DE102014222644A1 - Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Eingangsseite zur Verbindung mit einem Verbrennungsmotor, eine Ausgangsseite zur Verbindung mit einem Antriebsrad, einen elektrischen Antriebsmotor mit einem Stator und einem Rotor und eine Übertragungseinrichtung für Drehmoment zwischen dem Rotor und der Ausgangsseite. Dabei ist die Übertragungseinrichtung zur Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit ausgebildet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung die Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit in dem Hybridmodul.
- In einem Antriebsstrang, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, sind zwei unterschiedliche Antriebsmotoren vorgesehen. Ein erster Antriebsmotor umfasst üblicherweise einen Verbrennungsmotor, während ein zweiter Antriebsmotor als Elektromotor ausgebildet ist. In einer Ausführungsform ist ein Rotor des Elektromotors permanent mit einer Eingangswelle eines Getriebes verbunden, das auf ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs wirkt. Übliche Techniken, die zur Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit einer durch den Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehbewegung verwendet werden, berücksichtigen üblicherweise nicht den Elektromotor. Eine Schwingungseigenform des Antriebsstrangs kann durch den Elektromotor signifikant verändert sein. Dadurch können sich ungünstige Schwingungsamplituden, insbesondere am Eingang des Getriebes, ergeben. Daraus können sich unerwünschte Vibrationen oder Geräusche ergeben, die Komforteinbußen nach sich ziehen können.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hybridmodul anzugeben, das eine verbesserte Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit oder Drehschwingung bereitstellt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Hybridmoduls mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
- Ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Eingangsseite zur Verbindung mit einem Verbrennungsmotor, eine Ausgangsseite zur Verbindung mit einem Antriebsrad, einen elektrischen Antriebsmotor mit einem Stator und einem Rotor und eine Übertragungseinrichtung für Drehmoment zwischen dem Rotor und der Ausgangsseite. Dabei ist die Übertragungseinrichtung zur Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit ausgebildet.
- Das Hybridmodul ist auch unter der Bezeichnung Hybridkopf bekannt. Durch das Platzieren der zur Fixierung einer Drehungleichförmigkeit ausgebildeten Übertragungseinrichtung auf der bezüglich der Kupplung vom Verbrennungsmotor entfernten Seite kann die Drehbewegung, die mit dem Antriebsrad gekoppelt ist, verbessert kontrolliert werden. Insbesondere kann die Drehbewegung unabhängig davon, ob die Kupplung geöffnet oder geschlossen ist, geglättet werden. Dabei kann die Kupplung zum vollständigen oder nur zum teilweisen Trennen des Antriebsstrangs eingerichtet sein. Üblicherweise ist hierzu eine Trockenkupplung vorgesehen; in einer Ausführungsform kann die Kupplung jedoch auch eine Nasskupplung, insbesondere eine Mehrscheiben-Nasskupplung, umfassen.
- Die Übertragungseinrichtung umfasst bevorzugterweise einen Tilger, der insbesondere als drehzahladaptiver Tilger oder als Festfrequenztilger ausgebildet ist. Der drehzahladaptive Tilger kann dabei als Fliehkraftpendel ausgebildet sein. Der drehzahladaptive Tilger kann Drehschwingungen unterschiedlicher Frequenzen wirksam verringern, während der Festfrequenztilger Drehschwingungen einer bestimmten Frequenz verringert.
- Das Fliehkraftpendel kann dabei wenigstens eine Pendelmasse aufweisen, die axial innenliegend, das bedeutet zwischen zwei axial beabstandet angeordneten Pendelmassenträgern (Pendelflanschen) gegenüber diesen verschwenkbar aufgenommen ist. Auch oder alternativ kann ein Pendelmassenpaar vorgesehen sein, bestehend aus wenigstens zwei axial beanstandet angeordneten Pendelmassen, die axial dazwischen einen Pendelmassenträger (Pendelflansch) aufnehmen, an dem diese verschwenkbar aufgenommen sind.
- Das Fliehkraftpendel kann besonders bevorzugt als Trapezpendel ausgebildet sein, gekennzeichnet durch eine bei der Bewegung der Pendelmasse entlang der Pendelbahn auftretende Eigenrotation der Pendelmasse.
- Der Rotor kann als adaptiver Tilger wirksam sein und dabei Drehschwingungen verringern. Dabei kann der Rotor durch gezielte elektrische Ansteuerung gegenphasig den Drehschwingungen entgegenwirken.
- Alternativ oder zusätzlich kann die Übertragungseinrichtung einen Torsionsdämpfer mit einem elastischen Element umfassen. Das elastische Element kann eine vorbestimmte Verdrehung des Antriebsstrangs erlauben, wodurch die Drehbewegung geglättet werden kann.
- In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Übertragungseinrichtung sowohl ein Fliehkraftpendel als auch einen Torsionsdämpfer. Dabei kann der Tilger parallel zum Torsionsdämpfer angeordnet sein. Ein Pendelflansch des Fliehkraftpendels, an dem eine Pendelmasse in der Drehebene beweglich angebracht ist, kann so außerhalb des Drehmomentflusses zwischen dem Verbrennungsmotor bzw. dem Elektromotor und dem Antriebsrad liegen. Das Fliehkraftpendel kann dementsprechend kleiner dimensioniert sein. Das Hybridmodul kann dadurch kompakter aufgebaut sein.
- Der Torsionsdämpfer kann auch zwischen der Kupplung und der Ausgangsseite und dabei vor oder nach dem Tilger angeordnet sein. Dabei liegt der Pendelflansch des Fliehkraftpendels im Drehmomentfluss zwischen dem Verbrennungsmotor bzw. dem Elektromotor und dem Antriebsrad. Vorteilhafterweise können dabei der Torsionsdämpfer und der Pendelflansch des Fliehkraftpendels mechanisch miteinander integriert sein, wodurch sich eine verbesserte Platzausnutzung ergeben kann.
- In einer Ausführungsform umfasst der Torsionsdämpfer eine oder mehrere Dämpferstufen. Insbesondere kann der Torsionsdämpfer ein elastisches Element in Form einer Bogenfeder umfassen. Die Bogenfeder kann einen vergrößerten Verdrehwinkel im Antriebsstrang erlauben und dadurch eine verbesserte Glättung, insbesondere niederfrequenter Drehungleichförmigkeiten bereitstellen. In einer anderen Ausführungsform kann das elastische Element auch eine gerade Zylinderfeder umfassen. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen Torsionsdämpfer mit elastischen Elementen gleichen oder unterschiedlichen Typs im Hybridmodul angeordnet sind.
- Zwischen der Eingangsseite und der Kupplung kann eine weitere Übertragungseinrichtung für Drehmomente eingesetzt sein, wobei die Übertragungseinrichtung zur Reduzierung einer Dreh Ungleichförmigkeit ausgebildet ist.
- Die weitere Übertragungseinrichtung kann in unterschiedlichen Formen ausgeführt sein, die oben mit Bezug auf die erste Übertragungseinrichtung beschrieben sind. Bei geschlossener Kupplung können die Übertragungseinrichtungen praktisch auf der gleichen rotierenden Masse wirken, die die Kupplung und den Rotor des Elektromotors umfasst. Hierzu ist es bevorzugt, dass die Steifigkeit dieser Übertragungsstrecke ausreichend hoch ist. Ist die Kupplung geöffnet, so wird der zum Antriebsrad führende Teil des Antriebsstrangs nur noch durch die weiteren Übertragungseinrichtungen bezüglich einer Dreh Ungleichförmigkeit behandelt.
- In einer weiteren Ausführungsform umfasst die weitere Übertragungseinrichtung einen Tilger, der insbesondere als Fliehkraftpendel ausgebildet sein kann. Das Fliehkraftpendel kann einfach und kostensparend mit den anderen Elementen des Hybridmoduls integrierbar sein. Außerdem kann das Fliehkraftpendel effektiv zum Abbauen von Drehungleichförmigkeiten wirken.
- Der Rotor kann als aktiver Tilger zur Verringerung von Drehungleichförmigkeiten, insbesondere Drehschwingungen ausgebildet sein.
- In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst das Hybridmodul ferner eine hydraulische Betätigungseinrichtung für die Kupplung. Das Hybridmodul kann dadurch verbessert als Funktionsblock ausgebildet sein, der leichter in einem System zum Antrieb des Kraftfahrzeugs integriert sein kann. In einer anderen Ausführungsform kann die Betätigungseinrichtung für die Kupplung auch elektrisch aufgebaut sein. Die Betätigungseinrichtung kann an einer Stelle im Hybridmodul angeordnet sein, die schlecht zugänglich ist, sodass die Verbindung der Betätigungseinrichtung mit der Kupplung sowie die Ansteuerung einfach gehalten sein kann.
- Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Kupplung radial innerhalb des Rotors angeordnet ist. Der Rotor kann beispielsweise als Hohlwelle ausgebildet sein, auf dessen radialer Innenseite die Kupplung liegt. Das Hybridmodul kann so in axialer oder radialer Richtung verkleinerte Außenabmessungen aufweisen.
- Ferner kann auch die Übertragungseinrichtung innerhalb des Rotors angeordnet sein. Dies gilt insbesondere für die erstgenannte Übertragungseinrichtung, alternativ oder zusätzlich kann auch die weitere Übertragungseinrichtung radial innerhalb des Rotors angeordnet sein. Dadurch können sich weitere Platzvorteile ergeben.
- Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
-
1 einen Antriebsstrang mit einem Hybridmodul zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug; -
2 den Antriebsstrang von1 mit einer alternativen Ausführungsform des Hybridmoduls; -
3 Varianten einer Übertragungseinrichtung für Drehmomente für das Hybridmodul von1 und2 ; -
4 Varianten eines Fliehkraftpendels als Übertragungseinrichtung für Drehmomente für das Hybridmodul von1 oder2 ; -
5 ein Ausführungsbeispiel für ein Hybridmodul; -
6 ein Ausführungsbeispiel für ein Fliehkraftpendel als Übertragungseinrichtung für Drehmomente in einem Hybridmodul; und -
7 ein Ausführungsbeispiel für einen Drehschwingungsdämpfer als Übertragungseinrichtung für Drehmomente in einem Hybridmodul
darstellt. -
1 zeigt einen Antriebsstrang100 , beispielsweise in einem Kraftfahrzeug. Der Antriebsstrang100 umfasst einen Verbrennungsmotor105 , ein Hybridmodul110 , ein optionales Getriebe115 und ein Antriebsrad120 . Das Getriebe115 ist bevorzugterweise ein teil- oder vollautomatisiertes Getriebe, beispielsweise ein Doppelkupplungsgetriebe, ein Stufenautomat oder ein Getriebe mit stufenlos variabler Übersetzung (Continuously Variable Transmission, CVT). An verschiedenen Stellen des Antriebsstrangs100 können Torsions- oder Drehschwingungsdämpfer125 vorgesehen sein, insbesondere zwischen dem Hybridmodul110 und dem Getriebe115 oder dem zwischen dem Getriebe115 und dem Antriebsrad120 . - Das Hybridmodul
110 umfasst eine Eingangsseite130 zur Verbindung mit dem Verbrennungsmotor105 und einer Ausgangsseite135 zur Verbindung mit dem zum Antriebsrad120 führenden Teil des Antriebsstrangs100 . Als elektrischer Antriebsmotor für das Kraftfahrzeug ist ein Elektromotor140 mit einem Stator145 und einem Rotor150 vorgesehen. Darüber hinaus sind eine trennbare Kupplung155 und eine Übertragungseinrichtung160 für Drehmoment vorgesehen. Die Kupplung155 ist zwischen der Eingangsseite130 und dem Rotor150 des Elektromotors140 angeordnet und dazu eingerichtet, in Abhängigkeit einer Betätigung einen Drehmomentfluss im Antriebsstrang100 zu ermöglichen oder zu unterbrechen. Die Übertragungseinrichtung160 ist zwischen dem Rotor150 des Elektromotors140 und der Ausgangsseite135 angeordnet. - In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform umfasst der Elektromotor
140 einen radial außen liegenden Stator145 und einen radial innen liegenden Rotor150 ; in einer anderen Ausführungsform kann auch die umgekehrte Anordnung gewählt sein. Die Übertragungseinrichtung160 ist dazu eingerichtet, eine Dreh Ungleichförmigkeit, die der Drehbewegung der Ausgangsseite135 überlagert sein kann, zu reduzieren. Das dargestellte Symbol für die Übertragungseinrichtung160 repräsentiert ein Fliehkraftpendel, zusätzlich oder alternativ dazu kann jedoch auch ein Drehschwingungsdämpfer vorgesehen sein, wie unten noch genauer ausgeführt wird. -
2 zeigt den Antriebsstrang100 von1 mit einer alternativen Ausführungsform des Hybridmoduls110 . Im Unterschied zu der in1 dargestellten Ausführungsform ist hier zusätzlich zur Übertragungseinrichtung160 eine weitere Übertragungseinrichtung205 , die zwischen der Eingangsseite130 und der Kupplung155 angeordnet ist. Die weitere Übertragungseinrichtung205 kann einen Drehschwingungsdämpfer210 , ein Fliehkraftpendel215 oder, wie dargestellt, eine Kombination daraus umfassen. Der dargestellte Drehschwingungsdämpfer210 umfasst ein elastisches Element220 , das dazu eingerichtet ist, eine vorbestimmte Verdrehung, hier zwischen der Eingangsseite130 und der mit der Kupplung155 verbundenen Seite, zu erlauben. - Das elastische Element
220 kann, wie angedeutet, als Bogenfeder oder als radial innen oder radial außen liegende Zylinderfeder ausgebildet sein. Weitere Ausführungsformen werden unten mit Bezug auf3 noch genauer beschrieben. Im Übrigen gelten für die Übertragungseinrichtung160 die gleichen Variationsmöglichkeiten wie für die weitere Übertragungseinrichtung205 und umgekehrt. -
3 zeigt Varianten der Übertragungseinrichtung160 für das Hybridmodul110 der vorangehenden Figuren. Von links nach rechts sind drei unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt. - In der links dargestellten Ausführungsform sind zwischen dem Rotor
150 des Elektromotors140 und der Ausgangsseite135 zwei Drehschwingungsdämpfer210 in Serie angeordnet. Zwischen den beiden Drehschwingungsdämpfer210 kann optional ein Flansch305 vorgesehen sein. Die Drehschwingungsdämpfer210 umfassen jeweils ein elastisches Element220 , von denen jedes alternativ als Bogenfeder oder als Zylinderfeder ausgebildet sein kann. In einer Ausführungsform sind beide elastische Elemente220 als Zylinderfedern ausgebildet, wobei eines der elastischen Elemente220 radial innen und eines radial außen am Flanschteil105 angebracht ist. - In der mittig dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich ein Fliehkraftpendel
215 mit dem Rotor150 des Elektromotors140 verbunden. Das Fliehkraftpendel215 umfasst einen Pendelflansch310 , das mit dem Rotor150 verbunden ist, und eine Pendelmasse315 , die in der Drehebene des Pendelflanschs310 verschiebbar an diesem befestigt ist. In dieser Ausführungsform liegt der Pendelflansch310 außerhalb des Drehmomentflusses zwischen dem Rotor150 und der Ausgangsseite135 bzw., allgemeiner ausgedrückt, des Drehmomentflusses zwischen dem Verbrennungsmotor105 und dem Antriebsrad120 . - Die rechts dargestellte Ausführungsform entspricht der mittig dargestellten Ausführungsform, mit dem Unterschied, dass das Fliehkraftpendel
215 zum Drehschwingungsdämpfer210 nicht parallel, sondern in Serie geschaltet ist, sodass der Pendelflansch310 im übertragenen Drehmomentfluss liegt. -
4 zeigt Varianten des Fliehkraftpendels215 als Übertragungseinrichtung160 für Drehmomente für das Hybridmodul110 der1 oder2 . Im oberen Bereich ist eine erste Ausführungsform dargestellt, bei der der Pendelflansch310 des parallel zum optionalen, zur Ausgangsseite135 führenden Flansch305 mit dem Rotor150 des Elektromotors140 verbunden ist. Der Pendelflansch310 wird dabei von dem zwischen der Eingangsseite130 und der Ausgangsseite135 fließenden Drehmoment nicht durchflossen. - Im unteren Bereich ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der der Flansch
305 und der Pendelflansch310 zusammenfallen, sodass der Pendelflansch310 des Fliehkraftpendels215 im Drehmomentfluss zwischen der Eingangsseite130 und der Ausgangsseite135 des Hybridmoduls110 liegt. -
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Hybridmodul110 . Im Wesentlichen entspricht die dargestellte Ausführungsform der von2 . - Links ist die Eingangsseite
130 zur Verbindung mit dem Verbrennungsmotor105 dargestellt. Von dort geht der Drehmomentfluss radial nach außen und über ein exemplarisch als Bogenfeder ausgeführtes elastisches Element220 eines Drehschwingungsdämpfers210 zu einem Pendelflansch310 eines Fliehkraftpendels215 . Rein exemplarisch ist die Pendelmasse315 des Fliehkraftpendels215 axial innenliegend ausgeführt, wie unten mit Bezug auf6 noch genauer erläutert wird. - An der radialen Innenseite des Pendelflanschs
310 führt der Drehmomentfluss über eine Welle405 axial in der Darstellung nach rechts und dann über einen Flansch305 radial nach außen zur Kupplung155 . Die Kupplung155 ist exemplarisch als nasslaufende Mehrscheiben-Lamellenkupplung aufgebaut. Bevorzugterweise liegt die Kupplung155 radial innerhalb des Rotors150 des Elektromotors140 . Lamellen bzw. Reibelemente der Kupplung155 können mittels einer Betätigungseinrichtung410 , die exemplarisch als hydraulische Betätigungseinrichtung ausgeführt ist, axial gegeneinander gepresst werden, um den Drehmomentfluss an den Rotor150 des Elektromotors140 weiterzuleiten. - Mit dem Rotor
150 ist auch die Übertragungseinrichtung160 verbunden, die als Fliehkraftpendel215 ausgebildet ist. Der Pendelflansch310 des Fliehkraftpendels215 führt radial nach innen zur Ausgangsseite135 des Hybridmoduls110 . Auch das Fliehkraftpendel215 weist exemplarisch eine axial innenliegende Pendelmasse315 auf. -
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Fliehkraftpendel215 als Übertragungseinrichtung205 oder160 im Hybridmodul110 der1 oder2 . Dabei wird eine axial außenliegende Pendelmasse315 verwendet, die zwei Pendelelemente605 umfasst, die auf unterschiedlichen axialen Seiten des Pendelflanschs310 liegen und miteinander verbunden sind. -
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Drehschwingungsdämpfer210 als Übertragungseinrichtung205 oder160 im Hybridmodul110 der1 oder2 . Das elastische Element220 ist hierbei als Zylinderfeder ausgebildet. Es kann auch eine Anordnung mehrerer Zylinderfedern verwendet werden, beispielsweise wie dargestellt zwei parallel geschaltete, koaxiale Zylinderfedern. - Bezugszeichenliste
-
- 100
- Antriebsstrang
- 105
- Verbrennungsmotor
- 110
- Hybridmodul
- 115
- Getriebe
- 120
- Antriebsrad
- 125
- Drehschwingungsdämpfer
- 130
- Eingangsseite
- 135
- Ausgangsseite
- 140
- Elektromotor
- 145
- Stator
- 150
- Rotor
- 155
- Kupplung
- 160
- Übertragungseinrichtung
- 205
- weitere Übertragungseinrichtung
- 210
- Drehschwingungsdämpfer
- 215
- Fliehkraftpendel
- 220
- elastisches Element
- 305
- Flansch
- 310
- Pendelflansch
- 315
- Pendelmasse
- 405
- Welle
- 410
- Betätigungseinrichtung
Claims (12)
- Hybridmodul(
110 ) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei das Hybridmodul (110 ) folgendes umfasst: – eine Eingangsseite (130 ) zur Verbindung mit einem Verbrennungsmotor (105 ); – eine Ausgangsseite (135 ) zur Verbindung mit einem Antriebsrad (120 ); – einen elektrischen Antriebsmotor (140 ) mit einem Stator und einem Rotor (150 ); – eine Übertragungseinrichtung (160 ) für Drehmoment zwischen dem Rotor (150 ) und der Ausgangsseite (135 ); – wobei die Übertragungseinrichtung (160 ) zur Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit ausgebildet ist. - Hybridmodul (
110 ) nach Anspruch 1, wobei eine lösbare Kupplung (155 ) zur Verbindung der Eingangsseite (130 ) mit dem Rotor (150 ) vorgesehen ist. - Hybridmodul (
110 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Übertragungseinrichtung (160 ) einen Tilger umfasst, insbesondere einen als Fliehkraftpendel (215 ) ausgebildeten Tilgerumfasst. - Hybridmodul (
110 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Übertragungseinrichtung (160 ) einen Torsionsdämpfer (210 ) mit einem elastischen Element (220 ) umfasst. - Hybridmodul (
110 ) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Tilger parallel zum Torsionsdämpfer (210 ) angeordnet ist. - Hybridmodul (
110 ) nach einem der Ansprüche 2 und 4 oder 5, wobei der Torsionsdämpfer (210 ) zwischen der Kupplung und der Ausgangsseite (135 ) und dabei vor oder nach dem Tilger angeordnet ist. - Hybridmodul (
110 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Torsionsdämpfer eine oder mehrere Dämpferstufen aufweist. - Hybridmodul (
110 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen der Eingangsseite (130 ) und der Kupplung (155 ) eine weitere Übertragungseinrichtung (205 ) für Drehmoment eingesetzt ist und wobei die weitere Übertragungseinrichtung (205 ) zur Reduzierung einer Drehungleichförmigkeit ausgebildet ist. - Hybridmodul (
110 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die weitere Übertragungseinrichtung einen Tilgerumfasst, insbesondere einen als Fliehkraftpendel (215 ) ausgebildeten Tilger umfasst. - Hybridmodul (
110 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rotor als aktiver Tilger zur Verringerung von Torsionsschwingungen wirken kann. - Hybridmodul (
110 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kupplung(155 ) radial innerhalb des Rotors (150 ) angeordnet ist. - Hybridmodul (
110 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Übertragungseinrichtung (160 ,205 ) radial innerhalb des Rotors (150 ) angeordnet ist.
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