DE102020101792A1 - Hybridmodul - Google Patents

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Marc Finkenzeller
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Hybridmodul (1) für einen Antriebsstrang (31) eines Kraftfahrzeuges (30), umfassend- einen Elektromotor (2) mit- einem Stator (3) und- einem um eine Drehachse (5) gegen den Stator (3) rotierbaren und in Bezug auf die Drehachse (5) radial innerhalb des Stators (3) ausgebildeten Rotor (4); und- einem Trennkupplungsmodul (8) mit- einer Reibkupplung (9); und- einem Dämpfungsmodul (18), welches mit der Reibkupplung (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibkupplung (9) in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse (5) innerhalb von Stator (3) und Rotor (4) und das Dämpfungsmodul (18) in radialer Richtung innerhalb zumindest des Stators (3) ausgebildet ist, wobei die Reibkupplung (9) in Richtung der Drehachse (5) innerhalb von Stator (3) und Rotor (4) und das Dämpfungsmodul (18) zumindest teilweise innerhalb des Stators (3) ausgebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridmodul mit integrierter Reibkupplung als Trennkupplung und integriertem Dämpfungsmodul zur Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten eines Verbrennungsmotors in einem hybriden Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
  • Kraftfahrzeuge mit hybriden Antriebssträngen, die also sowohl einen Verbrennungsmotor als auch mindestens einen Elektromotor als Drehmomentquelle zum Antrieb des Kraftfahrzeugs umfassen, werden vermehrt in den Markt gebracht. Hierbei besteht das Bedürfnis, die im Vergleich zu klassischen Kraftfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor zusätzlichen für einen hybriden Antriebsstrang notwendigen Komponenten, insbesondere einen Elektromotor und eine Trennkupplung zum Abtrennen des Verbrennungsmotors, in einem Hybridmodul zusammenzufassen, welches zum Aufbau eines hybriden Antriebsstrang platzsparend verbaut werden kann. Insbesondere der in Richtung der Drehachse (axial) notwendige Bauraum ist dabei kritisch.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein Hybridmodul anzugeben, welches in axialer Richtung kompakt aufgebaut ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Das erfindungsgemäße Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfasst
    • - einen Elektromotor mit
      • - einem Stator und
      • - einem um eine Drehachse gegen den Stator rotierbaren und in Bezug auf die Drehachse radial innerhalb des Stators ausgebildeten Rotor; und
    • - ein Trennkupplungsmodul mit
      • - einer Reibkupplung; und
      • - einem Dämpfungsmodul, welches mit der Reibkupplung verbunden ist, und zeichnet sich dadurch aus, dass die Reibkupplung in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse innerhalb von Stator und Rotor und das Dämpfungsmodul in radialer Richtung innerhalb zumindest des Stators ausgebildet ist, wobei die Reibkupplung in Richtung der Drehachse innerhalb von Stator und Rotor und das Dämpfungsmodul zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, innerhalb des Stators ausgebildet ist
  • In diesem Dokument beziehen sich die Bezeichnungen „radial“ und „axial“ jeweils auf die Drehachse. Mit „radial“ wird also „radial in Bezug auf die Drehachse“ und mit „axial“ „axial in Bezug auf die Drehachse“ gemeint. Die Drehachse ist allen Komponenten des Hybridmoduls gemein, Elektromotor mit dem Rotor, die Reibkupplung und das Dämpfungsmodul sind koaxial in Bezug auf die Drehachse. Das Hybridmodul ist insbesondere geeignet und bestimmt, zwischen einer Abtriebswelle oder Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors einerseits und einem Getriebe mit Getriebeeingangswelle andererseits eingesetzt zu werden. Insbesondere ist das Getriebe ein Mehrkupplungsgetriebe wie beispielsweise ein Doppelkupplungsgetriebe.
  • Die Reibkupplung wirkt als Trennkupplung (oder K0-Kupplung) für den Verbrennungsmotor. Die Reibkupplung ist bevorzugt als so genannte Einscheibenkupplung mit einer Kupplungsscheibe, die zwischen zwei Platten zur Bildung eines Reibverbundes verpresst werden kann, ausgebildet oder als übliche Mehrscheibenkupplung, in der mehrere Kupplungsscheiben oder Lamellen mit einer entsprechenden Zahl von Platten zur Bildung des Reibverbundes verpresst werden.
  • Bevorzugt ist eine Schwungmasse oder ein Schwungrad des Verbrennungsmotors mit einem Dämpfereingangsflansch des Dämpfungsmoduls verbunden und ein Dämpferausgangsflansch des Dämpfungsmoduls mit (einer oder mehreren) Kupplungsscheibe(n) oder den entsprechenden Platten, so dass Drehmoment vom Verbrennungsmotor über das Dämpfungsmodul und die Reibkupplung zu einem Abtrieb übertragen werden kann. Das Dämpfungsmodul, welches beispielsweise einen Drehschwingungsdämpfer und/oder ein Fliehkraftpendel umfasst, bewirkt eine Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten, die aus dem Betrieb des Verbrennungsmotors stammen.
  • Der Aufbau des Hybridmoduls mit einer vollständig im Inneren des Elektromotors aufgenommenen Reibkupplung und einem zumindest teilweise im Inneren des Elektromotors aufgenommenen Dämpfungsmodul führt zu einem kompakten Aufbau des Hybridmoduls. Die Länge des Hybridmoduls, also die axiale Erstreckung des Hybridmoduls, sinkt dadurch im Vergleich zu Anwendungen, bei denen die Reibkupplung und/oder der Dämpfer außerhalb des Elektromotors angeordnet sind. Bevorzugt ist das Dämpfungsmodul dabei nicht innerhalb des Rotors, sondern innerhalb des Stators ausgebildet, da so in radialer Richtung ein größerer Durchmesser zur Verfügung steht als bei einer Ausgestaltung im Rotor. Dies erleichtert die entsprechende Auswahl von Schwingungsmoden, die gedämpft werden sollen. Bevorzugt ist das Dämpfungsmodul zu einem großen Anteil innerhalb des Stators ausgebildet, so dass nur ein kleiner Teil axial aus dem Stator herausragt. Bevorzugt liegen mindestens 70% der axialen Erstreckung des Dämpfungsmoduls radial innerhalb des Stators, insbesondere mindestens 80% oder sogar 100%.
  • Bevorzugt umfasst das Trennkupplungsmodul eine Betätigungseinrichtung, die einen hydraulischen Zylinder aufweist. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der ein Drucktopf auf eine Anpressplatte der Reibkupplung wirkt und der Drucktopf durch den hydraulischen Zylinder in axialer Richtung bewegt werden kann. Der hydraulische Zylinder ist insbesondere ein Nehmerzylinder, der über einen entsprechenden Geberzylinder betätigt wird.
  • Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Betätigungseinrichtung innerhalb des Elektromotors ausgebildet ist. Dies spart axialen Bauraum, der ansonsten durch die Betätigungseinrichtung belegt wäre.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass der hydraulische Zylinder in einer Lagerwand des Hybridmoduls integriert ist. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau der Betätigungseinrichtung und des Hybridmoduls.
  • Bevorzugt umfasst das Hybridmodul eine Abtriebsanbindung, die drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden ist. Durch die Abtriebsanbindung wird Drehmoment aus dem Hybridmodul in Richtung Getriebe übertragen. Weiterhin ist die Abtriebsanbindung abtriebsseitig mit der Reibkupplung verbunden, um sowohl Drehmoment vom Verbrennungsmotor als auch vom Elektromotor in Richtung Getriebe übertragen zu können.
  • Bevorzugt ist die Abtriebsanbindung als Flansch ausgebildet ist, der in radialer Richtung in Bezug auf die Drehachse zwischen Stator und Dämpfungsmodul ausgebildet ist. Dies ermöglicht einen in radialer Richtung kompakten Aufbau des Hybridmoduls.
  • Das Dämpfungsmodul umfasst bevorzugt einen Drehschwingungsdämpfer (Torsionsschwingungsdämpfer). Dieser weist einen Dämpfereingangsflansch und einen Dämpferausgangsflansch auf, zwischen denen Federmittel, beispielsweise umfassen in Umfangsrichtung bezogen auf die Drehachse angeordnete Schraubenfedern, ausgebildet sind.
  • Weiterhin wird ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend ein erfindungsgemäßes Hybridmodul. Der Antriebsstrang umfasst bevorzugt einen Verbrennungsmotor mit einer Schwungmasse, die drehmomentübertragend mit einem Dämpfereingangsflansch des Dämpfungsmoduls verbunden ist. Bevorzugt ist der Dämpferausgangsflansch mit der Reibkupplung verbunden. Der Antriebsstrang ist ein hybrider Antriebsstrang, in dem Drehmoment von einem Verbrennungsmotor und/oder mindestens einem Elektromotor zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend einen Verbrennungsmotor und einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang.
  • Die für das Hybridmodul offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf den erfindungsgemäßen Antriebsstrang und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen und jeweils umgekehrt.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
    • 1: Schnitt durch ein Beispiel eines Hybridmoduls; und
    • 2: ein Beispiel eines Kraftfahrzeugs mit Antriebsstrang und Hybridmodul.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines Hybridmoduls 1 für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Das Hybridmodul 1 umfasst einen Elektromotor 2, der einen Stator 3 und einen relativ zum Stator 3 verdrehbaren Rotor 4 umfasst. Der Rotor 4 ist dabei um eine Drehachse 5 verdrehbar. Hierzu ist der Rotor 4 mittels eines Rotorlagers 6 drehbar auf einer Lagerwand 7 gelagert. Die Lage des Rotors 4 kann durch einen Rotorlagesensor 29 detektiert werden.
  • Weiterhin umfasst das Hybridmodul 1 ein Trennkupplungsmodul 8. Das Trennkupplungsmodul 8 umfasst eine Reibkupplung 9, die als Trennkupplung (K0 Kupplung)zum Abtrennen eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) eines Antriebsstrangs eines hybrid angetriebenen Kraftfahrzeugs dient. Ist die Reibkupplung 9 geöffnet, kann kein Drehmoment vom Verbrennungsmotor in den Antriebsstrang und insbesondere zu dem mindestens einen angetriebenen Rad des Kraftfahrzeugs geleitet werden. Somit kann das Kraftfahrzeug rein elektrisch betrieben werden.
  • Die Reibkupplung 9 umfasst im vorliegenden Beispiel eine Kupplungsscheibe 10 mit Reibbelägen 11, die zum Schließen der Reibkupplung 9 zwischen einer Anpressplatte 12 und einer Gegendruckplatte 13 gepresst wird. Hierdurch entsteht eine reibschlüssige Verbindung, so dass Drehmoment über die Reibkupplung 9 übertragen werden kann. Die Kupplungsscheibe 10 ist in Richtung der Drehachse 5 beweglich ausgelegt, insbesondere durch eine flexible Ausgestaltung. Zum Anpressen des Anpressplatte 12, dass heißt zur Bewegung der Anpressplatte in Betätigungsrichtung 14 ist die Anpressplatte 12 drehfest mit einem Drucktopf 15 verbunden, der über einen Nehmerzylinder 16 mit Hydraulikmedium beaufschlagbar ist. Für eine Rückstellung der Anpressplatte 12 und damit des Drucktopfes 15 ist zwischen Anpressplatte 12 und Rotorlager 6 mindestens eine Blattfeder 17 ausgebildet, die eine Rückstellkraft entgegen der Betätigungsrichtung 14 bewirkt, wenn die durch den Nehmerzylinder 16 aufgebrachte Kraft in Betätigungsrichtung 14 kleiner wird als die durch die mindestens eine Blattfeder 17 aufgebrachte Kraft entgegen der Betätigungsrichtung 14. Ist dies der Fall, wird der Reibverbund zwischen Anpressplatte 12, Kupplungsscheibe 11 und Gegendruckplatte 13 gelöst, so dass kein Drehmoment mehr über die Reibkupplung 9 übertragen wird. Statt einer Einscheibenkupplung mit einer Kupplungsscheibe 10 kann die Reibkupplung 9 auch als Mehrscheibenkupplung oder Lamellenkupplung ausgebildet werden. Drucktopf 15 und Nehmerzylinder 16 bilden eine hydraulisch betätigte Betätigungseinrichtung 28 der Reibkupplung 9. Die Betätigungseinrichtung 28 ist vollständig radial innerhalb des Rotors 4 des Elektromotors 2 ausgebildet. Der Nehmerzylinder 16 ist in die Lagerwand 7 integriert.
  • Weiterhin umfasst das Trennkupplungsmodul 8 ein Dämpfungsmodul 18, welches im vorliegenden Fall einen Drehschwingungsdämpfer 19 umfasst, in üblicher Weise aus einem Dämpfereingangsflansch 20 und einem relativ gegen den Dämpfereingangsflansch 20 verdrehbaren Dämpferausgangsflansch 21 umfasst, wobei zwischen Dämpfereingangsflansch 20 und Dämpferausgangsflansch 21 mehrere Federmittel 22 ausgebildet sind, so dass Drehungleichförmigkeiten zwischen Dämpfereingangsflansch 20 und Dämpferausgangsflansch 21 gedämpft werden können. Jedes Federmittel 22 umfasst dabei mindestens eine Schraubenfeder, die in Bezug auf die Drehachse 5 in Umfangsrichtung verlaufen. Das Dämpfungsmodul 18 ist über ein Lager 26 gelagert.
  • Der Dämpfereingangsflansch 20 ist dabei formschlüssig mit einem Zwischenflansch 23 verbunden, der wiederum direkt mit einer Schwungmasse 24 (Schwungrad) des Verbrennungsmotors verbunden ist. Der Dämpferausgangsflansch 21 ist dabei über eine Verzahnung 27 mit der Kupplungsscheibe 10 verbunden. Ist nun die Reibkupplung 9 geschlossen, bilden also Anpressplatte 12, Kupplungsscheibe 10 und Gegendruckplatte 13 einen Reibverbund, so wird Drehmoment von der Schwungmasse 24, also dem Verbrennungsmotor, über das Dämpfermodul 18 und die Kupplungsscheibe 10 auf die Gegendruckplatte 13 übertragen, die wiederum mit einer Abtriebsanbindung 25 verbunden ist. Die Abtriebsanbindung 25 ist dabei beispielsweise mit einer Getriebeeingangswelle eines nicht gezeigten Getriebes verbunden. Die Abtriebsanbindung 25 ist als mit dem Rotor 4 verbundener Flansch ausgebildet. Die Abtriebsanbindung 25 liegt dabei radial in Bezug auf die Drehachse 5 zwischen Stator 3 und Dämpfungsmodul 18.
  • Im Hybridmodul 1 sind Elektromotor 2, Reibkupplung 9 und Dämpfungsanordnung 18 koaxial zur Drehachse 5 ausgebildet. Der Nehmerzylinder 16 ist in die Lagerwand 7 integriert. Das Hybridmodul 1 ist so ausgebildet, dass die Reibkupplung 9 des Trennkupplungsmoduls 8 in Bezug auf die Drehachse 5 radial innerhalb des Rotors 4 und damit auch des Stators 3 des Elektromotors 2 ausgebildet ist und axial in Bezug auf die Drehachse 5 weder Rotor 4 noch Stator 3 überragt. Die Reibkupplung 9 ist also innerhalb des Rotors 4 ausgebildet. Das Dämpfungsmodul 18 ist dabei in Richtung der Drehachse 5 axial außerhalb des Rotors 4 aber in Bezug auf die Drehachse 5 radial zumindest teilweise innerhalb des Stators 3 ausgebildet. Bevorzugt sind mindestens 70% der Ausdehnung des Dämpfungsmoduls 18 in Richtung der Drehachse 5 radial innerhalb des Stators 3 ausgebildet. Die Lagerwand 7, die das Hybridmodul 1 in Richtung der Schwungmasse 24 begrenzt, ist benachbart zur Schwungmasse 24 ausgebildet. Dies bedeutet, dass keine weiteren Bauteile zwischen Schwungmasse 24 und Lagerwand 7 ausgebildet sind und lediglich ein eine Rotation der Schwungmasse 24 relativ zur Lagerwand 7 erlaubender Spalt.
  • Der hier gezeigte Aufbau des Hybridmoduls 1 ist kompakt, insbesondere da die Reibkupplung 9, die Betätigungseinrichtung und das Dämpfungsmodul 18 radial innerhalb des Elektromotors 2 liegen. Dies erlaubt einen in axialer Richtung kompakten Aufbau des Hybridmoduls 1, so dass in axialer und radialer Richtung der für das Hybridmodul 1 notwendige Bauraum minimiert wird.
  • 2 zeigt sehr schematisch ein Kraftfahrzeug 30 mit einem hybriden Antriebsstrang 31. Dieser umfasst einen Verbrennungsmotor 32, dessen primäre Schwungmasse 24 wie oben gezeigt mit dem Hybridmodul 1 verbunden ist. Abtriebsseitig ist das Hybridmodul 1 mit einem Getriebe 33 verbunden, welches abtriebsseitig mit mindestens einem angetriebenen Rad 34 verbunden ist. So kann Drehmoment vom Verbrennungsmotor 32 und/oder vom Elektromotor 2 über das Hybridmodul 1 und das Getriebe 33 an das mindestens eine angetriebene Rad 34 übertragen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridmodul
    2
    Elektromotor
    3
    Stator
    4
    Rotor
    5
    Drehachse
    6
    Rotorlager
    7
    Lagerwand
    8
    Trennkupplungsmodul
    9
    Reibkupplung
    10
    Kupplungsscheibe
    11
    Reibbelag
    12
    Anpressplatte
    13
    Gegendruckplatte
    14
    Betätigungsrichtung
    15
    Drucktopf
    16
    Nehmerzylinder
    17
    Blattfeder
    18
    Dämpfungsmodul
    19
    Drehschwingungsdämpfer
    20
    Dämpfereingangsflansch
    21
    Dämpferausgangsflansch
    22
    Federmittel
    23
    Zwischenflansch
    24
    Schwungmasse
    25
    Abtriebsanbindung
    26
    Lager
    27
    Verzahnung
    28
    Betätigungseinrichtung
    29
    Rotorlagesensor
    30
    Kraftfahrzeug
    31
    Antriebsstrang
    32
    Verbrennungsmotor
    33
    Getriebe
    34
    Angetriebenes Rad

Claims (10)

  1. Hybridmodul (1) für einen Antriebsstrang (31) eines Kraftfahrzeuges (30), umfassend - einen Elektromotor (2) mit - einem Stator (3) und - einem um eine Drehachse (5) gegen den Stator (3) rotierbaren und in Bezug auf die Drehachse (5) radial innerhalb des Stators (3) ausgebildeten Rotor (4); und - einem Trennkupplungsmodul (8) mit - einer Reibkupplung (9); und - einem Dämpfungsmodul (18), welches mit der Reibkupplung (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibkupplung (9) in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse (5) innerhalb von Stator (3) und Rotor (4) und das Dämpfungsmodul (18) in radialer Richtung innerhalb zumindest des Stators (3) ausgebildet ist, wobei die Reibkupplung (9) in Richtung der Drehachse (5) innerhalb von Stator (3) und Rotor (4) und das Dämpfungsmodul (18) zumindest teilweise innerhalb des Stators (3) ausgebildet ist.
  2. Hybridmodul (1) nach Anspruch 1, bei dem das Trennkupplungsmodul (8) eine Betätigungseinrichtung (28) umfasst, die einen hydraulischen Zylinder (16) aufweist.
  3. Hybridmodul (1) nach Anspruch 2, bei dem die Betätigungseinrichtung (28) innerhalb des Elektromotors (2) ausgebildet ist.
  4. Hybridmodul (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der hydraulische Zylinder (16) in einer Lagerwand (7) des Hybridmoduls (1) integriert ist.
  5. Hybridmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Abtriebsanbindung (25), die drehfest mit dem Rotor (4) des Elektromotors (2) verbunden ist.
  6. Hybridmodul (1) nach Anspruch 5, bei dem die Abtriebsanbindung (25) als Flansch ausgebildet ist, der in radialer Richtung in Bezug auf die Drehachse (59 zwischen Stator (3) und Dämpfungsmodul (18) ausgebildet ist.
  7. Hybridmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dämpfungsmodul (18) einen Drehschwingungsdämpfer (19) umfasst.
  8. Antriebsstrang (31) für ein Kraftfahrzeug (30), umfassend ein Hybridmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  9. Antriebsstrang (31) nach Anspruch 8, umfassend einen Verbrennungsmotor (32) mit einer Schwungmasse (24), die drehmomentübertragend mit einem Dämpfereingangsflansch (20) des Dämpfungsmoduls (18) verbunden ist.
  10. Kraftfahrzeug (30), umfassend einen Verbrennungsmotor (32) und einen Antriebsstrang (31) nach einem der Ansprüche 8 oder 9.
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