DE102019131021A1 - Hybridmodul mit hinsichtlich Verschiebereibung optimierter Trennkupplung - Google Patents

Hybridmodul mit hinsichtlich Verschiebereibung optimierter Trennkupplung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem Gehäuse (2), einer mit einer Verbrennungskraftmaschine koppelbaren, relativ zu dem Gehäuse (2) verdrehbar gelagerten Eingangswelle (3), einer elektrischen Maschine (4), wobei ein einen Rotor (5) der elektrischen Maschine (4) aufnehmender Rotorträger (6) permanent mit der Eingangswelle (3) verbunden ist, sowie einer zumindest abschnittsweise radial innerhalb und zumindest abschnittsweise axial auf gleicher Höhe mit dem Rotor (5) angeordneten Trennkupplung (7), wobei die Trennkupplung (7) einen drehfest an dem Rotorträger (6) aufgenommenen ersten Kupplungsbestandteil (8a) sowie einen wahlweise mit dem ersten Kupplungsbestandteil (8a) koppelbaren, zur Verbindung mit einer Getriebewelle vorbereiteten, zweiten Kupplungsbestandteil (8b) aufweist, wobei der zweite Kupplungsbestandteil (8b) nicht mehr als zwei axial beabstandete Reibsegmente (9a, 9b) aufweist, wobei axial zwischen diesen beiden Reibsegmenten (9a, 9b) eine Zwischenplatte (10) des ersten Kupplungsbestandteils (8a) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder sonstigen Nutzfahrzeuges, mit einem Gehäuse, einer mit einer Verbrennungskraftmaschine koppelbaren, relativ zu dem Gehäuse verdrehbar gelagerten Eingangswelle, einer elektrischen Maschine, wobei ein einen Rotor der elektrischen Maschine aufnehmender Rotorträger permanent mit der Eingangswelle verbunden ist, sowie einer zumindest abschnittsweise radial innerhalb und zumindest abschnittsweise axial auf gleicher Höhe mit dem Rotor angeordneten Trennkupplung, wobei die Trennkupplung einen drehfest an dem Rotorträger aufgenommenen ersten Kupplungsbestandteil sowie einen wahlweise mit dem ersten Kupplungsbestandteil koppelbaren, zur Verbindung mit einer Getriebewelle vorbereiteten, zweiten Kupplungsbestandteil aufweist.
  • Gattungsgemäße Hybridmodule sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. In diesem Zusammenhang offenbart bspw. die DE 10 2018 112 281 A1 ein Hybridmodul mit hydraulisch gekühlter Reibkupplung.
  • Als Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen hat es sich jedoch herausgestellt, dass die verwendeten Kupplungen durch die relativ hohe Anzahl an einzelnen Reiblamellen beim Betätigen der Kupplung eine relativ große Verschiebereibung aufweisen, die durch das relative Verschieben der Reiblamellen entsteht. Ein weiterer Nachteil besteht aufgrund der hohen Anzahl an Reiblamellen darin, dass ein relativ hohes Schleppmoment der entsprechenden Kupplungsbestandteile auf den Antriebsstrang einwirkt.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere ein mit einer Trennkupplung ausgestattetes Hybridmodul zur Verfügung zu stellen, das möglichst effizient betätigbar ist sowie einen hinsichtlich seines Wirkungsgrades verbesserten Betrieb eines hybriden Antriebsstrangs ermöglicht.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zweite Kupplungsbestandteil nicht mehr als / ausschließlich zwei axial beabstandete Reibsegmente aufweist, wobei axial zwischen diesen beiden Reibsegmenten eine Zwischenplatte des ersten Kupplungsbestandteils angeordnet ist.
  • Durch diese Umsetzung der Trennkupplung als Zweischeibenkupplung werden die benötigten Reibpartner auf ein Minimum reduziert. Somit wird einerseits das Schleppmoment, wie es auf den weiteren Antriebsstrang einwirkt, deutlich reduziert. Zudem wird durch die Reduktion an Reibpartnern auch die beim Betätigen der Trennkupplung entstehende Verlustreibung deutlich reduziert.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
  • Demnach ist es weiterhin von Vorteil, wenn die beiden Reibsegmente an einem gemeinsamen Grundträger angebunden sind. Der Grundträger ist weiter bevorzugt mit einer Nabe gekoppelt. Dadurch ist der zweite Kupplungsbestandteil möglichst einfach herstellbar.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn ein erstes Reibsegment eine Trägerscheibe aufweist, die unmittelbar den Grundträger ausbildet oder mit diesem verbunden ist.
  • Ist ein zweites Reibsegment axial federnd an dem Grundträger befestigt, wird eine möglichst weiche axiale Anbindung der beiden Reibsegmente erzielt, wodurch zugleich eine möglichst geringe Verlustreibung bei deren relativer axialer Verschiebung erzeugt wird.
  • Zudem ist es zweckmäßig, wenn die Zwischenplatte mittels zumindest einer ersten Blattfedereinheit axial relativ zu dem Rotorträger verlagerbar mit dem Rotorträger verbunden ist.
  • In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn die Zwischenplatte derart mit der zumindest einen ersten Blattfedereinheit zusammenwirkt, dass die Zwischenplatte in einer geöffneten Stellung der Trennkupplung an einem durch den Rotorträger gebildeten Anschlag anliegt. Somit wird eine Zwangspositionierung in der geöffneten Stellung der Kupplung ermöglicht, wodurch das Schleppmoment weiter reduziert wird.
  • Ist eine dem ersten Kupplungsbestandteil zugeordnete Anpressplatte mittels zumindest einer zweiten Blattfedereinheit relativ zu dem Rotorträger verlagerbar mit dem Rotorträger verbunden, ist die Anpressplatte ebenfalls möglichst platzsparend und direkt an dem Rotorträger angebunden.
  • Von Vorteil ist es zudem, wenn zur Betätigung der Trennkupplung ein hydraulischer Nehmerzylinder gehäuseseitig aufgenommen ist, wobei ein Kolben des Nehmerzylinders mittels eines den Rotorträger axial durchdringenden Drucktopfes mit der Anpressplatte bewegungsgekoppelt ist.
  • Die durch die zumindest eine zweite Blattfedereinheit generierte Vorspannkraft ist dabei weiter bevorzugt derart gewählt, dass in einem drucklosen Zustand des Nehmerzylinders der Kolben durch die zumindest eine zweite Blattfedereinheit in seine eingerückte Stellung zurückgedrückt wird.
  • Ist der Rotorträger mittels einer Zwischennabe mit der Eingangswelle verdrehfest verbunden, wird der Zusammenbau des Hybridmoduls weiter vereinfacht.
  • Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Trennkupplung trocken laufend umgesetzt ist.
  • Zudem ist es zweckmäßig, wenn der Rotorträger mit einem eine Drehwinkelposition des Rotors erfassenden Rotorlagesensor wirkverbunden ist.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein Hybridmodul in P1-Anordnung umgesetzt, wobei die Trennkupplung mit einer optimierten Verschiebereibung ausgebildet ist. Die Trennkupplung wird in den Rotor als eine Zweischeibenkupplung mit einer axial weichen Anbindung der Kupplungsscheiben (Reibsegmente) eingesetzt.
  • Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand einer Figur näher erläutert. Es zeigt die einzige 1 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Hybridmoduls nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
  • Wie in 1 zu erkennen, ist das erfindungsgemäße Hybridmodul 1 als eine, eine elektrische Maschine 4 und eine Trennkupplung 7 aufweisende Baueinheit umgesetzt. Das Hybridmodul 1 weist eine so genannte P1-Anordnung auf, in der eine Eingangswelle 3 direkt und permanent mit einem mit einem Rotor 5 der elektrischen Maschine 4 gekoppelten Rotorträger 6 verbunden ist. Das Hybridmodul 1 ist in seinem bevorzugten Einsatzbereich in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zwischen einer hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe wirkend eingesetzt.
  • Die elektrische Maschine 4 weist einen fest in einem Gehäuse 2 des Hybridmoduls 1 aufgenommenen Stator 22 auf. Relativ zu diesem Stator 22 ist der Rotor 5 der elektrischen Maschine 4 verdrehbar gelagert. Die verdrehbare Lagerung erfolgt über einen, den Rotor 5 zu seiner radialen Außenseite hin aufnehmenden Rotorträger 6 sowie ein den Rotorträger 6 relativ zu dem Gehäuse 2 abstützendes Zentrallager 23.
  • Der Rotorträger 6 ist in dieser Ausführung mehrteilig umgesetzt. Ein unmittelbar den Rotor 5 aufnehmendes Hülsenelement 24 ist fest mit einem Stützflansch 25 verbunden. Der Stützflansch 25 verläuft in radialer Richtung / radial (r) und ist über das Zentrallager 23 direkt an dem Gehäuse 2 abgestützt. Zudem weist der Rotorträger 6 eine Zwischennabe 20 auf, die drehfest mit der Eingangswelle 3 verbunden ist. Die Zwischennabe 20 ist vorzugsweise über eine Nietverbindung unmittelbar an dem Stützflansch 25 befestigt. Die Zwischennabe 20 ist über eine Steckverzahnung 26 mit der Eingangswelle 3 verdrehfest verbunden.
  • Die Eingangswelle 3 durchdringt eine zentrale Öffnung 27 des Gehäuses 2 und ist in einem aus dem Gehäuse 2 hinausragenden Bereich mit einem Torsionsschwingungsdämpfer 28 verbunden. Der Torsionsschwingungsdämpfer 28 ist wiederum mit einer Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine im Betrieb verbunden. Der Torsionsschwingungsdämpfer 28 ist hierbei als ein Zweimassenschwungrad mit integriertem Fliehkraftpendel realisiert.
  • Erfindungsgemäß ist an dem Rotorträger 6 eine Trennkupplung 7 angebunden, welche Trennkupplung 7 als eine Zweischeibenkupplung realisiert ist. Die Trennkupplung 7 weist einen ersten Kupplungsbestandteil 8a auf, der direkt mit dem Rotorträger 6 verbunden ist / an diesem aufgenommen ist. Ein zweiter Kupplungsbestandteil 8b der Trennkupplung 7 ist zur weiteren Verbindung mit einer Getriebeeingangswelle des Getriebes vorbereitet.
  • Des Weiteren geht aus 1 hervor, dass der erste Kupplungsbestandteil 8a eine verdrehfest an dem Rotorträger 6 befestigte Zwischenplatte 10, eine Anpressplatte 15 sowie eine Gegendruckplatte 29 aufweist. Die drei Platten 10, 15, 29 sind relativ zueinander in einer axialen Richtung / axial (a) beabstandet sowie relativ zueinander verschiebbar an dem Rotorträger 6 aufgenommen.
  • Es ist zu erkennen, dass die Anpressplatte 15 mittels einer (zweiten) Blattfedereinheit 16 an dem Rotorträger 6, nämlich hier dem Stützflansch 25, angebracht ist, sodass sie drehfest mit dem Rotorträger 6 gekoppelt ist, jedoch relativ zu diesem axial verlagerbar ist. Auch die Zwischenplatte 10 ist über eine (erste) Blattfedereinheit 13 relativ zu dem Rotorträger 6 axial verlagerbar, jedoch verdrehfest an diesem angebracht. Die Gegendruckplatte 29 ist auf typische Weise axial sowie drehfest an dem Rotorträger 6 befestigt.
  • Die Anpressplatte 15 ist mittels eines Drucktopfes 19 mit einem hydraulischen Nehmerzylinder 17, nämlich einem verschiebbaren Kolben 18 des Nehmerzylinders 17, bewegungsgekoppelt. Der Nehmerzylinder 17 ist ebenfalls in dem Gehäuse 2 aufgenommen. Der Nehmerzylinder 17 ist als ein konzentrischer Kupplungsnehmerzylinder (CSC) ausgebildet.
  • Der zweite Kupplungsbestandteil 8b weist zwei axial weich zueinander aufgenommene Reibsegmente 9a, 9b auf, die jeweils eine Kupplungsscheibe ausbilden. Ein erstes Reibsegment 9a ist über seine aus einem axial verformbaren Blech ausgebildete Trägerscheibe 12 mit einem Grundträger 11 verbunden. Der Grundträger 11 ist wiederum fest mit einem Nabenkörper / einer Nabe 21 verbunden, die dann über eine Steckverbindung mit der Getriebeeingangswelle im Betrieb verbunden ist. Ein zweites Reibsegment 9b ist in axialer Richtung relativ zu dem ersten Reibsegment 9a federelastisch / federnd aufgenommen. Eine ebenfalls axial federnd umgesetzte und aus einem Blech ausgeformte Koppelscheibe 30 des zweiten Reibsegments 9b ist mit dem Grundträger 11 verbunden. Die beiden Reibsegmente 9a, 9b sind somit mit ihren mit der Zwischenplatte 10 zusammenwirkenden Reibflächen zueinander axial beabstandet, wobei axial zwischen ihnen die Zwischenplatte 10 hineinragt.
  • Des Weiteren ist in dieser Ausführung erkennbar, dass die Trennkupplung 7, insbesondere mit ihren beiden Reibsegmenten 9a, 9b radial innerhalb des Rotors 5 angeordnet ist. Auch ist das erste Reibsegment 9a in axialer Richtung auf gleicher Höhe mit dem Rotor 5 angeordnet.
  • Der Rotorträger 6 ist zudem derart ausgebildet, dass in einer geöffneten Stellung der Trennkupplung 7 die Zwischenplatte 10 an einem durch den Rotorträger 6, hier durch eine axiale Stirnseite des Hülsenelementes 24, gebildeten Anschlag 14 anliegt.
  • Ein Rotorlagesensor 31 dient zum Ermitteln einer Drehwinkelposition des Rotors 5. Der Rotorlagesensor 31 wirkt dabei mit einem an dem Rotorträger 6, hier dem Hülsenelement 24, aufgenommenen Geberteil 32 zusammen. Der Rotorlagesensor 31 befindet sich radial innerhalb des Hülsenelementes 24.
  • In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß eine rotorintegrierte Trennkupplung 7, ausgeführt als Zweischeibenkupplung, umgesetzt. Die Scheiben 9a, 9b der Trennkupplung 7 weisen eine axial weiche Anbindung auf (keine Verschiebereibung). Eine Betätigung der Trennkupplung 7 erfolgt mittels hydraulischem Aktor und CSC 17. Auch ist ein Rotorlagesensor 31 integriert.
  • Das Hybridmodul 1 weist eine E-Maschine 4, eine rotorintegrierte Trennkupplung 7, einen hydraulischen Ausrücker 17 und einen Rotorlagesensor 31 auf. Der Rotor 5 der E-Maschine 4 ist über das Zentrallager 23 auf dem Gehäuse 2 gelagert und nimmt den Rotor (Geberteil 32) des Rotorlagesensors 31 auf. Die Verbindung zum Verbrennungsmotor (bzw. Dämpfer 28) erfolgt formschlüssig über eine am Rotorträger 6 angenietete Nabe 20 und eine Zwischenwelle 3. Die Zwischenwelle 3 ist im Gehäuse 2 gelagert. Die Trennkupplung 7 ist rotorintegriert und als Zweischeibenkupplung ausgeführt. Die Anpressplatte 15, Zwischenplatte 10 und Gegendruckplatte 29 sind der E-Maschine 4 zugeordnet. Die Anpressplatte 15 und Zwischenplatte 10 sind über Blattfedern 13, 16 axial verlagerbar mit dem Rotor 5 verbunden. Die Zwischenplatte 10 wird durch die Blattfederkraft im geöffneten Zustand der Kupplung 7 gegen einen Anschlag 14 am Rotor 5 gedrückt und so axial positioniert. Durch die Zwangspositionierung wird das Schleppmoment auf ein Minimum reduziert. Die Blattfedern 16 zwischen Anpressplatte 15 und Rotor 6 stellen die Rückstellkraft für den Ausrücker 17 zur Verfügung. Durch die axialweiche Anbindung der Scheiben 9a, 9b treten keine Verschiebereibungskräfte auf. Die Scheiben 9a, 9b sind über die Nabe 21 mit dem Getriebe verbunden. Die Betätigung der Trennkupplung 7 erfolgt über ein CSC 17. Wird dieses mit Öldruck beaufschlagt, wird die die Trennkupplung 7 über einen Drucktopf 19 zugedrückt. Die Betätigungskraft wird intern über das Rotorlager 23 abgestützt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridmodul
    2
    Gehäuse
    3
    Eingangswelle
    4
    elektrische Maschine
    5
    Rotor
    6
    Rotorträger
    7
    Trennkupplung
    8a
    erster Kupplungsbestandteil
    8b
    zweiter Kupplungsbestandteil
    9a
    erstes Reibsegment
    9b
    zweites Reibsegment
    10
    Zwischenplatte
    11
    Grundträger
    12
    Trägerscheibe
    13
    erste Blattfedereinheit
    14
    Anschlag
    15
    Anpressplatte
    16
    zweite Blattfedereinheit
    17
    Nehmerzylinder
    18
    Kolben
    19
    Drucktopf
    20
    Zwischennabe
    21
    Nabe
    22
    Stator
    23
    Zentrallager
    24
    Hülsenelement
    25
    Stützflansch
    26
    Steckverzahnung
    27
    Öffnung
    28
    Torsionsschwingungsdämpfer
    29
    Gegendruckplatte
    30
    Koppelscheibe
    31
    Rotorlagesensor
    32
    Geberteil
  • 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 102018112281 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Hybridmodul (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem Gehäuse (2), einer mit einer Verbrennungskraftmaschine koppelbaren, relativ zu dem Gehäuse (2) verdrehbar gelagerten Eingangswelle (3), einer elektrischen Maschine (4), wobei ein einen Rotor (5) der elektrischen Maschine (4) aufnehmender Rotorträger (6) permanent mit der Eingangswelle (3) verbunden ist, sowie einer zumindest abschnittsweise radial innerhalb und zumindest abschnittsweise axial auf gleicher Höhe mit dem Rotor (5) angeordneten Trennkupplung (7), wobei die Trennkupplung (7) einen drehfest an dem Rotorträger (6) aufgenommenen ersten Kupplungsbestandteil (8a) sowie einen wahlweise mit dem ersten Kupplungsbestandteil (8a) koppelbaren, zur Verbindung mit einer Getriebewelle vorbereiteten, zweiten Kupplungsbestandteil (8b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kupplungsbestandteil (8b) nicht mehr als zwei axial beabstandete Reibsegmente (9a, 9b) aufweist, wobei axial zwischen diesen beiden Reibsegmenten (9a, 9b) eine Zwischenplatte (10) des ersten Kupplungsbestandteils (8a) angeordnet ist.
  2. Hybridmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Reibsegmente (9a, 9b) an einem gemeinsamen Grundträger (11) angebunden sind.
  3. Hybridmodul (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Reibsegment (9a) eine Trägerscheibe (12) aufweist, die unmittelbar den Grundträger (11) ausbildet oder mit diesem verbunden ist.
  4. Hybridmodul (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Reibesegment (9b) axial federnd an dem Grundträger (11) befestigt ist.
  5. Hybridmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (10) mittels zumindest einer ersten Blattfedereinheit (13) axial relativ zu dem Rotorträger (6) verlagerbar mit dem Rotorträger (6) verbunden ist.
  6. Hybridmodul (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (10) derart mit der zumindest einen ersten Blattfedereinheit (13) zusammenwirkt, dass die Zwischenplatte (10) in einer geöffneten Stellung der Trennkupplung (7) an einem durch den Rotorträger (6) gebildeten Anschlag (14) anliegt.
  7. Hybridmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem ersten Kupplungsbestandteil (8a) zugeordnete Anpressplatte (15) mittels zumindest einer zweiten Blattfedereinheit (16) relativ zu dem Rotorträger (6) verlagerbar mit dem Rotorträger (6) verbunden ist.
  8. Hybridmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung der Trennkupplung (1) ein hydraulischer Nehmerzylinder (17) gehäuseseitig aufgenommen ist, wobei ein Kolben (18) des Nehmerzylinders (17) mittels eines den Rotorträger (6) axial durchdringenden Drucktopfes (19) mit der Anpressplatte (15) bewegungsgekoppelt ist.
  9. Hybridmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorträger (6) mittels einer Zwischennabe (20) mit der Eingangswelle (3) verdrehfest verbunden ist.
  10. Hybridmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (7) trockenlaufend umgesetzt ist.
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