DE102018129759A1 - Hybridmodul - Google Patents

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Marc Finkenzeller
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Es ist ein Hybridmodul (1) für ein Kraftfahrzeug, das eine elektrische Maschine (4), die aus einem Stator (2) und einem Rotor (3) besteht, umfasst, offenbart. Ferner umfasst das Hybridmodul (1) eine Doppelkupplung (7) und eine Trennkupplung (8). Die Trennkupplung (8) ist außerhalb des Rotors (3) und in Axialrichtung (A) zwischen dem Rotor (3) und einem Zweimassenschwungrad (20) angeordnet. Ein Deckel (12), der drehfest mit dem Rotor (3) verbunden ist, nimmt die Trennkupplung (8) auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug. Das Hybridmodul umfasst eine elektrische Maschine, die aus einem Stator und einem Rotor besteht. Ferner besitzt das Hybridmodul eine Doppelkupplung, die aus einer ersten und zweiten Teilkupplung besteht. Die Doppelkupplung ist dazu ausgebildet, das Hybridmodul trennbar mit einem Getriebe des Kraftfahrzeugs zu koppeln. Eine Trennkupplung besteht aus einer Andruckplatte, einer Gegendruckplatte und mindestens einer dazwischenliegenden Reibscheibe. Die Trennkupplung ist ausgebildet, um eine Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs trennbar mit dem Hybridmodul zu koppeln.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 054 545 A1 zeigt eine Drehmomentübertragungseinrichtung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, die zwischen einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und einer Fahrzeugkupplung oder einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes vorgesehen ist. Die Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst eine Trennkupplung, ein Zweimassenschwungrad und einen elektrischen Antrieb, wobei das Zweimassenschwungrad und die Trennkupplung zwischen der Kurbelwelle und der Fahrzeugkupplung bzw. der Getriebeeingangswelle in Serie angeordnet sind. Das Zweimassenschwungrad ist kurbelwellenseitig und die Trennkupplung ist getriebeeingangswellenseitig bzw. fahrzeugkupplungsseitig angeordnet. Ein Rotor des elektrischen Antriebs fasst Teile der Trennkupplung radial ein. Der erforderliche axiale Bauraum der Trennkupplung wird bei einer Erhöhung des zu übertragenden Moments reduziert, indem die Trennkupplung eine Mehrscheibenkupplung ist.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 059 944 A1 betrifft ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges. Das Hybridmodul umfasst eine erste Trennkupplung, einen Elektromotor und eine zweite Trennkupplung, wobei die erste Trennkupplung im Momentenfluss zwischen einem Verbrennungsmotor im Antriebsstrang und dem Elektromotor und die zweite Trennkupplung im Momentenfluss zwischen Elektromotor und einem Getriebe im Antriebsstrang angeordnet sind. Die erste Trennkupplung und die zweite Trennkupplung sind in einem gemeinsamen Nassraum angeordnet.
  • Die internationale Patentanmeldung WO 2018/064998 A1 betrifft ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug. Das Hybridmodul umfasst eine elektrische Maschine, die aus einem Stator und einem Rotor besteht. Ferner umfasst das Hybridmodul eine Doppelkupplung, die eine erste und eine zweite Teilkupplung aufweist. Die Doppelkupplung ist dazu ausgebildet, das Hybridmodul trennbar mit einem Getriebe des Kraftfahrzeugs zu koppeln. Ferner ist eine Trennkupplung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, eine Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs trennbar mit dem Hybridmodul zu koppeln. Die Doppelkupplung und die Trennkupplung sind radial und axial innerhalb des Rotors angeordnet, wobei die erste und die zweite Teilkupplung in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind und die Trennkupplung in Radialrichtung näher an der Drehachse des Rotors angeordnet ist, als die Doppelkupplung.
  • Bei bekannten Ausführungsformen des Hybridmoduls wird die Trennkupplung lediglich für den Verbrennerstart verwendet. Die erste und die zweite Teilkupplung werden für eine erforderliche Anfahrt bzw. die Überschneidungsschaltung eingesetzt.
  • Daher ist es Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, ein Hybridmodul derart zu gestalten, dass kaum oder keine Wärme in den Rotor eingetragen wird und so die Gefahr einer thermischen Schädigung der Permanentmagnete des Rotors und eine Ansammlung von Belagstaub im Rotor im Bereich der Kupplungsscheiben der Doppelkupplung verringert bzw. vermieden wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
  • Gemäß einer möglichen Ausführungsform des Hybridmoduls für ein Kraftfahrzeug umfasst dieses eine elektrische Maschine, die aus einem Stator und einem Rotor besteht. Im Rotor ist eine Doppelkupplung aus einer ersten und zweiten Teilkupplung integriert. Die Doppelkupplung ist dazu ausgebildet, das Hybridmodul trennbar mit einem Getriebe des Kraftfahrzeugs zu koppeln. Eine Trennkupplung, die zumindest eine Andruckplatte, eine Gegendruckplatte und mindestens eine dazwischenliegende Reibscheibe umfasst, ist ausgebildet, eine Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs trennbar mit dem Hybridmodul zu koppeln. Die Trennkupplung ist erfindungsgemäß außerhalb des Rotors und in Axialrichtung zwischen dem Rotor und einem Zweimassenschwungrad angeordnet. Ein Deckel, in dem die Trennkupplung sitzt, ist drehfest mit dem Rotor verbunden.
  • Aus funktionaler Sicht hat es Vorteile, wenn die Trennkupplung aus dem Rotor auslagert ist. Dadurch kann so viel Energie wie möglich in die Trennkupplung umverteilt werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Trennkupplung außerhalb des Rotors ist deren Abmessung nicht durch den Rotorinnendurchmesser begrenzt. Die Trennkupplung kann somit einen großen Durchmesser aufweisen, wodurch sich viel thermische Masse axial und platzsparend realisieren lässt. Zudem lässt sich auch das entsprechende Verschleißvolumen der Reibscheibe der Trennkupplung einfacher umsetzten (Arbeitsbereich nicht zu groß). Ein weiterer Vorteil ist, dass die Betätigungskraft aufgrund des großen Durchmessers der Reibscheibe geringer ausfällt, als wenn die Trennkupplung, wie gemäß dem Stand der Technik, innerhalb des Rotors platziert würde.
  • Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann die Andruckplatte der Trennkupplung über Blattfedern in dem Deckel gelagert sein. Zur Betätigung der Trennkupplung sind mehrere Blattfedern mit einer Zugstange, welche durch eine Hohlwelle geführt ist, in Wirkzusammenhang. Mit dem Rotor selbst ist der Deckel angebracht, in dem die Anpressplatte über Blattfedern gelagert ist. Die Gegendruckplatte ist über Schrauben oder Nieten mit dem Deckel verbunden. Die Trennkupplung ist vorzugsweise „normally closed“ ausgeführt und die erforderliche Anpresskraft wird über eine Tellerfeder (Vielzahl von Blattfedern) erzeugt.
  • Die Trennkupplung und das Zweimassenschwungrad sind über eine Steckverzahnung gekoppelt, die eine Beweglichkeit der Reibscheibe in Axialrichtung ermöglicht. Bei der Montage im Kraftfahrzeug kann im ersten Schritt das Zweimassenschwungrad an der Kurbelwelle montiert werden. Anschließend erfolgt die Montage des Hybridmoduls. Die Schnittstelle zwischen Trennkupplung und dem Zweimassenschwungrad bildet die Steckverzahnung. Diese hat den Vorteil, dass sich die Trennkupplung und das Zweimassenschwungrad bei vorzentrierter Reibscheibe blind finden. Ebenso ist eine axiale Beweglichkeit der Reibscheibe beim Öffnen und Schließen der Trennkupplung ermöglicht.
  • Eine Lagerwand des Hybridmoduls ist zum Getriebe hin angeordnet, die über ein Wälzlager den Rotor lagert.
  • Dadurch, dass die Anfahrten (falls überhaupt erforderlich) über die Trennkupplung erfolgen können, kann die thermische Masse sowie der Verschleißbereich der Doppelkupplung reduziert werden. Um den Energieeintrag in die Doppelkupplung weiter zu reduzieren, kann der Synchronisationsvorgang während der Überschneidungsschaltung, insbesondere bei 5-2 bzw. 6-3 Rückschaltungen, mittels der elektrischen Maschine unterstützt werden. Hierbei wird der Verbrenner mit maximal zur Verfügung stehenden Drehmoment der elektrischen Maschine ansynchronisiert.
  • Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Trennkupplung schlupfend zu betreiben, so dass lediglich der Rotor der elektrischen Maschine (mit/ohne Unterstützung durch die elektrische Maschine selbst) ansynchronisiert werden muss. Hierdurch kann die thermische Masse und der Verschleißbereich der Doppelkupplung noch weiter reduziert werden. Das Umverteilen der Energie hat den Vorteil, dass kaum oder keine Wärme in den Rotor eingetragen wird und so die Gefahr einer thermischen Schädigung der Permanentmagnete verringert wird.
  • Aufgrund der beigefügten Zeichnungen werden nun die Erfindung und ihre Vorteile durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dadurch die Erfindung auf das gezeigte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Anordnung des erfindungsgemäßen Hybridmoduls zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe eines Kraftfahrzeugs; und
    • 2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Hybridmoduls.
  • Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
  • 1 zeigt eine schematische Anordnung des erfindungsgemäßen Hybridmoduls 1 zwischen der Brennkraftmaschine 100 und dem Getriebe 200 eines Kraftfahrzeugs. Durch die hier beschriebene Anordnung ist die Trennkupplung 8 des Hybridmoduls 1 außerhalb des Rotors 3 vorgesehen. Somit ist die Trennkupplung 8 nicht durch die Abmessung eines Rotorinnendurchmessers DI begrenzt. Die Trennkupplung 1 kann so auf großem Durchmesser platziert werden, wodurch sich viel thermische Masse axial platzsparend realisieren lässt. Zudem lässt sich auch das entsprechende Verschleißvolumen der Reibscheibe 11 (siehe 2) einfacher umsetzten. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Betätigungskraft aufgrund des großen Durchmessers der Reibscheibe 11 geringer ausfällt, als wenn die Trennkupplung 8 innerhalb des Rotors 3 platziert wäre. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist die Trennkupplung 8 zwischen der im Rotor 3 angeordneten Doppelkupplung 7 und einem Zweimassenschwungrad 20 vorgesehen. Das Zweimassenschwungrad 20 ist mit einer Kurbelwelle 101 der Brennkraftmaschine 100 und einer Welle 102 des Hybridmoduls 1 gekoppelt. Die Welle 102 des Hybridmoduls 1 ist ferner mit dem Getriebe 200 gekoppelt. Die Brennkraftmaschine 100, das Zweimassenschwungrad 20, das Hybridmodul 1 und das Getriebe 200 sind linear in Axialrichtung A angeordnet.
  • Dadurch dass die Anfahrten (falls überhaupt erforderlich) über die Trennkupplung 8 erfolgen können, kann die thermische Masse sowie der Verschleißbereich der Doppelkupplung 7 reduziert werden.
  • Eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hybridmoduls 1 ist in 2 dargestellt. Die elektrische Maschine 4 des Hybridmoduls 1 umfasst einen Rotor 3 und einen Stator 2. Der Rotor 3 ist über das Gehäuse 17 in Bezug auf den Stator 2 gelagert. Die Trennkupplung 8 ist am Rotor 3 über einen Deckel 12 angebunden. Die Trennkupplung 8 ist außerhalb des Rotors 3 und die Doppelkupplung 7 ist im Rotor 3 integriert. Die Doppelkupplung 7 kann je nach erforderlichen Drehmoment als Ein- oder Mehrscheibenkupplung ausgeführt werden.
  • Bei der hier dargestellten Ausführungsform sind die erste Teilkupplung 5 und die zweite Teilkupplung 6 der Doppelkupplung 7 als Mehrscheibenkupplungen ausgebildet. Es sind Aktoren 22 vorgesehen, die die erste Teilkupplung 5 und die zweite Teilkupplung 6 der Doppelkupplung 7 direkt über jeweils einen Drucktopf 24 betätigen. Eine Betätigung mittels einer Hebelübersetzung (hier nicht dargestellt) ist ebenfalls denkbar.
  • Durch die Anordnung der Trennkupplung 8 außerhalb des Rotors 3, also zwischen dem Rotor 3 und dem Zweimassenschwungrad 20, ist die Trennkupplung 8 in ihrer Abmessung nicht durch den Rotorinnendurchmesser DI (siehe 1) begrenzt. Die Trennkupplung 8 kann somit bezüglich ihres Durchmessers angepasst werden, wodurch sich viel thermische Masse in Axialrichtung A platzsparend realisieren lässt.
  • Die Trennkupplung 8 besteht aus einer Andruckplatte 9, einer Gegendruckplatte 10 und einer dazwischenliegenden Reibscheibe 11. Die Gegendruckplatte 10 ist über Schrauben/Nieten mit dem Deckel 12 verbunden, der drehfest mit dem Rotor 3 verbunden ist. Im Deckel 12 ist die Anpressplatte 9 über Blattfedern 14 gelagert. Die Trennkupplung 8 ist vorzugsweise geschlossen (normally closed) ausgeführt. Die erforderliche Anpresskraft wird über die Blattfedern 14 erzeugt.
  • Bei der Montage des Hybridmoduls 1 am Kraftfahrzeug kann im ersten Schritt das Zweimassenschwungrad 20 an der Kurbelwelle 101 (siehe 1) montiert werden. Anschließend wird das Hybridmodul 1 eingebaut. Die Schnittstelle zwischen der Trennkupplung 8 und dem Zweimassenschwungrad 20 ist als Steckverzahnung 16 ausgeführt. Diese Steckverzahnung 16 ermöglicht eine axiale Beweglichkeit der Reibscheibe 11 beim Öffnen und Schließen der Trennkupplung 8. Die Betätigung der Trennkupplung 8 erfolgt in der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung über eine Zugstange 13, welche durch eine Hohlwelle 30 des Hybridmoduls 1 nach außen geführt ist. Die Trennkupplung 8 ist über ein Ausrücklager 26 gelagert.
  • Um Bauraum einsparen zu können, ist eine Lagerwand 18 auf der Seite des Getriebes 200 angeordnet. Somit kann die Lagerwand 18 platzsparend zwischen die Nebenwellenaugen am Getriebe 200 angeordnet werden, was deutliche Bauraumvorteile hat. Die Lagerwand 18 bildet einen Teil des Gehäuses 17 des Hybridmoduls 1. Der Rotor 3 stützt sich über ein Wälzlager 19 an der Lagerwand 18 ab.
  • Die Erfindung wurde in Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass Abwandlungen und Änderungen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridmodul
    2
    Stator
    3
    Rotor
    4
    elektrische Maschine
    5
    erste Teilkupplung
    6
    zweite Teilkupplung
    7
    Doppelkupplung
    8
    Trennkupplung
    9
    Andruckplatte
    10
    Gegendruckplatte
    11
    Reibscheibe
    12
    Deckel
    13
    Zugstange
    14
    Blattfeder
    16
    Steckverzahnung
    17
    Gehäuse
    18
    Lagerwand
    19
    Wälzlager
    20
    Zweimassenschwungrad
    22
    Aktor
    24
    Drucktopf
    26
    Ausrücklager
    30
    Hohlwelle
    100
    Brennkraftmaschine
    101
    Kurbelwelle
    102
    Welle des Hybridmoduls
    103
    Ausgangswelle
    200
    Getriebe
    A
    Axialrichtung
    DI
    Rotorinnendurchmesser
  • 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 102010054545 A1 [0002]
    • DE 102009059944 A1 [0003]
    • WO 2018/064998 A1 [0004]

Claims (4)

  1. Hybridmodul (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (4) aus einem Stator (2) und einem Rotor (3), eine Doppelkupplung (7), bestehend aus einer ersten und zweiten Teilkupplung (5, 6), die dazu ausgebildet ist, das Hybridmodul (1) trennbar mit einem Getriebe (200) des Kraftfahrzeugs zu koppeln und eine Trennkupplung (8), die zumindest eine Andruckplatte (9), eine Gegendruckplatte (10) und mindestens eine dazwischenliegende Reibscheibe (11) umfasst, die ausgebildet ist, eine Brennkraftmaschine (100) des Kraftfahrzeugs trennbar mit dem Hybridmodul (1) zu koppeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (8) außerhalb des Rotors (3) und in Axialrichtung (A) zwischen dem Rotor (3) und einem Zweimassenschwungrad (20) angeordnet ist, und dass ein Deckel (12) drehfest mit dem Rotor (3) verbunden ist, in dem die Trennkupplung (8) sitzt.
  2. Hybridmodul (1) nach Anspruch 1, wobei die Andruckplatte (9) der Trennkupplung (8) über Blattfedern (14) in dem Deckel (12) gelagert ist, und wobei zur Betätigung der Trennkupplung (8) die Blattfedern (14) mit einer Zugstange (13), welche durch eine Hohlwelle (30) geführt ist, in Wirkzusammenhang ist.
  3. Hybridmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trennkupplung (8) und das Zweimassenschwungrad (20) über eine Steckverzahnung (16) gekoppelt sind, die eine Beweglichkeit der Reibscheibe (11) in Axialrichtung (A) ermöglicht.
  4. Hybridmodul (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Lagerwand (18) des Hybridmoduls (1) zum Getriebe (200) hin angeordnet ist, die über ein Wälzlager (19) den Rotor (3) lagert.
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