaanlage, wobei unter einer Kompressionseinrichtung hier eine rotatorisch angetriebene Einrichtung zur Kompression eines Kältemittels verstanden wird.
  • Das Hybridmodul kennzeichnet sich außerdem dadurch, dass es im Drehmoment-Übertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine und der Kompressionseinrichtung eine zweite Kupplungseinrichtung aufweist, wobei die zweite Kupplungseinrichtung insbesondere eine Reibkupplung ist. Die beiden Kupplungseinrichtungen sind dabei entlang des Drehmoment-Übertragungspfades von der ersten Kupplungseinrichtung zur Kompressionseinrichtung in Reihe angeordnet.
  • Diese zweite Kupplungseinrichtung dient zur mechanischen Kopplung eines Ausgangselements der elektrischen Maschine mit einem Eingangselement der Kompressionseinrichtung, um Drehmoment von der elektrischen Maschine zur Kompressionseinrichtung zwecks deren Antrieb leiten zu können.
  • Gegebenenfalls kann auch wenigstens eine der beiden Kupplungseinrichtungen als elektromagnetische Kupplung ausgestaltet sein.
  • Mit der zweiten Kupplungseinrichtung ist eine mechanische Kopplung zwischen Verbrennungskraftmaschine und Kompressionseinrichtung realisierbar.
  • Entsprechend ist vorgesehen, dass zur Drehmoment-Übertragung von einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine an die Kompressionseinrichtung beide Kupplungseinrichtungen geschlossen sein müssen.
  • Vorzugsweise ist das Hybridmodul derart ausgestaltet, dass daran ebenfalls ein Getriebe antreibbar ankoppelbar ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine Rotationsachse eines Rotors der elektrischen Maschine identisch zu der Rotationsachse eines Eingangselements der Kompressionseinrichtung sein. Das Eingangselement kann dabei zum Beispiel durch einen Wellenzapfen ausgebildet sein.
  • Das erfindungsgemäße Hybridmodul weist den Vorteil auf, dass eine komplette Abkopplung der Verbrennungskraftmaschine, der elektrischen Maschine und der Kompressionseinrichtung einer Klimaanlage durch die Anordnung einer ersten Kupplungseinrichtung zwischen elektrischer Maschine und Verbrennungskraftmaschine sowie einer zweiten Kupplungseinrichtung zwischen elektrischer Maschine und der Kompressionseinrichtung realisierbar ist, wobei durch das Hybridmodul eine separate Nutzbarkeit der elektrischen Maschine ermöglicht wird.
  • Die elektrische Maschine kann somit unabhängig vom Betrieb der Kompressionseinrichtung einer Klimaanlage in unterschiedlichen Betriebs-Modi des erfindungsgemäßen Hybridmoduls genutzt werden.
  • Die elektrische Maschine kann beispielsweise in folgenden Modi genutzt werden.
  • Hybrid-Modus:
    • Die elektrische Maschine arbeitet zusammen mit der Verbrennungskraftmaschine als Antriebsaggregat, um einen Fahrzustand zu realisieren, welcher hohen Komfort, geringe Abgasemission und geringen Kraftstoffverbrauch aufweist.
  • Batterie-Lade-Modus:
    • Die elektrische Maschine fungiert als Generator und lädt die Batterie des Fahrzeugs auf. Dabei kann die elektrische Maschine als Generator von der Verbrennungskraftmaschine oder der Rotation der Räder des Kraftfahrzeugs bei z.B. einer Fahrt bergab angetrieben werden.
  • Manövrier -Modus:
    • Das Fahrzeug wird nur mittels der elektrischen Maschine angetrieben. Nebenantriebs-Modus:
      • Im Stillstand des Kraftfahrzeugs kann eine Nebenfunktion, wie z.B. der Antrieb eines weiteren Aggregats, mittels der elektrischen Maschine realisiert werden.
  • Des Weiteren kann die elektrische Maschine genutzt werden, um die Kompressionseinrichtung bei Stillstand des Kraftfahrzeugs zu betreiben, wenn die Verbrennungskraftmaschine ausgeschalten ist.
  • Eine koaxiale Anordnung der Bauteile ermöglicht des Weiteren eine Minderung von radialem Bauraumbedarf.
  • Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine mit einem drehbaren Abtriebselement sowie ein mit der Verbrennungskraftmaschine mechanisch koppelbares erfindungsgemäßes Hybridmodul zur Verfügung gestellt.
  • Vorzugsweise ist weiterhin ein Abtriebselement der Verbrennungskraftmaschine achsparallel zur Rotationsachse des Eingangselements der Kompressionseinrichtung angeordnet.
  • Ein die Rotationsachse der Verbrennungskraftmaschine ausbildendes Abtriebselement kann dabei insbesondere ein Kurbelwellenzapfen oder auch ein Schwingungsdämpfer sein oder diesen umfassen.
  • Zur achsparallelen Anordnung der Verbrennungskraftmaschine bietet sich insbesondere ein Zugmittelgetriebe an, um ein von der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestelltes Drehmoment auf die Rotationsachse der Kompressionseinrichtung bzw. die Rotationsachse des Eingangselements der Kompressionseinrichtung zu übertragen.
  • Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung, welche eine bevorzugte Ausgestaltung zeigt, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematische Zeichnung in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt ist. Es ist dargestellt in 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung.
  • In 1 ist die erfindungsgemäße Antriebsanordnung in einer schematischen Darstellung gezeigt. Zu sehen sind ein Übertragungssystem 20, ein Hybridmodul 1 mit einer ersten Kupplungseinrichtung 5 sowie einer elektrischen Maschine 10, einer zweiten Kupplungseinrichtung 6 sowie einer Kompressionseinrichtung 11, wobei diese Bauteile koaxial in einer Reihe angeordnet sind.
  • Das Übertragungssystem 20 ist dabei dazu ausgerichtet, Drehmoment von einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) über ein drehbares Abtriebselement der Verbrennungskraftmaschine zur Kompressionseinrichtung 11 zu übertragen. Das Drehmoment des Abtriebselements wird über das Übertragungssystem 20 an ein Eingangselement 21 des Hybridmoduls 1 geleitet. Das Eingangselement 21 des Hybridmoduls 1 ist dabei zunächst mit der ersten Kupplungseinrichtung 5 verbunden. Die erste Kupplungseinrichtung 5 umfasst dabei zwei Kupplungsseiten 5a sowie einen ersten Kupplungsaktuator 5b. Weiterhin ist die erste Kupplungseinrichtung 5 auf der dem Eingangselement 21 des Hybridmoduls 1 gegenüberliegenden Seite mit einem Eingangselement 22 der elektrischen Maschine 10 verbunden. Die elektrische Maschine 10 umfasst dabei einen Stator 10a sowie einen Rotor 10b, wobei der Rotor 10b um eine Rotationsachse 16 der elektrischen Maschine 10 drehbar gelagert ist. Ein Ausgangselement 23 der elektrischen Maschine 10 ist mit der zweiten Kupplungseinrichtung 6 verbunden. Ein von der elektrischen Maschine 10 erzeugtes Drehmoment wird dabei über das Ausgangselement 23 der elektrischen Maschine 10 zur Kompressionseinrichtung 11 übertragen, sofern die zweite Kupplungseinrichtung 6 geschlossen ist. Die zweite Kupplungseinrichtung 6 umfasst zwei Kupplungsseiten 6a sowie einen zweiten Kupplungsaktuator 6b. Des Weiteren ist die zweite Kupplungseinrichtung 6 auf der dem Ausgangselement 23 der elektrischen Maschine 10 gegenüberliegenden Seite mit einem Eingangselement 24 der Kompressionseinrichtung 11 verbunden.
  • Weiterhin ist eine Rotationsachse 15 des Eingangselements 24 der Kompressionseinrichtung 11 gezeigt, welche im Wesentlichen der Rotationsachse 16 der elektrischen Maschine 10 entspricht.
  • Durch die Anordnung der Bauteile koaxial in einer Reihe rotieren diese oder zumindest deren rotierende Elemente um die Rotationsachse 15 des Eingangselements der Kompressionseinrichtung 11 bzw. um die Rotationsachse 16 der elektrischen Maschine 10.
  • Das Hybridmodul 1, umfassend die erste Kupplungseinrichtung 5, die elektrische Maschine 10, die zweite Kupplungseinrichtung 6 sowie die Kompressionseinrichtung 11, ist zumindest bereichsweise von einem Hybridmodulgehäuse 2 umgeben, wobei die vom Hybridmodul 1 umfassten Bauteile zumindest bereichsweise vom Hybridmodulgehäuse 2 umgeben oder an diesem anliegend sind.
  • Entsprechend der unterschiedlichen Kupplungszustände der Antriebsanordnung kann ein Drehmoment-Übertragungspfad unterschiedlich lang sein.
  • Um die Kompressionseinrichtung 11 mittels der Verbrennungskraftmaschine zu betreiben, müssen die erste Kupplungseinrichtung 5 sowie die zweite Kupplungseinrichtung 6 geschlossen sein, um Drehmoment übertragen zu können. Der elektrische Motor 10 ist dabei nicht in Betrieb und nimmt keinen Einfluss auf das Drehmoment.
  • Um die Kompressionseinrichtung 11 mittels der elektrischen Maschine 10 zu betreiben, muss die zweite Kupplungseinrichtung 6 geschlossen sein, wobei die erste Kupplungseinrichtung 5 geöffnet ist, wodurch kein Drehmoment von der elektrischen Maschine 10 an die Verbrennungskraftmaschine übertragen wird. Die elektrische Maschine 10 wird nun mittels einer Batterie (nicht dargestellt) betrieben und überträgt Drehmoment an die Kompressionseinrichtung 11, um diese zu betreiben.
  • Um das Hybridmodul 1 nun weiterhin in Betriebs-Modi wie zum Beispiel dem Manövrier-Modus oder dem Batterie-Lade-Modus zu nutzen, muss die zweite Kupplungseinrichtung 6 geöffnet und die erste Kupplungseinrichtung 5 geschlossen sein.
  • Mit dem vorgeschlagenen Hybridmodul wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die eine Nutzung der elektrischen Maschine zum Betrieb einer Kompressionseinrichtung sowie in unterschiedlichen Betriebs-Modi des Hybridmoduls mit einem geringen Bauraumbedarf kombiniert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridmodul
    2
    Hybridmodulgehäuse
    5
    erste Kupplungseinrichtung
    5a
    Kupplungsseiten der ersten Kupplungseinrichtung
    5b
    erster Kupplungsaktuator
    6
    zweite Kupplungseinrichtung
    6a
    Kupplungsseiten der zweiten Kupplungseinrichtung
    6b
    zweiter Kupplungsaktuator
    10
    elektrische Maschine
    10a
    Stator
    10b
    Rotor
    11
    Kompressionseinrichtung
    15
    Rotationsachse des Eingangselements der Kompressionseinrichtung
    16
    Rotationsachse der elektrischen Maschine
    20
    Übertragungssystem
    21
    Eingangselement des Hybridmoduls
    22
    Eingangselements der elektrischen Maschine
    23
    Ausgangselement der elektrischen Maschine
    24
    Eingangselements der Kompressionseinrichtung
  • 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
    • US 2005/0109499 A1 [0004]
    • US 2003/0152467 A1 [0005]
    • US 2003/0053916 A1 [0005]
    • US 2003/0108434 A1 [0006]
    • US 6230507 A1 [0006]

Claims (4)

  1. Hybridmodul (1) für ein Kraftfahrzeug zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine elektrische Maschine (10) sowie eine erste Kupplungseinrichtung (5), insbesondere eine Trennkupplung zur mechanischen Kopplung der Verbrennungskraftmaschine an das Hybridmodul (1), sowie eine mit einem Drehmoment der elektrischen Maschine (10) antreibbare und mit dieser mechanisch koppelbare Kompressionseinrichtung (11) einer Klimaanlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridmodul (1) im Drehmoment-Übertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine (10) und der Kompressionseinrichtung (11) eine zweite Kupplungseinrichtung (6) aufweist, wobei die beiden Kupplungseinrichtungen (5, 6) entlang des Drehmoment-Übertragungspfades von der ersten Kupplungseinrichtung (5) zur Kompressionseinrichtung (11) in Reihe angeordnet sind.
  2. Hybridmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotationsachse (16) eines Rotor (10b) der elektrischen Maschine (10) einer Rotationsachse (15) eines Eingangselements (24) der Kompressionseinrichtung (11) entspricht.
  3. Antriebsanordnung, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine mit einem drehbaren Abtriebselement sowie ein mit der Verbrennungskraftmaschine mechanisch koppelbares Hybridmodul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 und 2.
  4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine achsparallel zur Rotationsachse (15) des Eingangselements (24) der Kompressionseinrichtung (11) angeordnet ist.
DE102018111151.7A 2018-05-09 2018-05-09 Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug Withdrawn DE102018111151A1 (de)

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