DE60005286T2

DE60005286T2 - Antriebsvorrichtung einer Antriebswelle eines Schaltgetriebes für Hybridfahrzeuge

Info

Publication number: DE60005286T2
Application number: DE60005286T
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Petiot
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: EP1112885B1; ATE249947T1; FR2803251B1; EP1112885A1; ES2206167T3; FR2803251A1; DE60005286D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung einer Antriebswelle eines Schaltgetriebes für Hybridfahrzeuge.
Eine Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist allgemein bekannt.
In der nachstehenden Beschreibung und in den beigefügten Patentansprüchen ist unter dem Begriff „Hybridantrieb" ein Antrieb zu verstehen, der aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor besteht, wobei das Fahrzeug mit diesen beiden Motortypen ausgestattet ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Antrieb einer Antriebswelle eines Schaltgetriebes, mit dem der (ringförmige) Rotor des Elektromotors fest verbunden ist.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kraftübertragung, bei der die Kupplung zwischen dem Schwungrad, das mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist, und der Antriebswelle des Schaltgetriebes angeordnet ist, die mit dem Rotor des Elektromotors verbunden ist.
Diese Kupplung ist von einer bekannten Art, und besteht zum Beispiel aus einer Membrankupplung, bei der die Nabe der Kupplungsscheibe axial über einen Teil der Antriebswelle verschiebbar ist, mit der sie mit Hilfe einer geriffelten Verbindung drehfest verbunden ist.
Der Rotor des Elektromotors ist an dem Stumpf der Antriebswelle montiert, die zwischen diesem geriffelten Teil (welcher die Kupplungsscheibe trägt) und dem Kugellager der Welle in dem Gehäuse des Schaltgetriebes angeordnet ist.
Im Hinblick auf Überlegungen, die insbesondere mit der mechanischen Festigkeit der Welle und der von ihr getragenen Organe zusammenhängen, und unter Berücksichtigung von Problemen, die sich bei der Montage der Einheit ergeben, wurde festgestellt, dass der Durchmesser des Lagers der Welle in dem Kugellager des Gehäuses des Schaltgetriebes und der Durchmesser der Welle an den Riffelungen, welche die Kupplungsscheibe aufnehmen, nahe beieinander liegen, wobei der zweite vorstehend genannte Durchmesser kaum kleiner ist, als der erste Durchmesser.
Es ist daher nicht möglich, in dem Bereich der Welle, der zwischen diesen beiden Abschnitten liegt, eine Schulter anzuordnen, welche einer großen Veränderung des Durchmessers entspricht, und die geeignet wäre, als Widerlager für die Nabe des Rotors des Elektromotors zu dienen.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Schwierigkeiten dadurch zu überwinden, dass ein Montagemodus für die Nabe in diesem Bereich vorgeschlagen wird, bei dem die Anwesenheit einer solchen Schulter nicht erforderlich ist, dessen Konzeption jedoch einfach ist und leicht verwirklicht werden kann, und der es außerdem erlaubt, die Nabe präzise auf der Antriebswelle genau an der gewünschten Stelle in der axialen Richtung zu positionieren.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Modus für die Montage der Nabe des Rotors vorzuschlagen, der relativ kompakt ist, um einen ausreichenden Freiraum im Inneren des Elektromotors herzustellen, um ein hydraulisches Widerlager anzuordnen, das es erlaubt, die vorstehend erwähnte Kupplung zu betätigen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden diese Ziele dadurch erreicht, dass – einerseits- der Rotor (mit einer ringförmigen Konfiguration) von einer Nabe mit einer geriffelten Öffnung getragen wird, die an einem Abschnitt der Antriebswelle montiert ist, welcher mit komplementären Riffelungen versehen ist, wodurch eine drehfeste Verbindung hergestellt werden kann, und dass – andererseits – diese Nabe auf diesem geriffelten Abschnitt seitlich verschiebbar festgelegt wird, und zwar auf der einen Seite mit Hilfe eines ersten Stützelementes, das an die Welle angesetzt ist, und auf der anderen Seite mit Hilfe einer Mutter befestigt wird, welche auf einen Schraubstutzen aufgeschraubt wird, der ebenfalls eine geriffelte Öffnung aufweist, die auf diesen Abschnitt passt und seitlich verschiebbar durch eine zweites Stützelement blockiert wird, das ebenfalls an die Welle angesetzt ist.
Nach einer gewissen Anzahl von zusätzlichen aber nicht einschränkenden Merkmalen der vorliegenden Erfindung:

– ist die Mutter drehfest gegenüber dem Schraubstutzen blockiert;
– bestehen die Lagerelemente aus Segmenten oder Halbscheiben, welche in Nuten eingreifen, die in die Welle eingebracht sind;
– sind die Lagerelemente auf dem geriffelten Teil positioniert;
– sind die Mutter, der Schraubstutzen und das zweite Lagerelement innerhalb des Elektromotors angeordnet;
– ist der Stator des Elektromotors (der ebenfalls eine ringförmige Konfiguration hat) innerhalb des Rotors angeordnet und wird von einem Gestell getragen, an dem das hydraulische Widerlager befestigt ist;
– ist das Gestell fest mit dem Gehäuse des Schaltgetriebes verbunden.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen durchgeführt wird, in denen eine bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
In diesen Zeichnungen zeigt die 1 (die einzige Figur) eine schematische Gesamtansicht der im Schnitt gezeigten Antriebsvorrichtung, sowie die Schnittebene, welche die gemeinsame Achse XX' der Kurbelwelle der Antriebswelle des Schaltgetriebes durchquert.
Auf der rechten Seite der Darstellung der 1 ist der Endabschnitt der Kurbelwelle 1 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors dargestellt.
Es handelt sich zum Beispiel um einen Viertaktmotor, der mit Benzin oder Diesel betrieben wird.
Mit der Bezugsnummer 2 wird der Endabschnitt der Antriebswelle eines Schaltgetriebes bezeichnet, das entweder manuell oder automatisch betätigt wird, wie dies allgemein bekannt ist und das deshalb hier nicht dargestellt wird.
Dieses Schaltgetriebe ist in ein Gehäuse eingesetzt, das mit dem Referenzbuchstaben C gekennzeichnet wird.
Am Eingang des Schaltgetriebes wird der entsprechende Abschnitt der Welle 2, der mit der Bezugsnummer 20 gekennzeichnet ist, in einem Kugellager 200 geführt, das von dem Gehäuse C getragen wird.
Der Endabschnitt der Kurbelwelle 1 ist in bekannter Weise mit einer Scheibe 10 verbunden, an der ein Schwungrad 11 befestigt ist. Man wird feststellen, dass die Scheibe 10 im allgemeinen einstückig mit der Kurbelwelle 1 ausgebildet ist.
Die Scheibe 10 enthält eine zentrale Bohrung für die Führung der Drehbewegung des Endabschnittes 24 mit dem minimalen Durchmesser der Welle 2.
Diese Führung der Drehbewegung erfolgt mit Hilfe eines Kugellagers 12, wie zum Beispiel eines Nadellagers.
Auf diese Weise werden die Wellen 1 und 2 untereinander entlang der Achse XX' zentriert, wobei die Möglichkeit besteht, sie mit Hilfe der Kupplung 3 drehfest zu bewegen oder zu lösen.
In dem dargestellten Beispiel handelt es sich um eine Kupplung einer bekannten Art, die eine Scheibe 30 mit einem Reibbelag mit einem hohen Reibungskoeffizienten enthält, und deren Nabe geriffelt ist, wobei diese Nabe in die Riffelungen in dem Wellenabschnitt 23 eingreift, der in der Nähe des bereits genannten Endabschnittes 24 angeordnet ist.
Die Scheibe 30 kann also entlang der Achse XX' auf dem Wellenabschnitt 23 gleiten, während sie dauerhaft in drehender Verbindung mit der Welle 2 steht.
An der Peripherie des Schwungrades 11 ist eine tellerförmige Schale 31 befestigt, in welche die Scheibe 30 eingesetzt ist.
An der anderen Seite der Scheibe 30 ist gegenüber dem Schwungrad 11 und immer noch innerhalb der Schale 31 ein ringförmiges Druckelement 33 angeordnet, das mit Hilfe einer elastischen Scheibe oder einer Blende 32 beaufschlagt wird.
Diese Scheibe oder Blende kann sich verformen, um wahlweise entweder eine weitgehend ebene Position in einer Ebene senkrecht zur Achse XX', oder aber eine leicht konische Position, oder aber eine leicht konische Konfiguration mit einer entgegengesetzten Krümmung einzunehmen – wie dies in der Zeichnung dargestellt ist – , und zwar je nachdem, ob ihre zentrale Position einer axialen Schubkraft entlang der Achse XX' in Richtung der Welle 1 unterzogen wird, oder nicht unterzogen wird (auf der rechten Seite in der Darstellung der Zeichnung).
Diese Scheibe ist mit Hilfe von Stiften 34 mit der Haube 31 verbunden, die axial in dem Umfangsbereich der Blende angeordnet sind.
Das Schwungrad 11, die Haube 31, die Blende 32 und das Druckelement 33 drehen sich zusammen mit der Welle 1.
Die in der 1 dargestellte Situation entspricht der Position der Auskuppelung.
Das Druckelement 33 – das ebenfalls die Form einer Scheibe hat – ist von der Kupplungsscheibe 30 abgespreizt, die selbst von dem Schwungrad 11 abgespreizt ist.
Daher wird die Welle 2 nicht von der Welle 1 angetrieben.
In diesem Zustand hat die Blende 32 eine konische Konfiguration, deren Konkavität nach links in der Darstellung der Zeichnung gedreht ist.
Die auf den zentralen Teil der Blende einwirkende Schubkraft oder nicht einwirkende Schubkraft wird mit Hilfe eines hydraulischen Widerlagers 7 erzeugt, dessen Kolben 71 über eine Rollplatte 35 auf den ringförmigen zentralen Teil der Blende einwirkt.
Die Anwesenheit dieser Rollplatte, die aus einem einfachen Kugellager bestehen kann, hängt mit der Tatsache zusammen, dass der Kolben 71 drehfest gelagert ist, während sich die Blende 32 ständig mit der Welle 1 drehen kann.
In der dargestellten Situation ist, wie dies später noch erklärt wird, der Betätigungskolben der Kupplung 71 nach rechts ausgefahren, wodurch die Blende 32 so verformt wird, dass sie einen Konus bildet, der so ausgerichtet ist, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, und die Verschiebung des Druckorgans 33 nach links und damit die Auskupplung bewirkt.
Wenn der Kolben 71 nach links verschoben wird, nimmt die Blende wieder ihre normale Stellung ein und verschiebt die Scheibe 33 nach rechts, so dass die Beläge der Scheibe 30 zwischen dem Organ 33 und dem Schwungrad 11 mit einer gewissen Spannung so eingeklemmt werden, dass die drehende Verbindung der Scheibe 30 und damit der Welle 2 mit der Welle 1 gewährleistet ist.
Eine solche Kupplung ist allgemein bekannt.
Der Elektromotor 4 enthält einen ringförmigen Stator 5 und einen ringförmigen Rotor 6, wobei der Rotor 6 an der Außenseite liegt und den Stator 5 umgibt.
Letzterer wird von einem Gestell 50 getragen, das mit dem Gehäuse C fest verbunden ist.
Der Rotor 6 ist in einem schalenförmigen Teil 60 befestigt, das wiederum an einer Nabe 61 befestigt ist, die mit einem gewissen Spiel auf die Welle 2 aufgeschrumpft ist.
Die Nabe 61 ist auf einem Abschnitt 21 der Welle 2 angeordnet, die in der Nähe des vorgenannten Abschnittes 20 am Eingang des Gehäuses C positioniert ist.
Mit der Bezugsnummer 22 wird ein glatter Wellenabschnitt mit einem kleineren Durchmesser bezeichnet, mit dessen Hilfe die vorgenannten Abschnitte 21 und 23 miteinander verbunden werden.
Der Abschnitt 21 ist in der gleichen Weise geriffelt, wie der Abschnitt 23.
Die Riffelungen 21 haben die gleiche radiale Abmessung oder eine leicht größere Abmessung wie die Riffelungen des Abschnittes 23.
Die Nabe 61 enthält entsprechende Nuten, mit deren Hilfe seine verschiebbare Verbindung mit der Welle 2 gewährleistet wird.
Das Teil 60 wird mit Hilfe von geeigneten Mitteln, wie zum Beispiel mit Hilfe von Schrauben, an der Nabe 61 befestigt, deren Achsen in der Figur dargestellt sind. Es kann auch eine Schweißverbindung vorgesehen werden.
Der geriffelte Abschnitt 21 enthält in seinem Endabschnitt, der gegen das Schaltgetriebe gerichtet ist (auf der linken Seite in der Figur), eine Kerbe, in die ein Stützelement 8a eingesetzt ist.
Es handelt sich zum Beispiel um einen Seegerring oder um zwei Halbscheiben.
Dieses Stützelement bildet ein Widerlager für eine der beiden Seiten der Nabe 61, und in der Darstellung der Figur für die linke Seite der Nabe.
In dem dargestellten Beispiel besitzt die Nabe 61 auf dieser Seite (der linken Seite) eine Plansenke, in welche das Stützelement 8a eingesetzt ist.
Auf der anderen Seite (der rechten Seite) ist die Nabe an dem Wellenabschnitt 21 mit Hilfe einer Mutter 91 befestigt. Diese Mutter ist auf eine geriffelte Muffe 90 aufgeschraubt, die auf die Riffelungen des Abschnittes 21 passt.
Die Muffe 90 besitzt eine äußere Gewindewand, auf welche die Mutter 91 aufgeschraubt wird.
Die Vorderseite der Mutter 91, die nach links gedreht ist, liegt an der entsprechenden Fläche der Nabe 61 an.
An der gegenüberliegenden Seite (nach rechts) enthält die Mutter 91 Zungen 910 welche in die Aussparungen, die in der Muffe 90 vorgesehen sind, so eingeklappt werden können, dass die beiden Teile 90 und 91 untereinander drehfest festgelegt werden, sobald die Mutter 91 an der Nabe 61 zur Anlage gekommen ist.
Die Mutter 91 kann dann nicht mehr abgeschraubt werden.
Die Muffe 90 wird dann mit Hilfe eines zweiten Stützelementes 8b nach rechts verschiebbar gehalten, das mit dem vorgenannten Stützelement 8a identisch oder mit ihm vergleichbar ist.
Es handelt sich zum Beispiel um einen Seegerring oder um zwei Halbscheiben, die in eine Kerbe eingesetzt sind, die in dem geriffelten Teil 21 vorgesehen ist.
Dank dieser Anordnung sind die Nabe 61 und damit der Rotor 6 verschiebungsfest auf der Welle 2 festgelegt.
Das feste Element 50, welches den Stator 5 trägt, besitzt einen ringförmigen Abschnitt 51 mit einer Innenbohrung, welcher die Welle 2 koaxial umrundet.
Auf diesem Teil wird der Zylinder 70 des bereits erwähnten hydraulischen Widerlagers 71 befestigt.
Mit der Bezugsnummer 73 wird die Hydraulikkammer dieses Zylinders bezeichnet, und mit der Bezugsnummer 72 wird ein elastisches Element, hier eine Schraubenfeder, bezeichnet, mit dessen Hilfe der Kolben 71 an die Blende 32 gepresst wird.
Mit Hilfe dieser Feder 72 wird das Spiel zwischen dem Kolben 71 und der Blende 32 annulliert.
Um die Auskupplung zu bewirken, wird die Kammer 73 unter Druck gesetzt, um dadurch in der Darstellung der Figur den Kolben 71 nach rechts zu bewegen, wodurch die Wellen 1 und 2 entkoppelt werden.
Das System der Montage der Nabe 61 auf der Welle 2, welches den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, hat einen einfachen Aufbau, kann leicht umgesetzt werden und erlaubt eine sehr präzise Montage des Rotors in der axialen Richtung auf seiner Welle.
Außerdem ist dieses Montagesystem nicht mit einem Durchmesser unvereinbar, der gleich oder fast gleich dem Durchmesser der Abschnitte 21 und 23 ist.
Außerdem wird im Inneren des Rotors 5 ein ausreichender Freiraum hergestellt, um mindestens teilweise das hydraulische Widerlager 7 aufzunehmen, mit dessen Hilfe die Kupplung 3 betätigt wird.
Dank dieser Anordnung besitzt der Zusammenbau, welcher aus dem Elektromotor, dem hydraulischen Widerlager und der Kupplung besteht, relativ geringe Einbaumasse.
Wenn die Kupplung aktiviert wird, wird die Antriebswelle 2 durch den Verbrennungsmotor angetrieben, sowie eventuell ebenfalls durch den Elektromotor, wenn dieser mit Strom versorgt wird.
In der ausgekuppelten Stellung treibt nur der Elektromotor die Welle 2 an, was für die Bewegung des Fahrzeugs bei geringer Geschwindigkeit nützlich sein kann, wie zum Beispiel im Stadtverkehr.
Der Elektromotor kann ebenfalls verwendet werden, um den Verbrennungsmotor zu starten, nachdem die Vorrichtung ausgekuppelt worden ist.

Claims

Antriebsvorrichtung für die Antriebswelle (2) eines Getriebes für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb, der aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor besteht, bei dem der Rotor des Elektromotors fest mit dieser Antriebswelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits dieser Rotor (6) in einer Nabe (61) mit einer geriffelten Öffnung gelagert ist, die auf einem Teil (21) der Antriebswelle (2) montiert ist, welcher mit komplementären Riffelungen ausgestattet ist, wodurch ihre drehfeste Verbindung gewährleistet wird, und dass andererseits diese Nabe (61) auf diesem geriffelten Teil (21) einerseits mit Hilfe eines ersten Lagerelementes (8a), das auf der Welle (2) montiert ist, und andererseits durch eine Mutter (91) gegen Verschiebung festgelegt wird, die auf einen Schraubstutzen (90) aufgeschraubt wird, der ebenfalls mit einer geriffelten Öffnung versehen ist, welche auf den Teil (21) angepasst ist, und mit Hilfe eines zweiten Lagerelementes (8b), das ebenfalls auf der Welle (2) montiert ist, gegen Verschiebungen blockiert ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (91) drehfest gegenüber dem Schraubstutzen (90) blockiert ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (8a, 8b) aus Segmenten oder halbkreisförmigen Scheiben bestehen, welche in Nuten eingreifen, die in die Welle (2) eingebracht sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (8a, 8b) auf dem geriffelten Teil (21) positioniert sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (91), der Schraubstutzen (90) und das zweite Lagerelement (8b) innerhalb des Elektromotors (4) angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) des Elektromotors innerhalb des Rotors (6) angeordnet ist und von einem Tragelement (50) getragen wird, an dem ein hydraulisches Widerlager (4) befestigt ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (50) fest mit dem Gehäuse des Getriebes verbunden ist.