DE19725110A1 - Kraftübertragungseinrichtung bei einem einen Fluiddruck speichernden Hybridfahrzeug - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftübertragungs­ einrichtung und insbesondere eine Kupplungseinheit in einer Kraftübertragungseinrichtung eines Hybridfahrzeuges, welche einen einen Fluiddruck erzeugenden Mechanismus aufweist, der Energie in Form eines Bremsdrehmomentes von den Fahrzeug­ rädern während des Abbremsens des Fahrzeuges absorbiert.

Druckspeichernde Hybridfahrzeuge stellen Kraftfahrzeuge dar, welche Energie in Form eines Bremsmomentes von den Fahrzeug­ rädern während eines Verzögerungs- bzw. Abbremsvorganges des Fahrzeuges absorbieren. Die absorbierte Energie wird an­ schließend wiederum für die Anfahrbewegung des Fahrzeuges eingesetzt. Das Fahrzeug weist eine hydraulische Pumpe/Motor auf, welche mit den Fahrzeugrädern mechanisch verbunden ist. Bei einem derartigen druckspeichernden Hybridfahrzeug wird die hydraulische Pumpe/Motor durch das Bremsmoment von den Fahrzeugrädern während einer Verzögerung der Geschwindigkeit oder während eines Bremsvorganges angetrieben. Das Brems­ moment wird der hydraulischen Pumpe/Motor zugeleitet, welche während der Verzögerung als Hydraulikpumpe dient und hierbei einen Fluiddruck speichert. Wenn anschließend das Kraftfahr­ zeug anfährt, wird die durch das Bremsmoment während der Verzögerung gespeicherte bzw. akkumulierte Energie für die Rotation der hydraulischen Pumpe/Motor verwendet, welcher nunmehr als Hydraulikmotor dient. Die Antriebskraft des Hy­ draulikmotors wird als zusätzliche Antriebskraft für die Räderrotation eingesetzt.

Beim oben beschriebenen druckspeichernden Hybridfahrzeug ist die hydraulische Pumpe/Motor mit den Fahrzeugrädern fortwäh­ rend mechanisch verbunden und wird somit während einer regu­ lären Fahrzeugbewegung angetrieben. Demgemäß erzeugt die hy­ draulische Pumpe/Motor eine energieverbrauchende Last, so­ bald sich das Fahrzeug bewegt.

Um die Drehmomentübertragung zur hydraulischen Pumpe/Motor wahlweise zu unterbrechen, kann zwischen der hydraulischen Pumpe/Motor und den Rädern eine Kupplungseinheit vorgesehen werden. Hierfür erscheint eine elektromagnetische Kupplung oder dergleichen für die Kupplungseinheit geeignet. Jedoch ist die elektromagnetische Kupplung aufgrund ihres hohen Gewichtes und der kostenintensiven Bauteile nicht geeignet, da derartige Hybridfahrzeuge aufgrund ihrer Beschaffenheit die Kosten vermindern sollen. Insbesondere bei großen Fahr­ zeugen, wie etwa einem Bus, ist es schwierig, eine kosten­ günstig ausgestaltete Kupplungseinheit zu konzipieren, wel­ che einen hohen Drehmomentgrad übertragen kann sowie gleich­ zeitig das Gewicht der Kupplung gering hält und kosten­ günstig herstellbar ist, da die dem Bremsmoment zugeordneten Kräfte extrem hoch sein können.

Eine weitere mögliche Lösung stellt ein Leistungsschalter dar, welcher ein Einrücken und Ausrücken eines Zahnrades zwischen Rädern und der hydraulischen Pumpe/Motor bewirken kann. Eine derartige Getriebeeinrichtung kann zum Übertragen und Unterbrechen der Drehmomentübertragung anstelle einer Kupplungseinheit verwendet werden. Das Drehmoment wird di­ rekt durch das Einrücken der Zahnräder übertragen und folg­ lich kann diese Einrichtung relativ klein dimensioniert wer­ den. Jedoch müssen die Zahnräder während der regulären Fahrt des Fahrzeuges ausgerückt und beim Bremsen während der Fahrt zur Verzögerung eingerückt werden. Bei diesem System besteht das Problem, daß während des Einrückvorganges der Zahnräder ein Stoß oder Ruck wahrnehmbar und ein gleichmäßiges Ein­ rücken der Zahnräder schwierig ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Widerstandskräfte und unnötige Lasten während der Fahrt eines druckspeichern­ den Hybridfahrzeuges zu vermindern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombina­ tion des Anspruches 1 oder 4 gelöst; die Unteransprüche ha­ ben bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung zum Inhalt.

Durch die Erfindung wird ein gleichmäßiges und glattes Lei­ stungsschalten bei einem Leistungsschalter erzielt, welcher zwischen Rädern und einer Druckspeichereinrichtung in einem druckspeichernden Hybridfahrzeug angeordnet ist.

Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Kraftübertragungseinrichtung für ein druckspeicherndes Hybridfahrzeug ein druckspeicherndes Hybridfahrzeug mit da­ ran gestützten Rädern auf. Die Räder sind mit einer rotie­ renden Energiequelle mechanisch verbunden. Die Erfindung weist zudem einen Leistungsschalter mit einem Hauptantriebs­ bereich, einem Unter-Antriebsbereich, einem Abtriebsbereich und einem Schaltbereich auf, wobei der Schaltbereich mit dem Abtriebsbereich mechanisch verbunden ist und den Abtriebsbe­ reich mit dem Hauptantriebsbereich oder dem Unter-Antriebs­ bereich wahlweise verbindet, und der Abtriebsbereich ist mit einer hydraulischen Pumpe/Motor mechanisch verbindbar. Eine Antriebswelle ist mit den Rädern und dem Hauptantriebsbe­ reich des Leistungsschalters mechanisch verbunden. Eine Kupplungseinheit weist einen Antrieb und einen Abtrieb auf, wobei der Antrieb der Kupplungseinheit mit der Antriebswelle mechanisch verbunden und der Abt rieb der Kupplungseinheit mit dem Unter-Antriebsbereich des Leistungsschalters verbun­ den ist. Die Kupplungseinheit umfaßt ein Kraftübertragungs­ element mit einem Wellenbereich, welcher mit einem Ende des Unter-Antriebsbereiches des Leistungsschalters verbunden ist, sowie einen scheibenförmigen Flanschbereich, welcher am anderen Ende des Wellenbereiches angeordnet und mit einer Reibungsfläche ausgestaltet ist. Eine Kupplungsscheibenan­ ordnung weist ein Reibungselement mit einem Außendurchmesser auf, der das drei- bis fünffache des Außendurchmessers der Antriebswelle beträgt, und das Reibungselement berührt die Reibungsfläche des Kraftübertragungselementes. Ein innerer Umfangsbereich der Kupplungsscheibenanordnung ist für die Rotation in die Antriebswelle eingerückt. Ein Druckmechanis­ mus drückt das Reibungselement gegen die Reibungsfläche des Kraftübertragungselementes. Ein Ausrück- bzw. Lösemechanis­ mus steuert bzw. regelt den Druck des Druckmechanismus.

Vorzugsweise weist der Druckmechanismus eine Druckplatte auf, welche der Reibungsfläche des Kraftübertragungselemen­ tes mit dem daran angeordneten Reibungselement gegenüberlie­ gend positioniert ist. Ein Vorspannungselement spannt die Druckplatte zum Kraftübertragungselement. Ein Kupplungs­ deckel ist am Flanschbereich des Kraftübertragungselementes befestigt, so daß die Druckplatte und die Vorspannungsele­ mente bedeckt werden, wobei der Kupplungsdeckel das Vorspan­ nungselement und die Druckplatte derart stützt, daß sie re­ lativ zueinander drehfest, jedoch in Axialrichtung bewegbar sind.

Bevorzugt weist der Ausrück- bzw. Lösemechanismus eine gegen die Kraft des Vorspannungselementes derart vorgespannte Fe­ der auf, daß die Druckplatte in die Ausrückposition zur Kupplungsscheibenanordnung vorgespannt wird, sowie eine Druckeinheit auf, um wahlweise ein Zusammendrücken der Feder zu bewirken, so daß die Druckplatte in Eingriff mit der Kupplungsscheibenanordnung gedrückt wird.

Die Kraftübertragungseinrichtung wird bei einem druckspei­ chernden Hybridfahrzeug verwendet, bei welchem das Bremsmo­ ment von den Fahrzeugrädern in einer druckspeichernden Ein­ richtung gespeichert wird. Die vom Bremsmoment gespeicherte Energie wird später eingesetzt, um die Drehkraft für die Rä­ der bei Bewegungsbeginn bzw. Fahrbeginn zu erzeugen.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung sind im Leistungs­ schalter der Unter-Antriebsbereich und der Abtriebsbereich während eines regulären Fahrmodus mechanisch miteinander verbunden und warten auf eine Drehmomentübertragung. Jedoch befindet sich beim regulären Fahrmodus die Kupplungseinheit im ausgerückten Zustand, so daß kein Drehmoment durch den Unter-Antriebsbereich auf den Abtriebsbereich übertragen wird. Wenn gebremst wird, tritt die Einrichtung in den Bremsmodus ein. Im Bremsmodus wird die Kupplungseinheit in den eingerückten Zustand bewegt und ein Drehmoment durch die Kupplungseinheit auf dem Unter-Antriebsbereich übertragen. Anschließend werden Rotationen des Hauptantriebsbereiches, des Unter-Antriebsbereiches und des Abtriebsbereiches des Leistungsschalters miteinander synchronisiert. In diesem Zu­ stand wird der Schaltbereich zurückgesetzt, so daß der Hauptantriebsbereich und der Abtriebsbereich miteinander verbunden und der Unter-Antriebsbereich vom Abtriebsbereich gelöst ist. Demzufolge wird das Bremsmoment direkt auf die druckspeichernde Einrichtung ohne Zwischenschaltung der Kupplungseinheit übertragen. Folglich wird das Bremsmoment in der druckspeichernden Einrichtung als Fluiddruck gespei­ chert.

Im Startmodus kann anschließend die durch die druckspei­ chernde Einrichtung gespeicherte Kraft durch den Abtriebsbe­ reich und den Hauptantriebsbereich auf die Räder übertragen werden. Der Hauptantriebsbereich und der Abtriebsbereich sind miteinander verbunden. Folglich kann die während des Bremsvorganges gespeicherte bzw. akkumulierte Energie als zusätzliche Antriebskraft für das Antreiben der Räder ver­ wendet werden.

Anschließend wird im regulären Fahrmodus der Schaltbereich derart zurückgesetzt, daß der Hauptantriebsbereich und der Abtriebsbereich von der dazwischen auftretenden Drehmoment­ übertragung gelöst werden, daß der Unter-Antriebsbereich und der Abtriebsbereich wiederum miteinander verbunden werden und daß die Kupplungseinheit ausgerückt wird. Somit erzeugt im regulären Fahrmodus die druckspeichernde Einrichtung keine Last oder Widerstand an den Rädern.

Bei der vorliegenden Erfindung überträgt die Kupplungsein­ heit das Drehmoment lediglich, bis der Hauptantriebsbereich der Kraftübertragungseinrichtung und der Abtriebsbereich mit synchroner Geschwindigkeit im Bremsmodus rotieren. Nach der Synchronisierung wird jedoch der Schaltbereich zurückge­ setzt, so daß die Drehmomentübertragung durch die Verbindung zwischen dem Hauptantriebsbereich und dem Abtriebsbereich durchgeführt und das Drehmoment direkt von der Radseite ohne zwischengeschaltete Kupplungseinheit auf die druckspeichern­ de Einrichtung übertragen wird. Demgemäß kann die Drehmo­ mentübertragungskapazität der Kupplungseinheit minimal sein. Der Außendurchmesser des Reibungselementes beträgt somit vorzugsweise das drei- bis fünffache des Außendurchmessers der Antriebswelle. Aus diesem Grund kann eine Kupplungsein­ heit mit geringem Gewicht und niedrigen Kosten hergestellt werden. Zudem kann durch die Verwendung der Kupplungseinheit die Kupplungseinheit, der Unter-Antriebsbereich und der Schaltbereich funktional als Synchronisierungsvorrichtung des Leistungsschalters ausgestaltet werden. Weiterhin be­ steht die Möglichkeit, Stöße oder einen Ruck während des Schaltvorganges im Leistungsschalter zu vermindern.

Des weiteren kann bei einer derartigen Kupplungseinheit eine Fahrzeugtrockenkupplung verwendet werden, welche die Umset­ zung der Kupplungseinheit in kostengünstiger Form zuläßt.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung ersichtlich. In dieser Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines druckspeichernden Hybridmotors entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 eine Querschnittansicht einer Kupplungseinheit ent­ sprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines druckspeichern­ den Hybridfahrzeuges mit einem Motor 1, Rädern bzw. Reifen 2 und einer Achse 3. Bei dem druckspeichernden Hybridfahrzeug ist die Achse 3 mit dem Motor 1 mechanisch verbunden und überträgt ein Drehmoment zu den Rädern 2. Eine hydraulische Pumpe/Motor 6 ist wahlweise bzw. selektiv mit der Achse 3 durch eine Kraftübertragungseinrichtung 4 und einen Lei­ stungsschalter 5 mechanisch verbunden. Die Kraftübertra­ gungseinrichtung 4 weist eine später detaillierter zu be­ schreibende Kupplungseinheit 11 auf. Der Leistungsschalter 5 kann beispielsweise ein Getriebe bzw. Getriebegehäuse mit wahlweise ineinander greifenden Zahnrädern sein. Nachfolgend wird die linke Seite von Fig. 2 als Pumpen/Motorseite und die rechte Seite von Fig. 2 als Achsenseite bezeichnet.

Die Kraftübertragungseinrichtung 4 umfaßt eine Antriebswelle 10, welche mit einem Ende direkt mit der Achse 3 mechanisch verbunden ist. Die Antriebswelle 10 verläuft durch die Kupp­ lungseinheit 11 zum Leistungsschalter 5.

Der Leistungsschalter 5 weist einen Hauptantriebsbereich 21, welcher mit der Antriebswelle 10 direkt mechanisch verbunden ist, einen Unter-Antriebsbereich 22, welcher mit einem Ab­ triebsbereich der Kupplungseinheit 11 (wird später noch de­ taillierter beschrieben) verbunden ist, und einen Abtriebs­ bereich 23 auf, welcher mit einem Antriebsbereich der hy­ draulischen Pumpe/Motor 6 verbunden ist. Zudem ist ein Schaltelement 24 vorgesehen, welches zur Drehmomentübertra­ gung wahlweise den Abtriebsbereich 23 mit dem Hauptantriebsbereich 21 oder den Abtriebsbereich 23 mit dem Unter-An­ triebsbereich 22 verbindet, wie später noch detaillierter beschrieben wird.

Wie in Fig. 2 dargestellt, weist die Kupplungseinheit 11 ein Kraftübertragungselement 30, eine Kupplungsscheibenanordnung 31 und eine Kupplungsdeckelanordnung 32 auf, welche ein Mit­ tel zum wahlweisen Einrücken und Lösen der Drehmomentüber­ tragung durch die Kupplungseinheit 11 liefern, indem die Kupplungsscheibenanordnung 31 wahlweise gegen das Kraftüber­ tragungselement 30 gedrückt wird. Die Kupplungseinheit 11 umfaßt einen Ausrück- bzw. Lösemechanismus 33, welcher den Einrück- und Ausrückvorgang der Kupplungsdeckelanordnung 32 steuert bzw. regelt, sowie ein Gehäuse 34, welches die obi­ gen Bauteile der Kupplungseinheit 11 aufnimmt.

Das Kraftübertragungselement 30 hat einen hülsenförmigen Axialbereich 30a, welcher um die Antriebswelle 10 durch ein Lager 35 gestützt ist, sowie einen scheibenförmigen Flansch­ bereich 30b, welcher vom Axialbereich 30a radial nach außen verläuft. Der Axialbereich 30a erstreckt sich in den Lei­ stungsschalter 5 und ist mit dem Unter-Antriebsbereich 22 verbunden. Zudem ist eine Reibungsfläche 30c im Flanschbe­ reich 30b ausgebildet.

Die Kupplungsscheibenanordnung 31 weist einen Nabenbereich 36 auf, dessen innerer Umfangsbereich mit einem Keilverzah­ nungsbereich 10a der Antriebswelle 10 keilverzahnt ist. Die Kupplungsscheibenanordnung 31 hat zudem eine ringförmige Platte 38, welche am Nabenbereich 36 durch Nieten 37 befe­ stigt ist, und ein Reibungselement 40, welches an einem äußeren Umfangsbereich der Platte 38 durch Nieten 39 befe­ stigt ist. Das Reibungselement 40 kann mit der Reibungsflä­ che 30c des Kraftübertragungselementes 30 entsprechend der Bewegung der Druckplatte 41, wie später beschrieben wird, in Reibungseingriff gelangen.

Die Kupplungsdeckelanordnung 32 weist die Druckplatte 41, eine Membranfeder 42 und einen Kupplungsdeckel 43 auf, wel­ cher zumindest teilweise die Membranfeder 42 und die Druck­ platte 41 umgibt. Die Druckplatte 41 stellt ein ringförmiges Element dar und ist derart angeordnet, daß sie der Reibungs­ fläche 30c des Kraftübertragungselementes 30 gegenüberliegt, wobei das Reibungselement 40 der Kupplungsscheibe 31 dazwi­ schen angeordnet ist. Die Membranfeder 42 weist einen ring­ förmigen Druckbereich 42a an ihrem äußeren Umfangsbereich und einen Hebelbereich 42b an ihrem inneren Umfangsbereich auf. Die Membranfeder 42 wird auf dem Kupplungsdeckel 43 durch Stiftschrauben bzw. Bolzen 45 und zwei Drahtringe 46 gehalten. Der äußere Umfangsbereich des Kupplungsdeckels 43 ist am äußeren Umfangsbereich des Flanschbereiches des Kraftübertragungselementes 30 durch Bolzen 47 befestigt. Die Druckplatte 41 ist am Kupplungsdeckel 43 derart fixiert, daß sie nicht relativ zum Kupplungsdeckel 43 rotiert, jedoch eine begrenzte Axialbewegung relativ zum Kupplungsdeckel 43 ausführen kann. Der Kupplungsdeckel 43 und die Duckplatte 41 sind durch (nicht dargestellte) Streifenplatten miteinander verbunden, welche eine Axialbewegung zwischen diesen beiden Elementen ermöglichen, jedoch eine Relativrotation wiederum zwischen den beiden Elementen begrenzen.

Die Kupplungsscheibenanordnung 31 und die Kupplungsdeckelan­ ordnung 32 können als Kraftfahrzeugtrockenkupplung oder als im Ölbad laufende Kupplung ausgebildet werden, wenn die Kupplungseinheit 11 eine fluiddichte Kammer aufweist. Jedoch stellt bei dem in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel die Kupplungseinheit 11 eine Trockenkupplung dar. Der Außendurchmesser des Reibungselementes 40 der Kupp­ lungsscheibenanordnung 31 ist relativ zum Außendurchmesser der Antriebswelle 10 kleiner als der der regulären bzw. be­ kannten Kraftfahrzeugtrockenkupplung. Bei der regulären Kraftfahrzeugtrockenkupplung beträgt der Durchmesser der Reibungselemente ungefähr das neunfache des Außendurchmes­ sers der Antriebswelle (welche der Antriebswelle 10 diesen Ausführungsbeispiels entspricht). Dies resultiert daraus, daß bei anderen Einrichtungen der Außendurchmesser der Rei­ bungselemente entsprechend den vorgegebenen technischen Nor­ men, wie etwa dem Sicherheitsfaktor in Verbindung mit dem maximalen Drehmoment des Kraftfahrzeuges, festgelegt ist.

Im Gegensatz hierzu ist der Außendurchmesser des Reibungs­ elementes 40 bei der vorliegenden Erfindung derart konzi­ piert, daß er das drei- bis fünffache des Außendurchmessers der Antriebswelle 10 (insbesondere des kleinstmöglichen Durchmessers der Antriebswelle 10) beträgt. Die Durchmesser erfüllen somit die vorliegende Gleichung:

Oder mit anderen Worten, der Außendurchmesser des Reibungs­ elementes geteilt durch den Außendurchmesser der Antriebs­ welle entspricht ungefähr drei (3) bis fünf (5).

Demgemäß wird ein im wesentlichen klein dimensioniertes Rei­ bungselement im Vergleich zu den bekannten Fahrzeugtrocken­ kupplungen verwendet. Diese Möglichkeit besteht, da das Rei­ bungselement 40 entsprechend der vorliegenden Erfindung le­ diglich zur Drehmomentübertragung für die Rotation des Unter-Antriebsbereiches 22 und des Abtriebsbereiches 23 des Leistungsschalters 5, bis die Rotationsgeschwindigkeit des Hauptantriebsbereiches 21 und des Abtriebsbereiches 23 im wesentlichen zueinander synchron sind, wie später noch de­ taillierter beschrieben wird, konzipiert ist.

Der Ausrückmechanismus 33 weist ein hülsenförmiges Druckele­ ment 50, welches auf das Ende des Hebelbereiches 42b der Membranfeder 42 Druck ausübt, ein Ausrücklager 51, welches um den äußeren Umfangsbereich des Druckelementes 50 angeord­ net ist, einen Kolben 52, welcher auf dem äußeren Umfangsbe­ reich des Ausrücklagers 51 gestützt ist, sowie eine Feder 53 auf, welche den Kolben 52 vorspannt. Der Kolben 52 und das Gehäuse 34 legen eine Kammer 54 fest. Der Kolben 52 ist in Axialrichtung innerhalb des Gehäuses 34 entsprechend Druck­ änderungen in der Kammer 54 bewegbar. Druckänderungen in der Kammer 54 werden durch eine Öffnung 55 mittels einer (nicht dargestellten) Steuer- bzw. Regelungseinrichtung bewirkt. Die Feder 53 spannt den Kolben 52 zum Kraftübertragungsele­ ment 30 vor. Demgemäß drückt, wenn kein Druck der Kammer 54 zugeführt wird, das Druckelement 50 den Hebelbereich 42b der Membranfeder 42 und es wird der Druckkontakt des Reibungs­ elementes 40 gegen das Kraftübertragungselement 30 durch die Druckplatte 41 gelöst.

Das Gehäuse 34 ist auf der Antriebswelle 10 durch ein Lager 56 derart gestützt, daß die Antriebswelle 10 frei, relativ zum Gehäuse 34, rotieren kann.

Die Betriebsweise der vorliegenden Erfindung wird nachfol­ gend erläutert.

Das druckspeichernde Hybridfahrzeug arbeitet im allgemeinen in zumindest drei unterschiedlichen Moden. Die Moden stellen sich wie folgt dar: zuerst ein regulärer Fahrmodus, bei wel­ chem das Fahrzeug durch den Motor 1 angetrieben wird; ein Bremsmodus, bei welchem ein Drehmoment von der Rotation der Räder 2 durch die hydraulische Pumpe/Motor 6 ausgenützt wird, um Energie in Form eines Fluiddruckes zu speichern; und ein Startmodus, bei welchem der durch die hydraulische Pumpe/Motor 6 gespeicherte Fluiddruck zur Erzeugung eines Drehmomentes verwendet wird, so daß die Räder 2 gedreht wer­ den.

Beim regulären Fahrmodus wird das Drehmoment vom Motor 1 auf die Räder 2 durch die Achse 3 übertragen. Beim regulären Fahrmodus wird kein Druck der Öffnung 55 und der Kammer 54 in der Kupplungseinheit 11 zugeführt. Demgemäß wird, wie oben beschrieben, der Druckkontakt der Druckplatte 41 gegen das Reibungselement 40 gelöst und die Kupplungsscheibenan­ ordnung 31 dreht sich frei, relativ zum Übertragungselement 30. Die Kupplungseinheit 11 wird im gelösten bzw. ausgerück­ ten Zustand im regulären Fahrmodus gehalten. Zudem wird im regulären Fahrmodus das Schaltelement 24 derart eingestellt, daß der Unter-Antriebsbereich 22 und der Abtriebsbereich 23 miteinander mechanisch verbunden sind. Jedoch tritt keine Drehmomentübertragung zwischen der Antriebswelle 10 und der hydraulischen Pumpe/Motor 6 auf, da sich die Kupplungsein­ heit 11 im ausgerückten Zustand befindet, und die hydrau­ lische Pumpe/Motor 6 erzeugt keine Widerstandskräfte an der Antriebswelle 10. Zudem wird im regulären Fahrmodus das Schaltelement 24 derart gesetzt, daß der Hauptantriebsbe­ reich 21 und der Abtriebsbereich 23 nicht miteinander mecha­ nisch gekoppelt sind.

Das druckspeichernde Hybridfahrzeug wird mit einem (nicht dargestellten) Bremssystem ausgebildet. Nach dem Einrücken bzw. Eingreifen des Bremssystems arbeitet das druckspei­ chernde Hybridfahrzeug im Bremsmodus. Im Bremsmodus bei an­ greifender Bremse wird der Druck gleichzeitig der Kammer 54 des Ausrückmechanismus 33 zugeführt. Der Kolben 52 bewegt sich entsprechend dem Druck zur Achsenseite gegen die Span­ nungskraft der Feder 53. Entsprechend dieser Bewegung bewegt sich auch das Druckelement 50 zur Achsenseite. Das äußere Umfangsende der Membranfeder 42 drückt die Druckplatte 41 auf die Seite des Kraftübertragungselementes 30. Folglich wird auf das Reibungselement 40 zwischen dem Kraftübertra­ gungselement 30 und der Druckplatte 41 Druck ausgeübt, so daß die Kupplungseinheit 11 in den eingerückten Zustand ge­ bracht wird. Des weiteren wird analog dem regulären Fahrmo­ dus das Schaltelement 24 zuerst derart eingestellt, daß der Unter-Antriebsbereich 22 und der Abtriebsbereich 23 mitein­ ander mechanisch verbunden sind.

Nach dem Einrücken der Kupplungseinheit 11 wird ein Brems­ moment von den Rädern 2 durch die Antriebswelle 10 an­ schließend zum Leistungsschalter 5 durch die Kupplungsein­ heit 11 übertragen. Des weiteren wird bei eingerückter Kupp­ lungseinheit 11 das Bremsmoment auf die hydraulische Pum­ pe/Motor 6 durch den Unter-Antriebsbereich 22, das Schalt­ element 24 und den Abtriebsbereich 23 übertragen. Der Haupt­ antriebsbereich 21 ist an der Antriebswelle 10 befestigt und rotiert demgemäß mit gleicher Geschwindigkeit wie die An­ triebswelle 10. Wenn die Kupplungseinheit 11 eingerückt wird, beginnt sich der Unter-Antriebsbereich 22 zu drehen und möglicherweise mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit wie die Antriebswelle 10, analog dem Schaltelement 24 und dem Abtriebsbereich 23.

Somit wird bei eingerückter Kupplungseinheit 11 das Dreh­ moment auf die hydraulische Pumpe/Motor 6 übertragen. Sobald die Kupplungseinheit 11 aufgrund des (nicht dargestellten) Kämmvorganges des Schaltelementes 24 komplett eingerückt ist, beginnen das Schaltelement 24, der Abtriebsbereich 23 und der Hauptantriebsbereich 21 mit gleicher Umdrehungsge­ schwindigkeit wie der untere Antriebsbereich 22 und der Ab­ triebsbereich 23 zu rotieren. Mit anderen Worten, die Rota­ tionsgeschwindigkeiten des Hauptantriebsbereiches 21 und des Unter-Antriebsbereiches 22 werden miteinander synchroni­ siert. Sobald die Rotationsgeschwindigkeiten des Unter-An­ triebsbereiches 22 und des Abtriebsbereiches 23 synchroni­ siert sind, wird das Schaltelement 24 in einfacher Form vom eingerückten Zustand zwischen dem Unter-Antriebsbereich 22 und dem Abtriebsbereich 23 zum eingerückten Zustand zwischen dem Hauptantriebsbereich 21 und dem Abtriebsbereich 23 geschaltet. Nach dem Schalten des Schaltelementes 24 wird das Bremsmoment von den Rädern 2 vom Hauptantriebsbereich 21 durch den Abtriebsbereich 23 auf die hydraulische Pumpe/Mo­ tor 6 übertragen. Die hydraulische Pumpe/Motor 6 dient als Pumpe, so daß das Bremsmoment akkumuliert und als Fluiddruck gespeichert wird. Sobald das Schaltelement 24 vom eingerück­ ten Zustand zwischen dem Unter-Antriebsbereich 22 und dem Abtriebsbereich 23 zum eingerückten Zustand zwischen dem Hauptantriebsbereich 21 und dem Abtriebsbereich 23 geschal­ tet wurde, stellt die Kupplungseinheit 11 kein Bauteil des Drehmomentübertragungsweges mehr dar, da das Schaltelement 24 derart geschaltet wurde, daß der Unter-Antriebsbereich 22 nicht mehr in den Abtriebsbereich 23 eingerückt ist. Folg­ lich muß die Kupplungseinheit 11 für keine längere Zeitdauer ein beträchtliches Drehmoment bzw. eine beträchtliche Dreh­ momentgröße übertragen, da die Kupplungseinheit 11 lediglich zum Synchronisieren der Rotationsgeschwindigkeit des Ab­ triebsbereiches 23 und des Hauptantriebsbereiches 21 dient.

Als nächstes wird der Start- bzw. Anfahrmodus beschrieben. Beim Startmodus ist das Schaltelement 24 derart geschaltet, daß der Abtriebsbereich 23 und der Hauptantriebsbereich 21 miteinander mechanisch verbunden sind. Wenn beispielsweise die Bremsen gelöst und eine Bewegung des Fahrzeuges er­ wünscht ist, dient der durch die hydraulische Pumpe/Motor 6 akkumulierte und gespeicherte Druck als zusätzliche Energie­ quelle für die Rotation der Räder 2. Ein Drehmoment wird durch die hydraulische Pumpe/Motor 6 unter Verwendung des gespeicherten Fluiddruckes erzeugt und das Drehmoment durch den Abtriebsbereich 23 mittels des Schaltelementes 24 auf den Hauptantriebsbereich 21 und die Antriebswelle 10 über­ tragen. Beim Startmodus dient die hydraulische Pumpe/Motor 6 als Hydraulikmotor. Die Leistung wird durch den Leistungs­ schalter 5 direkt auf die Antriebswelle 10 und weiter durch die Achse 3 auf die Räder 2 übertragen. Beim Start- bzw. Anfahrmodus trägt die Kupplungseinheit 11 nicht zur Kraft­ übertragung bei. Sobald eine vorgegebene Fahrzeuggeschwin­ digkeit erreicht ist, schaltet der Leistungsschalter 5 in den oben beschriebenen regulären Fahrmodus.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung wird die Kupplungseinheit 11 lediglich dazu verwendet, die Rotationsgeschwindigkeiten der Antriebs-/Ab­ triebsbereiche im Leistungsschalter 5 auf eine synchroni­ vierte Geschwindigkeit zu bringen. Folglich kann die Kupp­ lungseinheit 11 mit einer geringen Drehmomentübertragungs­ kapazität ausgebildet werden, wodurch sich eine Größenver­ ringerung der Einrichtung ergibt. Da zudem die Möglichkeit besteht, eine Trockenkupplung zu verwenden, welche denjeni­ gen bei anderen Fahrzeuganwendungen ähnlich ist, sind die Kosten reduzierbar.

Da zudem im Bremsmodus die Rotation des Hauptantriebsberei­ ches 21 und des Abtriebsbereiches 23 durch die Kupplungsein­ heit 11 synchronisiert wird, werden normalerweise ein einem Getriebe zugeordnet er Ruck oder Stöße eliminiert und ein gleichmäßiger Schaltvorgang durch das Schaltelement 24 er­ zielt.

Alternative Ausführungsbeispiele

Bei dem vorhergehendenden Ausführungsbeispiel wird eine starre Kupplungsscheibenanordnung 31 verwendet, bei welcher kein Dämpfungsmechanismus angeordnet ist. Es kann jedoch eine Kupplungsscheibe mit einem Dämpfungsmechanismus einge­ setzt werden, welcher eine Torsionsfeder oder einen Erzeu­ gungsmechanismus für ein Hysteresedrehmoment aufweist.

Zudem sind die Kupplungsscheibe oder der Kupplungsdeckel nicht auf die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Bauteile begrenzt. Verschiedene Kraftfahrzeugtrockenkupplun­ gen können eingesetzt werden.

Wie oben beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die komplette Einrichtung klein dimensioniert und kann mit niedrigen Kosten hergestellt werden, da die Kraftübertra­ gungseinrichtung mit einem relativ klein dimensinierten Rei­ bungselement ausbildbar ist. Da des weiteren der Hauptan­ triebsbereich mit dem Abtriebsbereich verbunden wird, nach­ dem der Antrieb und der Abtrieb des Leistungsschalters durch die Kupplungseinheit miteinander synchronisiert sind, tritt beim Schaltvorgang nur ein geringer Stoß auf und kann ein gleichmäßiger Schaltvorgang durchgeführt werden.

Zusammenfassend ist beim erfindungsgemäßen druckspeichernden Hybridfahrzeug ein Leistungsschalter 5 zwischen den Rädern 2 des Fahrzeuges und einer hydraulischen Pumpe/Motor 6 ein­ gefügt. Das Fahrzeug weist eine Antriebswelle 10 für die Übertragung eines Bremsmomentes von den Rädern 2 auf die hy­ draulische Pumpe/Motor 6 und eine Kupplungseinheit 11 auf, welche zwischen der Antriebswelle 10 und einem Unter-An­ triebsbereich 22 des Leistungsschalters 5 angeordnet ist. Eine in der Kupplungseinheit 11 angeordnete Kupplungsschei­ benanordnung 31 weist einen Außendurchmesser, der das drei- bis fünffache des Außendurchmessers der Antriebswelle 10 be­ trägt, und ein Reibungselement 40 auf, welches mit einer Reibungsfläche 30c des Kraftübertragungselementes 30 in Kon­ takt gebracht wird.

Verschiedene Details der vorliegenden Erfindung können ver­ ändert werden, ohne deren Schutzumfang zu verlassen. Des weiteren dient die vorhergehende Beschreibung der erfin­ dungsgemäßen Ausführungsbeispiele lediglich zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung der Erfindung, welche durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente festgelegt ist.

Claims (6)

1. Kraftübertragungseinrichtung für ein druckspeicherndes Hybridfahrzeug:
mit einem druckspeichernden Hybridfahrzeug mit daran ge­ stützten Rädern (2), welche mit rotierenden Energie­ quellen mechanisch verbunden sind;
mit einem Leistungsschalter (5) mit einem Hauptantriebs­ bereich (21), einem Unter-Antriebsbereich (22), einem Abtriebsbereich (23) und einem Schaltbereich (24), wel­ cher mit dem Abtriebsbereich (23) mechanisch verbunden ist und den Abtriebsbereich (23) mit dem Hauptantriebs­ bereich (21) oder dem Unterantriebsbereich (22) wahlwei­ se mechanisch verbinden kann, wobei der Abtriebsbereich (23) mit einer hydraulischen Pumpe/Motor (6) mechanisch verbindbar ist;
mit einer Antriebswelle (10), welche mit den Rädern (2) und dem Hauptantriebsbereich (21) des Leistungsschalters (5) mechanisch verbunden ist; und
mit einer Kupplungseinheit (11) mit einem Antrieb und einem Abtrieb, wobei der Antrieb der Kupplungseinheit (11) mit der Antriebswelle (10) mechanisch verbunden ist und der Abtrieb der Kupplungseinheit (11) mit dem Un­ ter-Antriebsbereich (22) des Leistungsschalters (5) ver­ bunden ist;
wobei die Kupplungseinheit (11) folgende Bauteile auf­ weist:
ein Kraftübertragungselement (30) mit einem Wellenbe­ reich (30a), welcher mit einem Ende des Unter-Antriebs­ bereiches (22) des Leistungsschalters (5) verbunden ist, und mit einem scheibenförmigen Flanschbereich (30b), welcher am anderen Ende des Wellenbereiches (30a) ausge­ bildet und mit einer Reibungsfläche (30c) versehen ist;
eine Kupplungsscheibenanordnung (31) mit einem Reibungs­ element (40), dessen Außendurchmesser das drei- bis fünffache des Außendurchmessers der Antriebswelle (10) beträgt, wobei das Reibungselement (50) die Reibungsflä­ chen (30c) des Kraftübertragungselementes (30) berührt und ein innerer Umfangsbereich der Kupplungsscheibenan­ ordnung (31) eingerückt wird, um mit der Antriebswelle (10) in Kontakt zu treten und sich mit dieser zu drehen;
einen Druckmechanismus, um das Reibungselement (40) ge­ gen die Reibungsflächen (30c) des Kraftübertragungsele­ mentes (30) zu drücken; und
einen Ausrückmechanismus (33), um den Druck des Druckme­ chanismus zu steuern bzw. zu regeln.

2. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmechanismus folgende Bau­ teile aufweist:
eine Druckplatte (40), welche der Reibungsfläche (30c) des Kraftübertragungselementes (30) mit dem daran ange­ ordneten Reibungselement (41) gegenüberliegend positio­ niert ist;
ein Vorspannungselement (42), um die Druckplatte (41) zum Kraftübertragungselement (30) vorzuspannen; und
einen Kupplungsdeckel (43), welcher am Flanschbereich (30b) des Kraftübertragungselementes (30) befestigt ist, so daß die Druckplatte (41) und das Vorspannungselement (42) bedeckt werden, wobei der Kupplungsdeckel (43) das Vorspannungselement (42) und die Druckplatte (41) stützt, so daß sie relativ zueinander drehfest, jedoch zueinander in Axialrichtung bewegbar sind.

3. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrückmechanismus (33) folgende Bauteile aufweist:
eine Feder (53), welche gegen die Kraft des Vorspan­ nungselementes (52) derart vorgespannt ist, daß die Druckplatte (41) in die ausgerückte Position zur Kupp­ lungsscheibenanordnung (31) vorgespannt ist; und
ein Druckelement (50), um wahlweise ein Zusammendrücken der Feder (53) zu bewirken, so daß die Druckplatte (41) in Eingriff mit der Kupplungsscheibenanordnung (31) ge­ drückt wird.

4. Kraftübertragungseinrichtung für ein druckspeicherndes Hybridfahrzeug:
mit einer Kupplungseinheit (11) mit einem Antrieb und einem Abtrieb, wobei der Antrieb der Kupplungseinheit (11) mit einer Antriebswelle (10) mechanisch verbindbar ist und wobei die Kupplungseinheit (11) folgende Bau­ teile aufweist:
ein Kraftübertragungselement (30) mit einem Wellenbe­ reich (30a), welcher mit einem Kraftabtriebselement ver­ bindbar ist, wobei das Kraftübertragungselement (30) ei­ nen scheibenförmigen Flanschbereich (30b) mit einer Rei­ bungsfläche (30c) aufweist;
eine Kupplungsscheibenanordnung (31) mit einem Reibungs­ element (40), dessen Außendurchmesser das drei- bis fünffache des Außendurchmessers der Antriebswelle (10) beträgt, wobei das Reibungselement (40) die Reibungsflä­ che (30c) des Kraftübertragungselementes (30) berührt und ein innerer Umfangsbereich der Kupplungsscheibenanordnung (31) in Kontakt mit der Antriebswelle (10) eingerückt wird, um sich mit dieser zu drehen;
einen Druckmechanismus, um das Reibungselement (40) ge­ gen die Reibungsfläche (30c) des Kraftübertragungsele­ mentes (30) zu drücken; und
einen Ausrückmechanismus (33), um den Druck des Druckme­ chanismus zu steuern bzw. regeln.

5. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmechanismus folgende Bau­ teile aufweist:
eine Druckplatte (40), welche der Reibungsfläche (30c) des Kraftübertragungselementes (30) mit dem daran ange­ ordneten Reibungselement (41) gegenüberliegend positio­ niert ist;
ein Vorspannungselement (42), um die Druckplatte (41) zum Kraftübertragungselement (30) vorzuspannen; und
einen Kupplungsdeckel (43), welcher am Flanschbereich (30b) des Kraftübertragungselementes (30) befestigt ist, so daß die Druckplatte (41) und das Vorspannungselement (42) bedeckt werden, wobei der Kupplungsdeckel (43) das Vorspannungselement (42) und die Druckplatte (41) stützt, so daß sie relativ zueinander drehfest, jedoch zueinander in Axialrichtung bewegbar sind.

6. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ausrückmechanismus (33) folgende Bauteile aufweist:
eine Feder (53), welche gegen die Kraft des Vorspan­ nungselementes (52) derart vorgespannt ist, daß die Druckplatte (41) in die ausgerückte Position zur Kupplungsscheibenanordnung (31) vorgespannt ist; und
ein Druckelement (50), um wahlweise ein Zusammendrücken der Feder (53) zu bewirken, so daß die Druckplatte (41) in Eingriff mit der Kupplungsscheibenanordnung (31) ge­ drückt wird.