DE102005044225A1 - Elektromotorisches Antriebsmodul - Google Patents

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Wolfgang Dipl.-Ing. Großpietsch (FH)
Jörg Dipl.-Ing. Sudau
Rüdiger Dipl.-Ing. Herbst (FH)
Christoph Dipl.-Ing. Kleuker (FH)
Manfred Dipl.-Ing. Zimmer (FH)
Thomas Dipl.-Ing. Busold
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ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Es wird ein elektromotorisches Antriebsmodul zum Einbau in einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe vorgeschlagen und beschrieben. Das Antriebsmodul umfasst eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor sowie eine erste und eine zweite Kupplungsvorrichtung, durch welche der Rotor wahlweise mit dem Verbrennungsmotor und/oder mit dem Getriebe zur Übertragung eines Drehmoments koppelbar ist, wobei das Antriebsmodul zur Darstellung eines kostengünstigen Hybridantriebs als vorgefertigte Baueinheit zur Montage in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang vorliegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektromotorisches Antriebsmodul zum Einbau in einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe.
  • Die Integration von einer oder mehreren elektrischen Maschinen in den Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen und die Darstellung von rein elektromotorischen und in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor hybriden Antriebssträngen ist bekanntlich seit längerem ein prädestiniertes Entwicklungsthema der Automobilindustrie. Die diesbezüglichen Anstrengungen wurden insbesondere in jüngster Zeit auch aufgrund kontinuierlich steigender Treibstoffkosten und der Forderung nach Reduzierung der Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren erheblich forciert. Es sind bereits wesentliche technische Fragestellungen zur Integration elektrischer Antriebe in Kraftfahrzeugantriebsstränge grundlegend gelöst, jedoch stehen der Kundenakzeptanz und somit einer raschen Markteinführung bisher insbesondere erhebliche Kostenprobleme gegenüber. Diese resultieren zumindest teilweise daraus, dass für ein Hybridfahrzeug im Sinne einer möglichst vielfältigen Funktionalität und/oder sehr hoher Leistungsfähig keit bisher der gesamte Antriebsstrang neu konzipiert wurde, was einen erheblichen Änderungs- und Entwicklungsaufwand in Verbindung mit massiven Eingriffen in bestehende Systeme bedeutet.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt davon ausgehend das Problem zugrunde, in einen konventionellen, d.h. einen mit einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe ausgerüsteten Fahrzeugantriebsstrang, zusätzlich eine elektrische Maschine zu integrieren und auf diese Weise einen besonders kostengünstigen hybriden Antriebsstrang bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch ein elektromotorisches Antriebsmodul gemäß dem Patentanspruch gelöst. Durch dieses Modul wird eine vorgefertigte Baueinheit bereitgestellt, welche die elektrische Maschine und zwei Kupplungsvorrichtungen zur Montage in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang umfasst. Mit Hilfe der Kupplungsvorrichtungen kann der Rotor der elektrischen Maschine wahlweise mit dem Verbrennungsmotor oder mit dem Getriebe oder mit dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe zur Übertragung eines Drehmoments gekoppelt werden. Ein solches Modul kann z.B. von einem Zulieferer unter Verwendung von Standardkomponenten automatisiert und somit kostengünstig hergestellt werden. Zur Montage kann dieses indessen Gesamtheit einfach in die Glocke eines Gangwechselgetriebes eingeführt und dort befestigt werden. Auf diese Weise können bei einem Fahrzeughersteller erhebliche Montagezeiten, und -kosten eingespart und die damit verbundenen Risiken beseitigt werden. Aufgrund der in der Praxis begrenzten Anzahl von Standardgetriebetypen ist ein solches Modul universell in verschiedenen Fahrzeugplattformen einsetzbar.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnehmbar.
    •
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein elektromotorisches Antriebsmodul in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang, welches eine elektrische Maschine und eine erste und einen zweite Kupplung zum Zusammenwirken mit einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe beinhaltet;
  • 2 ein gegenüber 1 modifiziertes Antriebsmodul, wobei die erste Kupplung mittels eines sich an der zweiten Kupplung abstützenden Stufenkolbens betätigt wird;
  • 3 ein Antriebsmodul, wobei die erste Kupplung mittels eines konzentrisch um deren Kupplungsnabe angeordneten Hydraulikzylinders betätigt werden kann.
  • 1 zeigt in einer teilweise schematisierten Axialschnittdarstellung einen Ausschnitt eines zunächst konventionellen Kraftfahrzeugantriebsstrangs 10 aus einer Serienfertigung mit einem Verbrennungsmotor 12 und einem Schaltgetriebe 14, welches hier als Automatikgetriebe ausgebildet ist. Der in der Getriebeglocke 16 vorhandene Bauraum zwischen dem Verbrennungsmotor 12 und dem Getriebe 14 ist üblicherweise einer Reibungskupplung oder bei einem Automatikgetriebe einem hydrodynamischen Drehmomentwandler vorbehalten.
  • Es ist erkennbar, dass an deren Stelle innerhalb der Getriebeglocke 16 ein elektromotorisches Antriebsmodul 18 in den Antriebsstrang integriert wurde, um das Fahrzeug bei Bedarf rein elektromotorisch, rein verbrennungsmotorisch oder in einer gemischten Betriebsweise antreiben zu können. Dazu ist der Stator 20 einer als Innenläufer ausgebildeten permanenterregten elektrischen Maschine 22 über einen Statorträger 110 mittels einer Verschraubung 23 innerhalb der Getriebeglocke 16 drehfest abgestützt angeordnet. Die Bauart der elektrischen Maschine 22 ist für die weiteren Ausführungen unerheblich, d.h. diese kann bspw. auch als Asynchronmaschine; Reluktanzmaschine oder dgl. vorgesehen sein. Anstelle eines bauraumbedingt bevorzugten Innenläufers kann jedoch durch Modifikationen auch ein Außenläufer eingesetzt werden.
  • Der innerhalb des Stators 20 drehbar gelagerte Rotor 24 weist an dessen Außenumfangsfläche eine Mehrzahl von Permanentmagneten 26 auf, deren Magnetfeld mit einem von einem Wicklungssystem des Stators 20 erzeugten weiteren Magnetfeld wechselwirken und somit den Rotor 24 antreiben kann und wie im Verlauf der weiteren Beschreibung ersichtlich wird, zum Antrieb des Fahrzeuges oder dem Starten des Verbrennungsmotors 12 dienen kann.
  • Der Rotor 24 steht mit einer ersten, schaltbaren Kupplung 28 mit der Kurbelwelle 86 des Verbrennungsmotors 12 und mit einer zweiten, ebenfalls schaltbaren Kupplung 30 mit der Eingangswelle 32 des Getriebes 14 in Wirkverbindung. Die Anordnung des Rotors 24 mit den Kupplungen 28, 30 ist äußerst kompakt ausgeführt, in dem beide Kupplungen 28, 30 innerhalb eines Aufnahmeraumes 25 im Rotor 24 angeordnet sind und somit von diesen kein weiterer axialer und radialer Bauraum beansprucht wird.
  • Die erste Kupplung 28 ist als trockene Lamellenkupplung ausgeführt, wobei ein Abschnitt des hohlzylindrisch gestalteten Rotors 24 an dessen Innenumfangsfläche eine Verzahnung zur Aufnahme von mehreren Lamellen 34 trägt, die dort innerhalb eines gewissen Bereichs axial verlagerbar sind. In die Lamellenzwischenräume greifen von radial innen weitere, auf einem verzahnten Lamellenträger 36 axial verlagerbar angeordnete Lamellen 38 ein, wobei das gesamte aus den Lamellen 34, 38 gebildete Paket mittels eines druckbeaufschlagbaren hydraulischen Kolbens 40 einer Betätigungseinrichtung 42 entgegen der Wirkung eines als Teller- oder Membranfeder 44 ausgebildeten Rückstellelementes 44 belastet werden kann und somit die Drehmomentübertragung zwischen dem Rotor 24 und dem Lamellenträger 36 und den nachfolgenden Elementen herstellt. Bevorzugt werden bei dieser trockenen Lamellenkupplung 28 die Innenlamellen 38 als Reiblamellen eingesetzt.
  • Es ist erkennbar, dass die Kupplung 28 als „Normally-Open-Typ" ausgeführt ist. Der Kolben 40 ist Bestandteil eines um die Getriebeeingangswelle 32 angeordneten konzentrischen Hydraulikzylinders 42, dessen axial feststehendes Gehäuse von einem sich im Wesentlichen radial erstreckenden Gehäusebereich 45 der zweiten Kupplung 30 gebildet wird, wie diese nachstehend erläutert wird. Der variable Druckraum 46 des Hydraulikzylinders 42 wird durch den Kolben 40 und den Gehäusebereich 45 begrenzt und durch die als Hohlwelle ausgeführte Getriebeeingangswelle 32 von einer Pumpenanordnung 48 mit einem Fluid versorgt. Die Abdichtung des Druckraumes 46 erfolgt durch zwei O-Ringdichtungen 50, 52, welche in ringförmige Nuten 54, 56 an dem Gehäusebereich 45 eingelegt sind.
  • Der Lamellenträger 36 ist mit einem an diesem nach radial innen weisenden Abschnitt mit einem Radialflansch 58 einer Kupplungsnabe 60 bspw. mittels einer Nietverbindung 61 fest verbunden und ist mittels zwei als Wälzlager ausgeführte Radiallager 62, 64 im Inneren eines Rohrabschnittes 66 einer mit dem Gehäuse bzw. der Getriebeglocke 16 und dem Statorträger 110 mittels der Verschraubung 23 verbundenen Zwischenwand 68 gelagert. An der Außenumfangsfläche des Rohrabschnitts 66 stützt sich über ein dort befindliches weiteres Radiallager 70, das ebenfalls ein Wälzlager darstellt, und einen Rotorträger 72 stirnseitig der Rotor 24 der elektrischen Maschine 22 ab. An der zum Verbrennungsmotor 12 gerichteten Axialseite befindet sich die Kupplungsnabe 60 in Anlage an einer Koppelscheibe 74, welche mittels einer Sicherungsscheibe 76 und einem innerhalb der Kupplungsnabe 60 festgelegten Bolzen 78 axial gegen die Kupplungsnabe 60 gepresst wird und mittels an beiden Elementen 74, 60 ausgeführten und ineinander greifenden Formschlussprofilen, bspw. einer Hirth-Verzahnung, zur Drehmitnahme mit der Kupplungsnabe 60 verbunden ist.
  • In deren radial äußeren Bereich ist die Koppelscheibe 74 bspw. mittels einer Nietverbindung 80 mit einer im Wesentlichen steifen Übertragungsscheibe 82 (Driveplate) verbunden. Die Driveplate 82 weist vorzugsweise einen zur elektrischen Maschine 22 etwa vergleichbaren Durchmesser auf und ist radial außen mittels einer, insbesondere axial flexiblen Drehmomentübertragungsplatte 84 (Flexplate) drehfest mit der Kurbel welle 86 des Verbrennungsmotors 12 verbunden. Dadurch sind axiale Kurbelwellenschwingungen, eine ggf. durch den Einbau des elektromotorischen Antriebsmoduls 18 begleitete axiale Toleranz und während des Betriebs auftretende Längenänderungen einfach kompensierbar. Somit kann eine gegenseitige unerwünschte Verspannung von im Drehmomentübertragungsweg zwischen dem Verbrennungsmotor 12 und dem Getriebe 14 befindlichen Übertragungselementen vermieden werden.
  • Die zweite, zur Drehmomentübertragung zwischen dem Rotor 24 und der Eingangswelle 32 des Getriebes 14 dienende Kupplung 30 ist als nasslaufende Kupplung ausgebildet, wobei deren Gehäuse 88, welches gleichzeitig als Kupplungseingangselement fungiert, drehfest mit dem Rotor 24 der elektrischen Maschine 22 verbunden ist, was durch eine nichtlösbare Verbindung, z.B. eine Schweißverbindung oder auch durch eine lösbare Verbindung, z.B. eine Schraub- oder Bajonettverbindung erfolgen kann. Das Gehäuse 88 wird in einer dem Fachmann bekannten Art auf der Getriebeeingangswelle 32 gelagert. Die nasslaufende Kupplung 30 ist in der Figur lediglich im Umriss dargestellt und ist bezüglich deren detaillierten Aufbau vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich in der in der Druckschrift DE 103 15 169 A1 beschriebenen Weise ausgebildet.
  • Die Kupplung 30 umfasst neben dem mit Fluid gefüllten oder füllbaren Gehäuse 88, wenigstens ein mit diesem um die Eingangswelle 32 des Getriebes 14 gemeinsam drehbares erstes Reiborgan, wenigstens ein mit einem Abtriebsorgan um die Eingangswelle 32 gemeinsam drehbares zweites Reiborgan, das zur Herstellung einer Reibwechselwirkung in Anlage an wenigstens einem ersten Reiborgan bringbar ist und wobei wenigstens ein erstes Reiborgan oder das wenigstens eine zweite Reiborgan einen Reibbelagträger aufweist, der an jeder axialen Seite, an der dieses Reiborgan reibend wirksam ist, eine Reibbelaganordnung trägt, dass wenigstens bei einem einen Reibbelagträger mit Reibbelaganordnung aufweisenden Reiborgan eine Fluidförderflächenanordnung zur Erzeugung einer die Reiborgane wenigstens bereichsweise umströmenden Fluidzirkulation vorgesehen ist. Als Abtriebsorgan dient eine Abtriebsnabe, welche in bekannter Weise mittels einer Verzahnung mit der Eingangswelle 32 des Getriebes 14 verbunden ist.
  • Das Gehäuse 88 ist mehrteilig ausgeführt und ist mit einem, dem Getriebe 14 zugewandten Gehäuseteil 90 radial innen mit einer Pumpennabe 92 fest verbunden, über die die an dem Getriebe 14 angeordnete Pumpe 48 betrieben werden kann, um einen Fluiddruck aufzubauen, wodurch ein gleichmäßiger Ölaustausch zwischen der Kupplung 30 und dem Getriebe 14 ermöglicht wird. Durch die besondere Gestaltung der kupplungsinternen Bauteile kann eine erzwungene und bei Bedarf extrem rasche Zirkulation von Fluid innerhalb der Kupplung 30 bewirkt werden.
  • Optional kann zur Erhöhung des Fahrkomforts zwischen der Driveplate 82 und dem Lamellenträger 36 ein Torsionsdämpfer zur Dämpfung von unerwünschten Torsionsschwingungen integriert werden. Dieser Dämpfer trägt wesentlich zur Geräusch- und Verschleißminimierung im Eingangsprofil 34 der ersten Kupplung 28 bei. Ebenso kann die zweite Kupplung 30 einen in diesen integrierten nachgeschalteten Torsionsdämpfer aufweisen. Selbstverständlich kann der Lamellenträger 36 auch unmittelbar mit der Kurbelwelle 86 verbunden werden.
  • 2 zeigt ein dem vorstehend erläuterten grundlegend vergleichbares Antriebsmodul 18, wobei jedoch die Kupplung 28 als „Normally-Closed-Typ" ausgestaltet ist und durch die Wirkung eines an den Kupplungslamellen 34 angreifenden und als membranfederähnlich ausgebildeten Betätigungsorgans 94 im unbetätigten Zustand geschlossen gehalten wird, während bei einer Betätigung mittels des Hydraulikzylinders 42 entgegen der Kraft des Betätigungsorgans 94 die Kupplung 28 geöffnet werden kann. Das Betätigungsorgan 94 stützt sich axial zwischen zwei Schneiden 91, 93 einer am Gehäuse 88 der Kupplung 30 angeordneten Halterung 95 ab. Eine derartige Bauart macht für das rein elektrische Anfahren eine zusätzliche Hydraulikpumpe im Antriebssystem erforderlich, die unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors arbeitet, um vor dem Anfahren zunächst die als Schwungstartkupplung arbeitende Kupplung 28 hydraulisch gesteuert öffnen zu können.
  • Der zur Betätigung der Kupplung 28 erforderliche Hydraulikzylinder 42 weist einen radial innenliegenden, sich im Wesentlichen axial ersteckenden Stufenkolben 96 auf, der auf einer Gehäusenabe 98 der zweiten Kupplung 30 geführt ist und der gemeinsam mit dieser den Druckraum 46 bildet welcher wiederum durch zwei an der Gehäusenabe angeordneten Ringdichtungen 100, 102 abgedichtet wird. Der Stufenkolben 96 ist endseitig mit einem Radialflansch 104 ausgebildet, an welchem das Betätigungsorgan 94 zur Kraftübertragung auf das Lamellenpaket 34, 38 angreifen kann. Der besondere Vorteil des mittels eines Stufenkolbens 96 erzielbaren kleinen äußeren Zylinderdurchmessers besteht in der geringen zu kompensierenden Fliehkraft aus dem rotierenden Fluid. Die Fliehkraftkompensation kann hierbei ohne besonderen Aufwand bereits mittels der Rückstellkraft des Betätigungsorgans 94 erfolgen.
  • In beiden Ausführungsbeispielen gemäß der 1 und 2 erfolgt die Fluidzuleitung zu dem Betätigungszylinder 42 über einen an diesem radial innen vorgesehenen Anschluss zur Herstellung einer Fluidverbindung mit einem Kanal in der Getriebeeingangswelle 32. Die Ansteuerung der Kupplungen wird von einem zeichnerisch nicht dargestellten Getriebesteuergerät übernommen. Alternativ dazu kann eine Fluideinleitung ebenso von außen mittels einer Drehzuführung in das Gehäuseinnere der nasslaufenden Kupplung 30, dann eine Weiterleitung durch bzw. um die nasslaufende Kupplung 30 herum zum Hydraulikzylinder 42 erfolgen.
  • Es sei erwähnt, dass alternativ zu der in der 1 dargestellten zweifachen bzw. zweiseitigen Lagerung des Rotors 24 über den Rotorträger 72 und das Gehäuse 88, dieser auch nur einseitig über das Gehäuse 88 der zweiten Kupplung 30 gelagert werden kann, indem der Lamellenträger 36, wie dieses ebenfalls in 2 dargestellt ist, direkt mit der Driveplate 82 bzw. der Flexplate 84 beispielsweise durch eine Verschraubung 104 verbunden werden kann. In diesem Fall können die Zwischenwand 68 und der Rotorträger 72 entfallen.
  • Bei dem in der 1 erläuterten Ausführungsbeispiel ragt die Getriebeeingangswelle 32 nicht über die nasslaufende Kupplung 30 hinaus. Es besteht gemäß 2 alternativ im Zusammenhang mit der einseitigen Lagerung des Rotors 24 auch die Möglichkeit, die Kupplung 30 mittels deren Kupplungsnabe 98 in der Kurbelwelle 86 mit tels eines Pilotlagers 106 abzustützen oder als noch weitere Variante die Getriebeeingangswelle 32 in bekannter Weise in einem Pilotlager am Gehäuse des Verbrennungsmotors 12 zu lagern
  • In 3 ist eine noch weitere alternative Aktuierung der Kupplung 28 dargestellt, welche in diesem Fall von der Seite des Verbrennngsmotors 12 aus erfolgt. Hierzu ist eine Druckleitung 108 von der Wandung der Getriebeglocke 16, d.h. von radial außen zu einem mittels eines Radiallagers 109 konzentrisch um die Kupplungsnabe 60 angeordneten Betätigungszylinder 42 zugeführt, der sich über dessen Gehäuse 43 axial an der Zwischenwand 68 abstützt, welche in 3 Bestandteil eines Statorträgers 110 der elektrischen Maschine ist, welches gleichzeitig auch als Gehäuse dient. Der Statorträger 110 umschließt somit nicht nur die elektrische Maschine, sondern auch die Kupplungen 28 und 30, wodurch das Antriebsmodul noch kompakter und für einen Einbau an einem Fahrzeug äußerst handhabbar gestaltet werden kann. Der Kolben 112 des Betätigungszylinders 42 greift bei der dargestellten „Normally-Open-Kupplung" mittels eines Einrücklagers 114 und einer Federhebelplatte 116 an dem Lamellenpaket 34, 38 an. Vorteilhafter Weise sind bei dieser Ausführung keinerlei Änderungen an der Eingangsseite des Automatikgetriebes 14 erforderlich. Vorkehrungen sind lediglich bezüglich der Ansteuerung der gegenüber einem Wandlerautomaten zusätzlichen Kupplung 28 vorzusehen, was z.B. als in die Hydraulik des Getriebes 14 integrierte oder als externe zusätzliche Druckmittelversorgung erfolgen kann.
  • Das elektromotorische Antriebsmodul 18 wird als Baueinheit vorgefertigt, wobei diese zumindest die elektrische Maschine 22 und die beiden Kupplungen 28, 30 umfasst, welche mit dem Rotor 24 der elektrischen Maschine 22 eine Untereinheit bilden. Je nach Ausführung gehört die Zwischenwand 68 ebenfalls zum Umfang des Antriebsmoduls 18. Dieses Antriebsmodul 18 steht somit zur Bildung einer weiteren Montageeinheit bei einem Getriebehersteller oder zum unmittelbaren Einbau zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe bei einem Fahrzeughersteller zur Verfügung, wobei das Modul 18 in die Getriebeglocke 16 eingeführt und von der Getriebeeingangswelle aufgenommen werden kann. Alternativ kann die Zwischenwand 68 als eigenständiges Gehäuse zwischen der Front des Verbrennungsmotors 12 und dem Getriebe 14 montierbar ausgeführt sein. Zur Endmontage wird dann der Stator 20 der elektrischen Maschine und ggf. zusätzlich die Zwischenwand 68 an dem Getriebegehäuse 16 festgelegt und zur Herstellung einer Drehmitnahmeverbindung die Kurbelwelle 86 des Verbrennungsmotors 12 mit der Flex-/oder optional mit der Driveplate oder direkt mit dem Lamellenträger 36 verbunden.
  • Durch die Implementierung des beschriebenen elektromotorischen Antriebsmoduls wird ein vielseitiger Hybridantrieb dargestellt, welcher bei Abkopplung des Verbrennungsmotors durch Öffnen der ersten Kupplung einen alleinigen elektromotorischen Fahrbetrieb ermöglicht. Die elektrische Maschine kann im Motorbetrieb die Pumpenanordnung des Automatikgetriebes direkt antreiben und ermöglicht somit auch während des rein elektrischen Fahrbetriebes sämtliche hydraulischen Getriebefunktionen.
  • Die elektrische Maschine kann im Verein mit der ersten Kupplung einen Schwungstart zum Starten des Verbrennungsmotors ausführen. Das Schließen dieser Kupplung bei rotierendem Rotor, d.h. das Hinzuschalten des stehenden Verbrennungsmotors erfolgt in der Weise, dass das Antriebsmoment der E-Maschine in dem Maße erhöht wird, wie der Startvorgang des Verbrennungsmotors es erfordert. Das Antriebsmoment auf die Räder bleibt hierbei unbeeinflusst, somit bleibt den Fahrzeuginsassen dieser Vorgang weitestgehend verborgen.
  • Es ist jedoch auch möglich, den stehenden Verbrennungsmotor mittels der geschlossenen Kupplung 28 drehfest an den Rotor der elektrischen Maschine zu koppeln und beide Aggregate im Verein aus dem Stand hochzudrehen, was als Direktstart bekannt ist.
  • Der Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor erfolgt mit geschlossener erster sowie geschlossener zweiter Kupplung. Die elektrische Maschine läuft hierbei im Generatorbetrieb mit. Während des Fahrbetriebes kann der Generatorbetrieb im Bedarfsfall jedoch für eine bestimmte Zeit unterbrochen werden, damit die elektrische Maschine im Motorbetrieb den Verbrennungsmotor unterstützen kann und somit ein zusätzliches Drehmoment in den Fahrzeugantriebsstrang einleiten kann.
  • Bei Fahrzeugstillstand ist die elektrische Maschine bei geöffneter erster und zweiter Kupplung in der Lage, mittels geringer Antriebsdrehzahlen den Fluiddruck im Getriebe aufrechtzuerhalten, was eine Voraussetzung zur Realisierung einer Start-Stopp-Funktion darstellt.
  • Steuerungstechnisch ist es sinnvoll, die Hybridfahrzeugsteuerung und die Steuerung des Automatikgetriebes aufeinander abzustimmen und diese ggf. zu einer gemeinsamen Steuerung zu kombinieren.
  • Zusammengefasst bietet das erläuterte elektromotorische Antriebsmodul bzw. ein damit ausgerüstetes Fahrzeug eine umfangreiche Funktionalität bei sehr geringem Platzbedarf. Der Entwicklungsaufwand ist begrenzt, da ein solches Modul aus bekannten Einzelkomponenten aufgebaut werden kann, was auch bei einer Serienfertigung erhebliche Kostenvorteile bietet. Das Antriebsmodul kann bezüglich der von Verbrennungsmotor und dem Getriebe gebildeten Einheit bauraumneutral zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet werden. Durch den Einsatz einer nasslaufenden Kupplung gemäß der Beschreibung ist eine hohe Anfahrleistung möglich. Zudem wird mit einer innenlaufenden elektrischen Maschine ein gewünschtes geringes Massenträgheitsmoment realisiert.
    • 10
    Kraftfahrzeugantriebsstrang
    12
    Verbrennungsmotor
    14
    Schaltgetriebe
    16
    Getriebeglocke
    18
    elektromotorisches Antriebsmodul
    20
    Stator
    22
    elektrische Maschine
    23
    Verschraubung
    24
    Rotor
    25
    Aufnahmeraum
    26
    Permanentmagnete
    28
    erste Kupplung
    30
    zweite Kupplung
    32
    Getriebeeingangswelle
    34, 38
    Kupplungslamellen
    36
    Lamellenträger
    40
    Hydraulikkolben
    42
    Hydraulikzylinder
    44
    Rückstellelement
    45
    Gehäusebereich
    46
    Druckraum
    48
    Pumpenanordnung
    50, 52
    Ringdichtung
    54, 56
    Ringnut
    58
    Radialflansch
    60
    Kupplungsnabe
    61
    Nietverbindung
    62, 64
    Radiallager
    66
    Rohrabschnitt
    68
    Zwischenwand
    70
    Radiallager
    72
    Rotorträger
    74
    Koppelscheibe
    76
    Sicherungsscheibe
    78
    Bolzen
    80
    Nietverbindung
    82
    Driveplate
    84
    Flexplate
    86
    Kurbelwelle
    88
    Gehäuse
    90
    Gehäuseteil
    92
    Pumpennabe
    91, 93
    Schneide
    94
    Betätigungsorgan
    95
    Halterung
    96
    Stufenkolben
    98
    Gehäusenabe
    100
    Ringdichtung
    102
    Ringdichtung
    104
    Radialflansch
    106
    Pilotlager
    108
    Druckleitung
    109
    Radiallager
    110
    Gehäuse
    112
    Kolben
    114
    Einrücklager
    116
    Federhebelplatte

Claims (24)

  1. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) zum Einbau in einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor (12) und einem Getriebe (14), wobei das Antriebsmodul (18) eine elektrische Maschine (22) mit einem Stator (20) und einem Rotor (24) umfasst, und weiterhin eine erste (28) und eine zweite Kupplung (30), durch welche der Rotor (24) wahlweise mit dem Verbrennungsmotor (12) und/oder mit dem Getriebe (14) zur Übertragung eines Drehmoments koppelbar ist, wobei das Antriebsmodul (18) als vorgefertigte Baueinheit zur Montage in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang vorliegt.
  2. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (28) und die zweite Kupplung (30) radial innerhalb eines Aufnahmeraumes (25) der elektrischen Maschine (22) angeordnet sind.
  3. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (28) und die zweite Kupplung (30) im Wesentlichen innerhalb der axialen Erstreckung der elektrischen Maschine (22) angeordnet sind.
  4. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Drehmomentübertragung mit dem Verbrennungsmotor vorgesehene erste Kupplung (28) als trockene Lamellenkupplung ausgebildet ist.
  5. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (24) eine verzahnte Innenumfangsfläche zur Aufnahme von Kupplungslamellen (34) der ersten Kupplung (28) aufweist.
  6. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Kupplungslamellen (34) zusammenwirkende Kupplungslamellen (38) auf einem Lamellenträger (36) angeordnet sind, der zumindest mittelbar zur drehfesten Verbindung mit der Kurbelwelle (86) des Verbrennungsmotors (12) vorgesehen ist.
  7. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenträger (36) unter Zwischenschaltung eines Torsionsdämpfers zur Verbindung mit der. Kurbelwelle (86) des Verbrennungsmotors (12) vorgesehen ist:
  8. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenträger (36) unter Zwischenschaltung einer Flexplate (84) zur Verbindung mit der Kurbelwelle (86) des Verbrennungsmotors (12) vorgesehen ist.
  9. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (28) einen hydraulischen Betätigungszylinder (42) mit einem Kolben (40) und einem feststehenden Gehäuse auf weist, welches von einem Teil der zweiten Kupplung (30) gebildet wird.
  10. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil der zweiten Kupplung (30) als sich radial erstreckender Gehäusebereich (45) ausgebildet ist und sich der Kolben (40) im Wesentlichen zu diesem Gehäusebereich (45) korrespondierend erstreckt.
  11. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (40) unmittelbar mit dem Lamellenpaket (34, 38) zusammenwirkt.
  12. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben (40) ein Rückstellelement (44) zugeordnet ist.
  13. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil eine Gehäusenabe (98) der zweiten Kupplung (30) um fasst und der Kolben (96) um diese als axialer Stufenkolben ausgebildet ist.
  14. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben (96) ein Betätigungsorgan (94) zum Zusammenwirken mit dem Lamellenpaket (34, 38) zugeordnet ist, welches sich an einer am Gehäuse (88) der zweiten Kupplung (30) angeordneten Halterung (95) abstützt.
  15. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (28) einen hydraulischen Betätigungszylinder (42) mit einem Kolben (112) und einem feststehenden Gehäuse (43) aufweist, welches sich an einer Zwischenwand (68) abstützt.
  16. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Drehmomentübertragung mit dem Getriebe (14) vorgesehene zweite Kupplung (30) als nasslaufende Kupplung ausgebildet ist.
  17. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (30) zur Lagerung auf einer Eingangswelle (32) des Getriebes (14) vorgesehen ist.
  18. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (30) zur Lagerung in der Kurbelwelle (86) des Verbrennungsmotors (12) vorgesehen ist.
  19. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (30) einen Torsionsdämpfer aufweist.
  20. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtriebsorgan der zweiten Kupplung (30) zur drehfesten Verbindung mit der Eingangswelle (32) des Getriebes (14) vorgesehen ist.
  21. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Betätigungszylinder (42) der ersten Kupplung (28) des Antriebsmoduls (18) mittels einer unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors (12) arbeitenden Hydraulikpumpe betätigt werden kann.
  22. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungszylinder (12) der ersten Kupplung (28) einen Anschluss zur Herstellung einer Fluidverbindung mit einem Kanal in der Getriebeeingangswelle (14) aufweist.
  23. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmodul (18) einen Statorträger (110) aufweist und der Rotor (24) der elektrischen Maschine (22) auf dem Statorträger (110) oder auf einer an diesem festgelegten Zwischenwand (68) gelagert ist.
  24. Elektromotorisches Antriebsmodul (18) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (24) auf dem Gehäuse (88) der zweiten Kupplung (30) gelagert ist.
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