DE102020202139B4 - Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit Trennelement - Google Patents

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Abstract

Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Hybrid-Antriebsstrang (10) einen Verbrennungsmotor (VM), ein Doppelkupplungsgetriebe und eine elektrische Maschine (EM) aufweist, wobei das Doppelkupplungsgetriebe eine Kupplungsanordnung (12) mit einer ersten und einer zweiten Reibkupplung (20, 18) sowie ein erstes und ein zweites Teilgetriebe (TG1, TG2) aufweist, wobei die elektrische Maschine (EM) einem der Teilgetriebe (TG1, TG2) zugeordnet ist, und wobei zwischen den zwei Reibkupplungen (18, 20) und dem Verbrennungsmotor (VM) eine dritte Kupplung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kupplung ein Trennelement (60) ist, das zumindest teilweise innerhalb einer Kupplungseingangsnabe (16a) der Kupplungsanordnung (12) angebracht ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Hybrid-Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor, ein Doppelkupplungsgetriebe und eine elektrische Maschine aufweist, wobei das Doppelkupplungsgetriebe eine erste und eine zweite Reibkupplung sowie ein erstes und ein zweites Teilgetriebe aufweist, wobei die elektrische Maschine einem der Teilgetriebe zugeordnet ist, und wobei zwischen den zwei Reibkupplungen und dem Verbrennungsmotor eine dritte Kupplung angeordnet ist.
  • Stand der Technik
  • Hybridisierte Antriebsstränge sind dem Stand der Technik in vielerlei Variationen bekannt geworden. Sie beinhalten ein Getriebe, eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine, sodass die jeweilige Antriebsleistung beider Maschinen kombiniert oder separat an den Abtrieb übertragen werden kann.
  • Ist die elektrische Maschine zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe angeordnet oder direkt mit dem Getriebe gekoppelt, können die verbrennungskraftmotorischen Gangstufen von der elektrischen Maschine zumindest teilweise mit genutzt werden.
  • DE 10 2012 018 416 B4 zeigt in einer solchen Anordnung eine Lastschaltung während des rein elektrischen Betriebs über ein nicht elektrifiziertes Teilgetriebe, was durch Verblocken der Kupplung ist möglich.
  • Der Verbrennungsmotor muss dabei im unbefeuerten Zustand auf Drehzahl gebracht und während des Schaltvorgangs mitgeschleppt werden, was zu einer Vielzahl an Nachteilen führt. Es kann eine Schädigung des Verbrennungsmotors oder des Katalysators auftreten. Zudem muss die elektrische Maschine Momentenkompensation betreiben. Der Fahrer erwartet während der elektrischen Fahrt keine Geräusche vom Verbrennungsmotor.
  • Die Regelung ist aufwändig und auch die Anforderung an den Verbrennungsmotor hoch.
  • Die zusätzliche Massenträgheit des Verbrennungsmotors im Leistungsfluss während des Gangeinlegens kann ein Problem sein.
  • Daher ist es sinnvoll den Verbrennungsmotor vom Getriebe zu trennen. Die Trennung des Verbrennungsmotors von Rest des Antriebsstrangs ist dabei aus der DE 10 2010 004 711 C5 bekannt. Dazu wird eine dritte Kupplung, die eine Reibkupplung ist, verwendet.
  • Der Bauraum für eine dritten Kupplung in einem elektrifizierten Antrieb mit Doppelkupplungsgetriebe ist sehr begrenzt und daher ist es wünschenswert eine gut zu integrierende Kupplung zu verwenden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Trennelement als dritte Kuppelung konstruktiv zu verbessern und für unterschiedliche Funktionalitäten einzusetzen.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Hybrid-Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor, ein Doppelkupplungsgetriebe und eine elektrische Maschine aufweist, wobei das Doppelkupplungsgetriebe eine erste und eine zweite Reibkupplung sowie ein erstes und ein zweites Teilgetriebe aufweist, wobei die elektrische Maschine einem der Teilgetriebe zugeordnet ist, und wobei zwischen den zwei Reibkupplungen und dem Verbrennungsmotor eine dritte Kupplung angeordnet ist, wobei die dritte Kupplung ein Trennelement ist, das zumindest teilweise innerhalb einer Kupplungseingangsnabe der Doppelkupplung angebracht ist.
  • Hierbei wird der Bauraum in der hohlen Kupplungseingangsnabe genutzt, um Komponenten des Trennelements unterzubringen.
  • Vorteilhafterweise weist das Trennelement einen Krafteinleitungsraum im Inneren der als Hohlwelle ausgebildeten Eingangswelle auf, sowie Betätigungselemente zur Betätigung des Trennelements.
  • Dabei ist von Vorteil, dass das Trennelement durch hydraulischen Druck oder mechanisch aus seiner geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung verschiebbar ist.
  • Dabei steht das Trennelement in einer Ausführungsform über den Druckraum mit dem hydraulischen Betätigungssystem des Doppelkupplungsgetriebes in Verbindung. Die Anbindung erfolgt dann über ein Schaltventil.
  • Der Krafteinleitungsraum ist ein Druckraum und weist einen Ausrückkolben auf, der auf einen Stößel einwirkt, die die Betätigungselemente darstellen.
  • Es ist von Vorteil, dass der Stößel des Trennelements auf eine Hülse einwirkt, die in Wirkverbindung mit einem Synchronring steht.
  • Das Trennelement ist so ausgelegt, dass das Trennelement erst reibschlüssig und in einer Endlage formschlüssig geöffnet ist.
  • Dabei ist das Trennelement während einer elektrischen Lastschaltung im geöffneten Zustand.
  • Der Verbrennungsmotor kann durch Schließen des Trennelements gestartet werden.
  • Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1: einen hybridisierten Antriebsstrang im Stand der Technik,
    • 2: eine schematische Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform einer Doppelkupplung mit Trennelement,
    • 3: eine schematische Schnittansicht eines Trennelements.
  • In 1 ist ein Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug mit Doppelkupplungsgetriebe in elektrifizierter Form schematisch dargestellt. Ein solcher Aufbau eines Antriebs mit drei Kupplungen ist in der DE 10 2010 004 711 C5 beschrieben.
  • In 2 ist eine Ausführung für eine beispielhafte Doppelkupplung dargestellt.
  • Der Antriebsstrang 10 beinhaltet eine Kupplungsanordnung 12. Die Kupplungsanordnung 12 weist ein Eingangsglied 14 auf, das nach der Art eines Antriebskorbes ausgebildet und über eine Kupplungseingangsnabe 16 mit einer Eingangswelle verbunden ist.
  • Die Kupplungsanordnung 12 beinhaltet eine erste Kupplung 18 und eine zweite Kupplung 20. Die Kupplungen 18, 20 sind als nasslaufende Lamellenkupplungen ausgebildet und radial ineinander verschachtelt. Die erste Kupplung 18 ist die radial außenliegende Kupplung, die zweite Kupplung 20 ist die radial innere Kupplung.
  • Das Eingangsglied 14 ist mit einem Außenlamellenträger 22 der ersten Kupplung 18 verbunden. Auf einem der Eingangswelle gegenüberliegenden axialen Ende ist das Eingangsglied 14 ferner mit einem Innenlamellenträger 24 der zweiten Kupplung 20 verbunden.
  • Die erste Kupplung 18 weist ein erstes Ausgangsglied 26 auf, das als Abtriebskorb ausgebildet ist, der axial benachbart zu dem Eingangsglied 14 angeordnet ist. Das erste Ausgangsglied 26 ist mit einer ersten Ausgangswelle 28 verbunden, die beispielsweise mit einem ersten Teilgetriebe eines Doppelkupplungsgetriebes verbunden sein kann.
  • Die zweite Kupplung 20 weist ein zweites Ausgangsglied 30 auf, das ebenfalls als Abtriebskorb ausgebildet ist. Das zweite Ausgangsglied 30 ist mit einer zweiten Ausgangswelle 32 verbunden. Die zweite Ausgangswelle 32 kann als Hohlwelle koaxial zu der ersten Ausgangswelle 28 angeordnet und mit einem zweiten Teilgetriebe eines Doppelkupplungsgetriebes verbunden werden.
  • Das erste Ausgangsglied 26 ist in axialer Richtung zwischen dem Eingangsglied 14 und dem zweiten Ausgangsglied 30 angeordnet.
  • An einem Außenumfang des Nabengliedes 38 ist ein Radialsteg 42 vorgesehen, der in axialer Richtung etwa mittig in Bezug auf die Kupplungen 18, 20 ausgerichtet ist. Der Radialsteg 42 ist mit dem Eingangsglied 14 verbunden, genauer gesagt, mit jenem Teil des Eingangsgliedes, der sich auf dem der Eingangswelle 16 gegenüberliegenden Ende des Außenlamellenträgers 22 der ersten Kupplung 18 in radialer Richtung nach innen erstreckt. Über den Radialsteg 42 sind die Kupplungen 18, 20 folglich radial gelagert.
  • Die erste Kupplung 18 weist einen Innenlamellenträger 44 auf, der mit dem ersten Ausgangsglied 26 verbunden ist. Die zweite Kupplung 20 weist einen Außenlamellenträger 46 auf, der mit dem zweiten Ausgangsglied 30 verbunden ist.
  • Ein erster Kolben 48 ist an dem Nabenglied 38 axial verschieblich gelagert und dient zur Betätigung der ersten Kupplung 18. Ein zweiter Kolben 50 ist ebenfalls axial beweglich an dem Nabenglied 38 gelagert und dient zur Betätigung der zweiten Kupplung 20. Die Kolben 48, 50 sind auf axial gegenüberliegenden Seiten des Radialsteges 42 angeordnet. Nicht näher bezeichnete Federn drücken die Kolben 48, 50 in axialer Richtung in eine Ausgangsposition vor, bei der die Kupplungen 18, 20 jeweils geöffnet sind („normally open“). Die Federn stützen sich dabei in axialer Richtung jeweils direkt bzw. indirekt an dem Radialsteg 42 ab. Zur Begrenzung des Axialweges der Kolben 48, 50 sind jeweils nicht näher bezeichnete Stützglieder vorgesehen, die axial in Bezug auf das Nabenglied 38 gesichert sind.
  • Das zweite Ausgangsglied 30 weist einen Radialabschnitt 53 auf, der axial benachbart ist zu einer Stirnseite des Nabengliedes 38. Zwischen dem Radialabschnitt 53 und der Stirnseite des Nabengliedes 38 ist ein Axiallager 52 angeordnet.
  • Das Axiallager 52 weist eine schematisch angedeutete Zentriereinrichtung 54 auf, mittels der das Axiallager 52 in Bezug auf das Nabenglied 38 zentriert montiert ist. Die zentrierte Montage des Axiallagers 52 an dem Nabenglied 38 kann im Wege einer Vormontage erfolgen, so dass das Nabenglied 38 gemeinsam mit dem daran vormontierten Axiallager 52 beim Zusammenbau der Kupplungsanordnung 12 montiert wird. Alternativ kann das Axiallager 52 an dem Nabenglied 38 montiert werden, bevor das zweite Ausgangsglied 30 montiert wird.
  • Die Kupplungsanordnung 12 weist ferner ein schematisch angedeutetes Gehäuse 34 auf. Das Gehäuse 34 ist mit einem Gehäusezapfen 36 verbunden, der sich von dem der Eingangswelle 16 gegenüberliegenden axialen Ende in die Kupplungen 18, 20 hinein erstreckt, derart, dass er radial innerhalb der Kupplungen 18, 20 angeordnet ist.
  • An dem Gehäusezapfen 36 ist ein Nabenglied 38 drehbar gelagert. Zwischen dem Nabenglied 38 und dem Gehäusezapfen 36 ist eine Drehdurchführung 40 eingerichtet, über die Fluid 41, beispielsweise Hydrauliköl den Kupplungen 18, 20 zugeführt werden kann. Es versteht sich, dass in dem Gehäusezapfen 36 geeignete Kanäle wenigstens zum Zuführen von Kühlfluid zu den Kupplungen 18, 20 vorgesehen sind, vorzugsweise jedoch, wie dargestellt, auch Kanäle zur hydraulischen Betätigung der Kupplungen 18, 20.
  • Weiterhin wird über die Hohlwellenanordnung der Eingangswelle 16 und der ersten Ausgangswelle 28 und der zweiten Ausgangswelle 32 Kühlfluid über einen Zuführung 71 zur Herstellung von Druck in einem Trennelement 60 geführt. Dazu ist ein Druckraum 61 im Bereich der Eingangswelle 16 vorgesehen, und zwar in diesem Beispiel im Bereich der Kupplungseingangsnabe 16a, der den Druckraum 61 umfasst. Der Druckraum ist mit einem Ausrückkolben 62 ausgangseitig verschlossen. Der Ausrückkolben 62 trägt einen Stößel 63. Der gestrichelt dargestellte Bereich ist als Bauraum 64 für das Trennelement 60 vorgesehen.
  • 3 zeigt einen Ausführungsform des Trennelements in einer vergrößerten Darstellung. Das Trennelement ist in einem Bauraum eines Zweimassenschwungrads 80 des Verbrennungsmotors VM verbaut.
  • An dem Zweimassenschwungrad 80 ist eine Aufnahme 65 für das Trennelement 60 angebunden. Die Aufnahme 65 weist eine Öffnung auf, in der eine Hülse 66 beweglich gelagert ist. Die Hülse ist mit über eine Schiebemuffe 69 mit einem Koppelrad 70 verbunden, das einen Synchronring 68 trägt. Die Aufnahme 65 und die Schiebemuffe 69 bilden einen Bauraum für eine Tellerfeder 67 aus. Der Synchronring weist eine Hinterlegung 81 für die Verzahnung auf, die in den Synchronring 68 eingreift.
  • Die Eingangswelle 16 wird von der Aufnahme 65 umfasst. In der Eingangswelle ist der Druckraum 61 angedeutet, der mit der Fluidzuführung 71 verbunden ist.
  • Ist der Druckraum 61 nicht mit Druck beaufschlagt, ist das Trennelement 60 geschlossen und die Kraft des Verbrennungsmotors wird direkt über die Eingangswelle 16 übertragen.
  • Wenn das Trennelement betätigt wird, verschiebt der Druck im Druckraum den Stößel 63 nach außen und bringt Kraft auf die Hülse 66 auf. Diese verschiebt sich axial und nimmt dabei gegen die Kraft der Tellerfeder 67 die Aufnahme 65, den Synchronring 68 und die Schiebemuffe 69 mit, wodurch die Aufnahme von der Eingangswelle 16 entkoppelt und der Verbrennungsmotor von der Kupplungsanordnung 12 getrennt wird.
  • Die Aktuierung des Stößels 63 erfolgt hydraulisch. Das bestehende Schaltventil, das den Kühlölvolumenstrom zwischen Kupplung und E-Maschine aufteilt, kann um eine Schaltstellung erweitert werden. In dieser zusätzlichen Schaltstellung wird der Druckraum 61 zur Betätigung des Stößels 63 gefüllt. Je nach Auslegung des hydraulischen Systems kann parallel dazu die Kupplung und elektrische Maschinen EM gekühlt werden. Somit ist zur Betätigung des Trennelements kein weiterer Motor notwendig, es muss lediglich das ohnehin bestehende Schaltventil erweitert werden.
  • Das Trennelement 60 wirkt zunächst reibschlüssig, um die je nach Fahrsituation anliegende Differenzdrehzahl zwischen Zweimassenschwungrad 80 und Kupplungsprimärseite an der Eingangswelle 16 abzubauen, und erst in Endlage formschlüssig.
  • Dazu ist das Trennelement 60 auf der Sekundärseite des Zweimassenschwungrads 80 radial geschachtelt verbaut.
  • Die Erfindung lässt sich auch mit einer mechanischen Ausführung umsetzen, indem der Krafteintrag auf das Trennelement und die Betätigungselemente mechanisch aktuiert ist.
  • Das Trennelement wird in einen geöffneten Zustand versetzt, während im Hybrid-Antriebsstrang eine elektrischen Lastschaltung stattfindet.
  • Das Trennelement wird so ausgelegt, dass die Drehmomentenkapazität im reibschlüssigen Zustand so gewählt ist, dass die Verbrennungskraftmaschine VM mit der elektrischen Maschine des hybridisierten Getriebes gestartet werden kann.
  • Die Drehmomentenkapazität im formschlüssigen Zustand des Trennelements wird so gewählt, dass das maximale Drehmoment des Verbrennungsmotor übertragen werden kann.

Claims (10)

  1. Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Hybrid-Antriebsstrang (10) einen Verbrennungsmotor (VM), ein Doppelkupplungsgetriebe und eine elektrische Maschine (EM) aufweist, wobei das Doppelkupplungsgetriebe eine Kupplungsanordnung (12) mit einer ersten und einer zweiten Reibkupplung (20, 18) sowie ein erstes und ein zweites Teilgetriebe (TG1, TG2) aufweist, wobei die elektrische Maschine (EM) einem der Teilgetriebe (TG1, TG2) zugeordnet ist, und wobei zwischen den zwei Reibkupplungen (18, 20) und dem Verbrennungsmotor (VM) eine dritte Kupplung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kupplung ein Trennelement (60) ist, das zumindest teilweise innerhalb einer Kupplungseingangsnabe (16a) der Kupplungsanordnung (12) angebracht ist.
  2. Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitung zur Betätigung des Trennelements (60) im Inneren (61) einer als Hohlwelle ausgebildeten Eingangswelle (16) der Kupplungsanordnung (12) in einem Krafteinleitungsraum erfolgt.
  3. Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (60) über den Krafteinleitungsraum mit einem Betätigungssystem der Kupplungsanordnung (12) in Verbindung steht.
  4. Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2-3, dadurch gekennzeichnet, dass im Krafteinleitungsraum die Betätigungskraft für das Trennelement (60) auf ein erstes Betätigungselement des Trennelements (60) einwirkt und durch ein zweites Betätigungselement des Trennelements (60) übertragen wird.
  5. Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Betätigungselement des Trennelements (60) auf eine Hülse (66) einwirkt, die in Wirkverbindung mit einem Synchronring (68) steht.
  6. Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (60) erst reibschlüssig und in einer Endlage formschlüssig geschlossen ist.
  7. Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Krafteinleitungsraum ein Druckraum (61) ist und das erste Betätigungselement ein Ausrückkolben (62) und das zweite Betätigungselement ein Stößel (63) ist.
  8. Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (60) während einer elektrischen Lastschaltung im geöffneten Zustand ist.
  9. Hybrid Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (VM) durch Schließen des Trennelements (60) gestartet werden kann.
  10. Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärseite des Trennelements (60) mit der Sekundärseite eines Zweimassenschwungrads (80) des Verbrennungsmotors (VM) verbunden ist und die Sekundärseite des Trennelements mit der Kupplungseingangsnabe (16a) verbunden ist.
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