DE102021116628A1 - Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug - Google Patents

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Markus Heitbaum
Frank Frietsch
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (200) für einen Antriebsstrang (300) eines Hybridfahrzeugs (100), aufweisend eine verbrennungsmotorseitig anbindbare Eingangswelle (1), eine getriebeseitig anbindbare Ausgangswelle (2) sowie eine Trennkupp-lung (3), durch welche Eingangswelle (1) mit der Ausgangswelle (2) in Wirkverbindung bringbar ist, wobei ein erster Kupplungsbestandteil (4) der Trenn-kupplung (3) mit der Eingangswelle (1) drehfest verbunden ist und ein zweiter Kupplungsbestandteil (5) der Trennkupplung (3) mit der Ausgangswelle (2) drehfest verbunden ist, wobei die Antriebseinheit (200) weiter einen Elektro-motor (6), welcher einen Rotor (7) aufweist, der radial außen auf einem dem zweiten Kupplungsbestandteil (5) zugehörigen Rotorträger (9) sitzt, sowie ei-nen Motordämpfer (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenn-kupplung (5) als Konuskupplung ausgebildet ist und dass der Motordämpfer (10) zumindest teilweise radial außen durch den Rotorträger (9) bedeckt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs.
  • Ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs umfasst üblicherweise eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, und ermöglicht - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch den Verbrennungsmotor und den Elektromotor anzutreiben. Im Hybridfahrzeug ersetzt der Elektromotor meist zum einen den früher üblichen Anlasser für den Verbrennungsmotor und zum anderen die früher übliche Lichtmaschine, um eine Gewichtszunahme des Hybridfahrzeugs gegenüber ausschließlich verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen zu reduzieren.
  • Derartige Antriebseinheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere offenbart bspw. die DE 10 2017 212 898 A1 einen Hybrid-Antriebsstrang, bei dem eine Trennkupplung zumindest ein erstes Kupplungsteil, ein zweites Kupplungsteil und eine axial verschiebbare Schiebemuffe zum Öffnen und Schließen der Trennkupplung aufweist. Weiterer Stand der Technik ist aus der DE 10 2018 212 575 A1 und der AT 507 523 A2 bekannt.
  • Wie ferner aus der EP 0 773 127 A1 bekannt ist, kann zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor eine Trennkupplung angeordnet sein, um den Verbrennungsmotor vom Elektromotor und vom restlichen Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs abzutrennen. Bei rein elektrischer Betriebsweise wird dann die Trennkupplung, die auch als K0-Kupplung bezeichnet wird, geöffnet und der Verbrennungsmotor abgeschaltet, so dass das Antriebsmoment des Hybridfahrzeugs ausschließlich vom Elektromotor aufgebracht wird.
  • Derartige Trennkupplungen werden üblicherweise mittels eines hydraulischen Betätigungssystems betätigt. Ein hydraulisches Betätigungssystem verfügt in der Regel über einen Geberzylinder, der den am Geberzylinder erzeugten Druck über eine hydraulische Druckleitung an einen Nehmerzylinder überträgt. Der Nehmerzylinder überträgt mittels eines in axialer Richtung verlagerbaren Kolbens, und unter Zwischenschaltung eines Kupplungsausrücklagers, den hydraulischen Druck auf ein Hebelsystem, mittels dessen ein Reibschluss an der Trennkupplung ausgebildet oder gelöst wird. Vollhydraulische Betätigungssysteme, wie sie in der Regel bei Hybridmodulen zum Einsatz kommen, können beispielsweise mit einem Zentralausrücker ausgestattet sein, der häufig auch als „Concentric Slave Cylinder“ (CSC) oder auch konzentrischer Nehmerzylinder bezeichnet wird.
  • Aus dem Stand der Technik sind auch Antriebseinheiten für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeug bekannt, welche eine Trennkupplung in Form einer Lamellenkupplung aufweisen. Die Lamellenkupplung kann dabei in einem Raum unterhalb eines Rotorträgers eingesetzt sein, welcher den Rotor eines Elektromotors des Hybridfahrzeugs trägt. Um Vibrationen des Motors zu verringern, wird bei derartigen Antriebseinheiten ein Motordämpfer verwendet, welcher in axialer Richtung neben der Kupplung angeordnet ist. Diese Einheit aus Kupplung, Elektromotor und Motordämpfer baut im allgemeinen sehr breit, sodass in axialer Richtung sehr viel Bauraum benötigt wird.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs anzugeben, welche in axialer Richtung einen geringen Raumbedarf aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebseinheit nach Anspruch 1 gelöst. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Hybridfahrzeug nach Anspruch 8, welches eine solche Antriebseinheit umfasst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs weist eine verbrennungsmotorseitig anbindbare Eingangswelle, eine getriebeseitig anbindbare Ausgangswelle sowie eine Trennkupplung auf, durch welche Eingangswelle mit der Ausgangswelle in Wirkverbindung bringbar ist. Eine solche Antriebseinheit kann ein Teil eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeug sein, wobei die Trennkupplung die grundsätzliche Funktion aufweist, eine lösbare, kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung zwischen einer Kupplungseingangswelle und einer Kupplungsausgangswelle zur Übertragung eines Drehmoments herzustellen. Hierfür ist ein erster Kupplungsbestandteil der Trennkupplung mit der Eingangswelle drehfest verbunden, und ein zweiter Kupplungsbestandteil der Trennkupplung ist mit der Ausgangswelle drehfest verbunden.
  • Darüber hinaus umfasst die Antriebseinheit einen Elektromotor, welcher einen Rotor aufweist, der radial außen auf einem dem zweiten Kupplungsbestandteil zugehörigen Rotorträger sitzt, sowie einen Motordämpfer. Somit ist der Rotor des Elektromotors mit der Ausgangswelle gekoppelt. DieTrennkupplung ist gemäß der Erfindung als Konuskupplung ausgebildet und der Motordämpfer wird zumindest teilweise radial außen durch den Rotorträger bedeckt. Bei einer Konuskupplung handelt es sich um eine kraftschlüssige Kupplung mit konusförmiger Klemmnabe, durch die der Kraftschluss zwischen den beiden Kupplungsbestandteilen der Trennkupplung hergestellt wird.
  • Da die Trennkupplung als eine Konuskupplung ausgebildet ist, wird in radialer Richtung wenig Bauraum benötigt. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass, wenn im Rahmen dieser Beschreibung die Ausdrücke „radial“ bzw. „axiale“ verwendet werden, diese Richtungsangaben auf die Eingangswelle als zentrale Achse bezogen sind. Der von der Trennkupplung nicht benötigte Bauraum in radialer Richtung unterhalb des Rotorträgers kann somit verwendet werden, um auch den Motordämpfer in den Raum zwischen Eingangswelle und Motorträger zu integrieren. Mit anderen Worten sind bei den Ausführungsformen der Erfindung die Trennkupplung und der Motordämpfer zumindest teilweise vom Rotorträger nach radial außen überdeckt. Hierdurch kann in axialer Richtung Bauraum eingespart werden und die Antriebseinheit als solche baut in axialer Richtung schmal.
  • Die Antriebseinheit kann dabei insbesondere als ein Hybridmodul ausgebildet sein. In einem Hybridmodul können Bau- und Funktionselemente eines hybridisierten Antriebsstrangs räumlich und/oder baulich zusammengefasst und vorkonfiguriert sein, so dass ein Hybridmodul in einer besonders einfachen Weise in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs integrierbar ist. Insbesondere können ein Elektromotor und ein Kupplungssystem, insbesondere mit einer Trennkupplung zum Einkuppeln des Elektromotors in und/oder Auskuppeln des Elektromotors aus dem Antriebsstrang, in einem Hybridmodul vorhanden sein.
  • Bei einer Antriebseinheit gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann der Motordämpfer in radialer Richtung zwischen den Rotorträger und die Trennkupplung gesetzt sein. Das heißt, dass der Motorträger radial oberhalb der Trennkupplung montiert ist. Somit ist die Trennkupplung in Achsennähe angeordnet.
  • In einer Ausführungsform ist der Motordämpfer auf der Ausgangswelle abgestützt. Hierfür ist ein Tragelement, dessen eines Ende mit dem Motordämpfer verbunden ist, vorzugsweise axial getriebeseitig neben der Trennkupplung vorbeigeführt, wobei ein zweites Ende des Tragelements an der Ausgangswelle abgestützt ist.
  • Im Sinne einer Platzersparnis ist es vorteilhaft, wenn der Motordämpfer als ein zweireihiger Motordämpfer ausgeführt ist. Ein solcher zweireihiger Motordämpfer weist eine erste Dämpferreihe sowie eine zweite Dämpferreihe auf, welche in axialer Richtung nebeneinandergesetzt sind. Wie dies bekannt ist, hat ein Motordämpfer die Aufgabe, Schläge und ruckartige Bewegungen des Motors abzufangen. Ein Motordämpfer absorbiert somit Energie, die diesen in Bewegung versetzen kann. Wenn die Federkraft eines solchen Motordämpfers auf zwei Pakete verteilt werden kann, kann eine radial klein bauende Dämpfereinheit verwirklicht werden. Gegebenenfalls kann es von Vorteil sein, auch mehr als zwei Dämpferreihe in auszubilden.
  • Vorzugsweise sind dabei die erste Dämpferreihe und die zweite Dämpferreihe in radialer Richtung auf gleiche Höhe angebracht sind. Mit anderen Worten sind bei dieser Ausgestaltung die erste Dämpferreihe und die zweite Dämpferreihe in axialer Richtung nebeneinander auf gleicher Höhe in Bezug auf die radiale Richtung angebracht. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Dämpfungswirkung.
  • Aus Gründen einer einfachen platzsparenden Montage können die erste Dämpferreihe und die zweite Dämpferreihe gemeinsam auf der Ausgangswelle abgestützt sein. Hierfür kann ein gemeinsames Tragelement vorgesehen sein, dass auf der Ausgangswelle abgestützt und mittelbar oder unmittelbar mit jeder Dämpferreihe verbunden ist.
  • Die Antriebseinheit kann zu dem einen hydraulischen Ausrücker zur Betätigung der Trennkupplung aufweisen, welcher zumindest teilweise radial außen durch den Rotorträger bedeckt wird. Somit ist bei dieser Ausgestaltung der hydraulische Ausrücker zumindest teilweise in dem Raum radial innerhalb des Rotorträgers aufgenommen. Hierdurch wird eine besonders platzsparende Ausführung der Antriebseinheit verwirklicht. Der hydraulische Ausrücker kann insbesondere als ein Zentralausrücker ausgestattet sein, welcher häufig auch als Concentric Slave Cylinder (CSC) bezeichnet wird. Dieser kann insbesondere aus einem ringförmigen hydraulischen Zentralausrückerkolben bestehen, der koaxial zur Eingangswelle und in einem Zentralausrückergehäuse angeordnet ist.
  • Das Zentralausrückergehäuse hat die Funktion Bauteile des Zentralausrückers wie insbesondere den beweglichen Zentralausrückerkolben aufzunehmen und vor äußeren mechanischen oder chemischen Einflüssen zu schützen. Ferner besitzt das Zentralausrückergehäuse die Funktion, eine einfache Montage und Fixierung des Zentralausrückers innerhalb des Antriebsstrangs zu erlauben. Bevorzugt kann das Zentralausrückergehäuse aus einem Kunststoff, einem metallischen Werkstoff und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Das Zentralausrückergehäuse kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein.
  • Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Hybridfahrzeug, das einen Antriebsstrang aufweist, welcher eine Antriebseinheit nach wie vorstehend beschrieben enthält.
  • Die Erfindung wird nunmehr anhand eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung detaillierter erörtert. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 eine Querschnittsansicht einer Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs nach dem Stand der Technik;
    • 2 eine Querschnittsansicht einer Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
    • 3 eine schematische Ansicht eines Hybridfahrzeugs sowie dessen Antriebsstrangs.
  • Mit Bezug auf 1 wird nunmehr eine Antriebseinheit 200 für einen Antriebsstrang 300 (siehe 3) eines Hybridfahrzeugs 100 (siehe 3) näher erläutert. Die Figur zeigt eine Eingangswelle 1 und eine Ausgangswelle 2, welche über eine Trennkupplung 3 miteinander gekoppelt sind. Bei der Trennkupplung 3 handelt es sich bei diesem Stand der Technik um eine Lamellenkupplung, welche unterhalb eines Elektromotors 6 angeordnet ist. Genauer ausgedrückt ist die Lamellenkupplung unterhalb eines Rotorträgers 9 montiert, welcher in Bezug auf die Eingangswelle 1 radial außen einen Rotor 7 des Elektromotors 6 trägt.
  • Ein Stator 8 des Elektromotors 6 ist radial außerhalb des Rotors 7 mit einem Gehäuse 14 fest verbunden. Bei Einrücken der Trennkupplung 3 wird die Eingangswelle 1 mit der Ausgangswelle 2 gekoppelt. Ein hydraulischer Ausrücker 13 zur Betätigung der Trennkupplung 3 ist seitlich der Lamellenkupplung angeordnet und steht mit dieser in Wirkverbindung.
  • Um zu vermeiden, dass Motorschwingungen auf den Antriebsstrang 300 übertragen werden, wird üblicherweise ein Motordämpfer 10 eingesetzt. Dieser ist in der Figur rechts neben der Trennkupplung 3 angeordnet und wird von einer Messeinheit 15 begrenzt. Wie zu erkennen ist, benötigt dieser Aufbau sehr viel Platz in axialer Richtung.
  • Mit nunmehrigem Bezug auf 2 wird eine Ausführungsform einer Antriebseinheit 200 gemäß der Erfindung beschrieben, wobei gleiche oder entsprechende Elemente wie in 1 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform ist die Eingangswelle 1 mit einem ersten Kupplungsbestandteil 4 drehfest verbunden, wohingegen die Ausgangswelle 2 mit einem zweiten Kupplungsbestandteil 5 drehfest verbunden ist. Teil des zweiten Kupplungsbestandteils 5 ist der Rotorträger 9, welcher den Rotor 8 des Elektromotors 6 trägt. Dabei ist der Rotor 8 radial außen auf den Rotorträger 9 befestigt, so dass er bei der Rotation mit dem Feld des Stators 8 wechselwirkt. Der Stator 8 ist an dem Gehäuse 14 fest verankert.
  • Radial innerhalb des vom Rotorträger 9 begrenzten Raums ist hier die Trennkupplung 3 montiert. Im Unterschied zum Stand der Technik handelt es sich hierbei um eine Konuskupplung, welche in radialer Richtung schmal baut. Die Konuskupplung ist durch den hydraulischen Ausrücker 13 betätigbar. Aufgrund des geringen Raumbedarfs der Konuskupplung in radialer Richtung ist es möglich, den Motordämpfer 10 radial oberhalb der Trennkupplung 3 ebenfalls innerhalb des vom Rotorträger 9 begrenzten Raums unterzubringen. In der hier gezeigten Ausführungsform ist der Motordämpfer 10 ein zweireihiger Motordämpfer 10 mit einer ersten Dämpferreihe 11 und einer zweiten Dämpferreihe 12, welche in axialer Richtung nebeneinandergesetzt sind. Selbstverständlich können auch mehr Dämpferreihen eingesetzt werden. Wie dies zu erkennen ist, sind die Dämpferreihen 11, 12 in radialer Richtung auf gleicher Höhe und sind gemeinsam auf der Ausgangswelle 2 abgestützt. Hierfür ist ein gemeinsames Tragelement 16 vorhanden, an das sowohl die erste Dämpferreihe 11 als auch die zweite Dämpferreihe 12 gekoppelt sind.
  • In 3 ist in schematischer Ansicht ein Hybridfahrzeug 100 dargestellt, welches mit einem Antriebsstrang 300 ausgestattet ist, dessen Bestandteil eine Antriebseinheit 200 nach einer Ausführungsform der Erfindung sein. Das Hybridfahrzeug 100 umfasst zusätzlich zu dem bereits beschriebenen Elektromotor 6 einen hier nicht gezeigten Verbrennungsmotor, welcher ebenfalls Teil des Antriebsstrangs 300 ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Eingangswelle
    2
    Ausgangswelle
    3
    Trennkupplung
    4
    erster Kupplungsbestandteil
    5
    zweiter Kupplungsbestandteil
    6
    Elektromotor
    7
    Rotor
    8
    Stator
    9
    Rotorträger
    10
    Motordämpfer
    11
    erste Dämpferreihe
    12
    zweite Dämpferreihe
    13
    hydraulischer Ausrücker
    14
    Gehäuse
    15
    Messeinheit
    16
    gemeinsames Tragelement
    100
    Hybridfahrzeug
    200
    Antriebseinheit
    300
    Antriebsstrang
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017212898 A1 [0003]
    • DE 102018212575 A1 [0003]
    • AT 507523 A2 [0003]
    • EP 0773127 A1 [0004]

Claims (8)

  1. Antriebseinheit (200) für einen Antriebsstrang (300) eines Hybridfahrzeugs (100), aufweisend eine verbrennungsmotorseitig anbindbare Eingangswelle (1), eine getriebeseitig anbindbare Ausgangswelle (2) sowie eine Trennkupplung (3), durch welche Eingangswelle (1) mit der Ausgangswelle (2) in Wirkverbindung bringbar ist, wobei ein erster Kupplungsbestandteil (4) der Trennkupplung (3) mit der Eingangswelle (1) drehfest verbunden ist und ein zweiter Kupplungsbestandteil (5) der Trennkupplung (3) mit der Ausgangswelle (2) drehfest verbunden ist, wobei die Antriebseinheit (200) weiter einen Elektromotor (6), welcher einen Rotor (7) aufweist, der radial außen auf einem dem zweiten Kupplungsbestandteil (5) zugehörigen Rotorträger (9) sitzt, sowie einen Motordämpfer (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (5) als Konuskupplung ausgebildet ist und dass der Motordämpfer (10) zumindest teilweise radial außen durch den Rotorträger (9) bedeckt wird.
  2. Antriebseinheit (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motordämpfer (10) in radialer Richtung zwischen den Rotorträger (9) und die Trennkupplung (3) gesetzt ist.
  3. Antriebseinheit (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motordämpfer (10) auf der Ausgangswelle (2) abgestützt ist.
  4. Antriebseinheit (200) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motordämpfer (10) als ein zweireihiger Motordämpfer (10) ausgeführt ist, aufweisend eine erste Dämpferreihe (11) sowie eine zweite Dämpferreihe (12) welche in axialer Richtung nebeneinandergesetzt sind.
  5. Antriebseinheit (200) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dämpferreihe (11) und die zweite Dämpferreihe (12) in radialer Richtung auf gleiche Höhe angebracht sind.
  6. Antriebseinheit (200) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dämpferreihe (11) und die zweite Dämpferreihe (12) gemeinsam auf der Ausgangswelle (2) abgestützt sind.
  7. Antriebseinheit (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen hydraulischen Ausrücker (13) zur Betätigung der Trennkupplung (3) aufweist, welcher zumindest teilweise radial außen durch den Rotorträger (9) bedeckt wird.
  8. Hybridfahrzeug (100), aufweisend einen Antriebsstrang (300), welcher eine Antriebseinheit (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche enthält.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0773127A2 (de) 1995-11-13 1997-05-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Antriebssystem für Hybridfahrzeug mit Kupplung zwischen Brennkraftmaschine zum Schalten eines dem Motor/Generator vorgeschalteten Planetengetriebes
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