DE102021125070A1 - Hybridmodul mit innerhalb einer elektrischen Maschine angeordneter Trennkupplung - Google Patents

Hybridmodul mit innerhalb einer elektrischen Maschine angeordneter Trennkupplung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer elektrischen Maschine (2), einem einen Rotor (3) der elektrischen Maschine (2) aufnehmenden Rotorträger (4) und einer mit dem Rotorträger (4) wirkverbundenen Trennkupplung (5), wobei ein erster Kupplungsbestandteil (6) der Trennkupplung (5) mit dem Rotorträger (4) verbunden ist und ein, mit dem ersten Kupplungsbestandteil (6) wahlweise koppelbarer, zweiter Kupplungsbestandteil (7) der Trennkupplung (5) zur drehfesten Verbindung mit einer Koppelwelle (8) vorbereitet ist, wobei mehrere miteinander reibkraftschlüssig verbindbare Reibplatten (9a, 9b) der beiden Kupplungsbestandteile (6, 7) radial innerhalb eines den Rotor (3) aufnehmenden Hülsenabschnittes (10) des Rotorträgers (4) angeordnet sind, und wobei der erste Kupplungsbestandteil (6) einen radial innerhalb des Hülsenabschnittes (10) angeordneten, mehrere erste Reibplatten (9a) aufnehmenden Reibplattenträger (11) aufweist, wobei der Reibplattenträger (11) an dem Rotorträger (4) befestigt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder sonstigen Nutzfahrzeuges, mit einer elektrischen Maschine, einem einen Rotor der elektrischen Maschine aufnehmenden Rotorträger und einer mit dem Rotorträger wirkverbundenen Trennkupplung, wobei ein erster Kupplungsbestandteil der Trennkupplung mit dem Rotorträger verbunden ist und ein, mit dem ersten Kupplungsbestandteil wahlweise koppelbarer, zweiter Kupplungsbestandteil der Trennkupplung zur drehfesten Verbindung mit einer Koppelwelle vorbereitet / ausgebildet ist, und wobei mehrere miteinander reibkraftschlüssig verbindbare Reibplatten der beiden Kupplungsbestandteile radial innerhalb eines den Rotor aufnehmenden Hülsenabschnittes des Rotorträgers angeordnet sind.
  • Gattungsgemäße Hybridmodule sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2020 100 524 A1 ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Es ist zu erkennen, dass ein eingesetzter Rotorträger dieses Hybridmoduls unmittelbar zur Aufnahme mehrerer Reibplatten eines Kupplungsbestandteils der Trennkupplung dient.
  • Hierbei hat es sich jedoch herausgestellt, dass insbesondere die Rotorträger mit einem relativ großen Aufwand herzustellen sind. Neben relativ hohen Einzelteilkosten bestehen aufgrund des relativ komplexen Aufbaus des Rotorträgers auch relativ hohe Werkzeugkosten. Da die mit dem Rotorträger verbundenen Reibplatten so weit wie möglich radial nach außen versetzt sind, entstehen zudem in bestimmten Betriebssituationen relativ hohe Schleppmomente.
  • Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hybridmodul zur Verfügung zu stellen, das mit einem geringeren Aufwand herstellbar ist und dessen Trennkupplung im Betrieb in einer geöffneten Stellung geringere Schleppmomente erzeugt.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Kupplungsbestandteil einen radial innerhalb des Hülsenabschnittes angeordneten, mehrere erste Reibplatten aufnehmenden (ersten) Reibplattenträger aufweist, wobei der (erste) Reibplattenträger an dem Rotorträger (direkt / unmittelbar) befestigt ist.
  • Durch das Vorsehen des Reibplattenträgers wird der Herstellaufwand des Rotorträgers deutlich reduziert. Dieser kann vorzugsweise durch Tiefziehschritte vollständig ausgeformt werden. Der Reibplattenträger an sich wird ebenfalls in möglichst wenigen Arbeitsschritten ausgeformt und weist dennoch eine ausreichend robuste Bauweise auf. Darüber hinaus werden die ersten Reibplatten relativ zu dem Hülsenabschnitt des Rotorträgers radial nach innen versetzt, sodass Schleppmomente deutlich reduziert werden.
  • Weitergehende vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
  • Demnach ist es auch von Vorteil, wenn die Trennkupplung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Gesamtheit an Reibplatten der beiden Kupplungsbestandteile in einer geschlossenen Stellung (der Trennkupplung) zu einer ersten axialen Seite durch einen Abstützbereich des Reibplattenträgers abgestützt ist. Der Abstützbereich ist vorzugsweise ein integraler / stoffeinteiliger Bestandteil des Reibplattenträgers. Dadurch wird der Aufbau des Hybridmoduls weiter vereinfacht.
  • Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Trennkupplung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Gesamtheit an Reibplatten der beiden Kupplungsbestandteile in der geschlossenen Stellung (der Trennkupplung) zu einer zweiten axialen Seite über einen Sicherungsring an einer mit dem Rotorträger weiter verbundenen Mitnehmerscheibe abgestützt ist. Dadurch ergibt sich ein geschlossener Kraftfluss einer Betätigungs- / Schließ- / Anpresskraft in der geschlossenen Stellung der Trennkupplung, der außerhalb des Rotorträgers verläuft. Dies hilft wiederum dazu, die Belastung auf den Rotorträger zu senken.
  • In diesem Zusammenhang ist es weiterhin zweckmäßig, wenn ein in der geschlossenen Stellung eine Anpresskraft aufbringender Drucktopf (der Trennkupplung) zu der zweiten axialen Seite der Gesamtheit an Reibplatten angeordnet ist.
  • Ferner ist es zweckmäßig, wenn der Drucktopf mit der Mitnehmerscheibe einen die Anpresskraft festlegenden hydraulischen Druckraum einschließt. Dadurch sind die Trennkupplung und deren Betätigungssystem wiederum möglichst kompakt ausgeführt.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit die Trennkupplung derart ausgebildet und angeordnet, dass in der geschlossenen Stellung der Trennkupplung ein geschlossener Kraftfluss der Schließkraft / Anpresskraft zum Schließen der Trennkupplung über den Drucktopf, die ersten und zweiten Reibplatten, den (ersten) Reibplattenträger, den Sicherungsring sowie die Mitnehmerscheibe erfolgt.
  • Ist der Reibplattenträger mittels einer Nietverbindung an dem Rotorträger befestigt, wird die Herstellung und Montage des Hybridmoduls weiter erleichtert.
  • Alternativ zu der Befestigung des Reibplattenträgers an dem Rotorträger über eine Nietverbindung sind auch andere Verbindungsarten umsetzbar. Als bevorzugte Alternative hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Reibplattenträger an dem Rotorträger angeschweißt ist. Dadurch wird ein möglichst kompakter Aufbau des Hybridmoduls gestattet.
  • Für einen axial kompakten Aufbau ist es weiterhin zweckmäßig, wenn der zweite Kupplungsbestandteil einen zumindest teilweise axial zwischen einem hydraulischen Betätigungssystem der Trennkupplung und der Koppelwelle angeordneten (zweiten) Reibplattenträger aufweist. Die Koppelwelle ist weiter bevorzugt mit einem Getriebeeingang / einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes im Betrieb weiter verbunden.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt, ist folglich eine K0-Kupplung (Trennkupplung) innerhalb einer koaxialen elektrischen Maschine angeordnet. Ein erfindungsgemäßer Gedanke liegt in der Entkopplung von Drehmomentübertragung und Klemmkraft. Während die Drehmomentübertragung vom Rotorträger auf den Außenlamellenträger (erster Reibplattenträger) über eine feste Verbindung, bspw. einen Niet (Nietverbindung), erfolgt, wird die Klemmkraft der Kupplung (Trennkupplung) vom Drucktopf über das Kupplungspaket (Gesamtheit an ersten und zweiten Reibplatten) auf den Außenlamellenträger übertragen und von diesem zurück über eine Sicherungsringverbindung zur Mitnehmerscheibe. Es liegt daher im Hinblick auf die Klemmkraft ein geschlossener Kraftfluss vor und der Rotorträger ist dabei nicht im Kraftfluss angeordnet.
  • Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand einer Figur näher erläutert.
  • Es zeigt die einzige 1 eine Längsschnittdarstellung eines schematisch veranschaulichten Hybridmoduls gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
  • Die 1 veranschaulicht den Aufbau des erfindungsgemäßen Hybridmoduls 1. Das Hybridmodul 1 ist auf typische Weise als ein Zusammenbau aus einer elektrischen Maschine 2 und einer Trennkupplung 5 umgesetzt und im Betrieb in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebeeingang / einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes eingesetzt.
  • Die elektrische Maschine 2 des Hybridmoduls 1 ist konzentrisch zu einer zentralen Drehachse 21 angeordnet. Insbesondere ist ein ringförmiger Rotor 3 der elektrischen Maschine 2 konzentrisch / koaxial zu der Drehachse 21 angeordnet. Ein Rotorträger 4 nimmt dabei wiederum den Rotor 3, der um die Drehachse 21 drehbar gelagert ist, unmittelbar auf. Ein Stator 25 ist radial außerhalb des Rotors 3 angeordnet und gehäusefest aufgenommen.
  • In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die gegenständlich verwendeten Richtungsangaben axial / axiale Richtung, radial / radiale Richtung und Umfangsrichtung auf die Drehachse 21 bezogen sind. Unter radial ist somit eine Richtung senkrecht zu der Drehachse 21, unter axial eine Richtung entlang / parallel zu der Drehachse 21 und unter Umfangsrichtung eine Richtung entlang einer konzentrisch um die Drehachse 21 umlaufenden Kreislinie zu verstehen.
  • Der Rotorträger 4 weist zu seiner radialen Außenseite hin einen Hülsenabschnitt 10 auf. Jener axial verlaufende Hülsenabschnitt 10 dient zur unmittelbaren Aufnahme des Rotors 3. Der Rotor 3 weist beispielsweise ein Rotorblechpaket und daran angebrachte Magnetelemente auf, welche Bestandteile der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellt sind. Der Rotor 3 ist unmittelbar auf einer radialen Außenseite des Hülsenabschnittes 10 befestigt.
  • Zu einer radialen Innenseite des im Wesentlichen topfförmig verlaufenden Rotorträgers 4 ist dieser mit einer Eingangswelle 22 verbunden. Jene Eingangswelle 22 ist in dieser Ausführung im Betrieb weiter mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden.
  • An den Rotorträger 4 schließt zudem eine Trennkupplung 5 an. Die Trennkupplung 5 weist einen ersten Kupplungsbestandteil 6 auf, der permanent drehfest an dem Rotorträger 4 angebracht ist. Ein zweiter Kupplungsbestandteil 7 der Trennkupplung 5 ist im Betrieb mit einer Koppelwelle 8 verbunden. Jene Koppelwelle 8 ist entweder ein unmittelbarer / stoffeinteiliger Bestandteil der Getriebeeingangswelle oder eine Verbindungswelle, die hin zu der Getriebeeingangswelle führt.
  • Die Trennkupplung 5 ist als eine Reibkupplung, nämlich eine Reiblamellenkupplung ausgebildet. Demnach ist der zweite Kupplungsbestandteil 7 in einer geschlossenen Stellung der Trennkupplung 5 über einen Reibkraftschluss mit dem ersten Kupplungsbestandteil 6 verbunden. In einer geöffneten Stellung der Trennkupplung 5 ist der erste Kupplungsbestandteil 6 frei relativ zu dem zweiten Kupplungsbestandteil 7 verdrehbar.
  • Der erste Kupplungsbestandteil 6 weist einen (ersten) Reibplattenträger 11 auf, der direkt an dem Rotorträger 4 befestigt ist. Es ist zu erkennen, dass jener erste Reibplattenträger 11 als ein Außenträger / Außenlamellenträger umgesetzt ist und demnach einen (ersten) Hülsenbereich 23 aufweist, zu dessen radialer Innenseite hin mehrere erste Reibplatten 9a des ersten Kupplungsbestandteils 6 drehfest, jedoch axial relativ zueinander verschiebbar aufgenommen sind. In Umfangsrichtung / Drehrichtung sind jene erste Reibplatten 9a formschlüssig an dem ersten Hülsenbereich 23 aufgenommen.
  • Der zweite Kupplungsbestandteil 7 weist einen (zweiten) Reibplattenträger 20 auf, der auch als Innenträger / Innenlamellenträger bezeichnet ist. Der zweite Reibplattenträger 20 weist demnach einen (zweiten) Hülsenbereich 24 auf, zu dessen radialer Außenseite mehrere zweite Reibplatten 9b drehfest, jedoch axial verschiebbar zueinander aufgenommen sind. Erste und zweite Reibplatten 9a, 9b sind auf typische Weise in axialer Richtung wechselweise verteilt angeordnet und wirken in der geschlossenen Stellung reibkraftschlüssig miteinander zusammen. Der zweite Reibplattenträger 20 ist direkt zur (formschlüssigen) Verbindung mit der Koppelwelle 8 vorbereitet.
  • Zur Betätigung der Trennkupplung 5 ist ein hydraulisches Betätigungssystem 19 vorhanden. Das Betätigungssystem 19 ist auch als hydraulisches Nehmerzylindersystem ausgebildet. Das Betätigungssystem 19 weist einen axial verschiebbaren Drucktopf 16 auf. Der Drucktopf 16 bildet mit einer mit dem Rotorträger 4 weiter verbundenen Mitnehmerscheibe 15 einen hydraulischen Druckraum 17 aus. In Abhängigkeit eines hydraulischen Drucks innerhalb des Druckraums 17 ist der Drucktopf 16 von einer (zweiten) axialen Seite 12b der Gesamtheit an Reibplatten 9a, 9b her an diese anpressbar. Zu jener, dem Drucktopf 16 axial abgewandten (ersten) axialen Seite 12a der Gesamtheit an Reibplatten 9a, 9b sind die Reibplatten 9a, 9b in der geschlossenen Stellung an einem unmittelbar durch den ersten Reibplattenträger 11 ausgebildeten Abstützbereich 13 angedrückt. Jener Abstützbereich 13 weist beispielsweise als eine axial ausgestellte Sickenkontur auf.
  • Des Weiteren ist der erste Reibplattenträger 11 zu der zweiten axialen Seite 12b an der Mitnehmerscheibe 15 abgestützt. Jene Mitnehmerscheibe 15 bildet somit einen drehfest mit dem Rotorträger 4 verbundenen Bestandteil und dient auch zur axialen Abstützung des ersten Reibplattenträgers 11 (entgegen einer durch den Drucktopf 16 aufgebrachten Anpresskraft). Der erste Reibplattenträger 11 ist über einen Sicherungsring 14 an der Mitnehmerscheibe 15, nämlich auf einer der Gesamtheit an Reibplatten 9a, 9b axial abgewandten Seite, abgestützt.
  • Aus 1 geht auch hervor, dass axial zwischen der Mitnehmerscheibe 15 und der Eingangswelle 22 der zweite Reibplattenträger 20 angeordnet ist.
  • Somit ist in Gänze jener erste Reibplattenträger 11 unter Aufnahme der ersten Reibplatten 9a in radialer Richtung nach innen beabstandet zu dem Hülsenabschnitt 10 des Rotorträgers 4 angeordnet.
  • Auch wenn der erste Reibplattenträger 11 in dieser Ausführung über eine Nietverbindung 18 an dem Rotorträger 4 befestigt ist, ist in weiteren Ausführungen jene Befestigung auf andere Weise umsetzbar. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird der erste Reibplattenträger 11 etwa mittels einer Schweißverbindung / Verschweißung an dem Rotorträger 4 befestigt.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt, sind mit der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung (Hybridmodul 1) folgende Merkmale umsetzbar:
    • Der Rotorträger 4 ist ein Topf, welcher vorzugsweise mit einfachen Tiefziehwerkzeugen hergestellt werden kann.
    • Der Rotorträger 4 übernimmt lediglich die Führung des E-Motors (/ der elektrischen Maschine 2 bzw. dessen Rotors 3).
  • Die Übertragung des Drehmoments ins Kupplungspaket (Gesamtheit an ersten und zweiten Reibplatten 9a, 9b) erfolgt über einen Außenlamellenträger (erster Reibplattenträger 11).
  • Die Drehmomentübertragung vom Rotorträger 4 auf den Außenlamellenträger erfolgt über eine Nietverbindung 18 (alternativ sind hier auch andere Verbindungsarten möglich, beispielsweise eine Schweißverbindung).
  • Die Klemmkraft der Kupplung (Trennkupplung 5) wird vom Drucktopf 16 über das Kupplungspaket auf den Außenlamellenträger übertragen und von diesem zurück über eine Sicherungsringverbindung (mit Sicherungsring 14) zur Mitnehmerscheibe 15. Der Rotorträger 4 ist dabei nicht im Kraftfluss.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridmodul
    2
    elektrische Maschine
    3
    Rotor
    4
    Rotorträger
    5
    Trennkupplung
    6
    erster Kupplungsbestandteil
    7
    zweiter Kupplungsbestandteil
    8
    Koppelwelle
    9a
    erste Reibplatte
    9b
    zweite Reibplatte
    10
    Hülsenabschnitt
    11
    erster Reibplattenträger
    12a
    erste axiale Seite
    12b
    zweite axiale Seite
    13
    Abstützbereich
    14
    Sicherungsring
    15
    Mitnehmerscheibe
    16
    Drucktopf
    17
    Druckraum
    18
    Nietverbindung
    19
    Betätigungssystem
    20
    zweiter Reibplattenträger
    21
    Drehachse
    22
    Eingangswelle
    23
    erster Hülsenbereich
    24
    zweiter Hülsenbereich
    25
    Stator
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102020100524 A1 [0002]

Claims (8)

  1. Hybridmodul (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer elektrischen Maschine (2), einem einen Rotor (3) der elektrischen Maschine (2) aufnehmenden Rotorträger (4) und einer mit dem Rotorträger (4) wirkverbundenen Trennkupplung (5), wobei ein erster Kupplungsbestandteil (6) der Trennkupplung (5) mit dem Rotorträger (4) verbunden ist und ein, mit dem ersten Kupplungsbestandteil (6) wahlweise koppelbarer, zweiter Kupplungsbestandteil (7) der Trennkupplung (5) zur drehfesten Verbindung mit einer Koppelwelle (8) vorbereitet ist, und wobei mehrere miteinander reibkraftschlüssig verbindbare Reibplatten (9a, 9b) der beiden Kupplungsbestandteile (6, 7) radial innerhalb eines den Rotor (3) aufnehmenden Hülsenabschnittes (10) des Rotorträgers (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kupplungsbestandteil (6) einen radial innerhalb des Hülsenabschnittes (10) angeordneten, mehrere erste Reibplatten (9a) aufnehmenden Reibplattenträger (11) aufweist, wobei der Reibplattenträger (11) an dem Rotorträger (4) befestigt ist.
  2. Hybridmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (5) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Gesamtheit an Reibplatten (9a, 9b) der beiden Kupplungsbestandteile (6, 7) in einer geschlossenen Stellung zu einer ersten axialen Seite (12a) durch einen Abstützbereich (13) des Reibplattenträgers (11) abgestützt ist.
  3. Hybridmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (5) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Gesamtheit an Reibplatten (9a, 9b) der beiden Kupplungsbestandteile (6, 7) in der geschlossenen Stellung zu einer zweiten axialen Seite (12b) über einen Sicherungsring (14) an einer mit dem Rotorträger (4) weiter verbundenen Mitnehmerscheibe (15) abgestützt ist.
  4. Hybridmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der geschlossenen Stellung eine Anpresskraft aufbringender Drucktopf (16) zu der zweiten axialen Seite (12b) der Gesamtheit an Reibplatten (9a, 9b) angeordnet ist.
  5. Hybridmodul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucktopf (16) mit der Mitnehmerscheibe (15) einen die Anpresskraft festlegenden hydraulischen Druckraum (17) einschließt.
  6. Hybridmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibplattenträger (11) mittels einer Nietverbindung (18) an dem Rotorträger (4) befestigt ist.
  7. Hybridmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibplattenträger (11) an dem Rotorträger (4) angeschweißt ist.
  8. Hybridmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kupplungsbestandteil (7) einen zumindest teilweise axial zwischen einem hydraulischen Betätigungssystem (19) der Trennkupplung (5) und der Koppelwelle (8) angeordneten Reibplattenträger (20) aufweist.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE112006001432T5 (de) 2005-07-05 2008-06-12 Aisin AW Co., Ltd., Anjo Antriebsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug
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DE102020100524A1 (de) 2019-11-22 2021-05-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Hybridmodul mit Trennkupplung und aufweisend radiale Durchbrüche aufweisendem Rotorträger; sowie Antriebseinheit

Patent Citations (4)

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