DE102017214127A1 - Antriebsstrangmodul für ein Kraftfahrzeug mit einer eine Druckausgleichseinrichtung umfassenden Kupplung - Google Patents

Antriebsstrangmodul für ein Kraftfahrzeug mit einer eine Druckausgleichseinrichtung umfassenden Kupplung Download PDF

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Abstract

Es wird ein Antriebsstrangmodul (10) für ein Kraftfahrzeug beschrieben, welches eine Kupplung (12) mit einem Eingangsbereich (14) und mit einem Ausgangsbereich (16) umfasst, wobei durch die Wirkung der Kupplung (12) eine gegenseitige Drehmitnahme von Eingangsbereich (14) und von Ausgangsbereich (16) beeinflussbar ist. Die Kupplung (12) umfasst ein Kupplungsgehäuse (34) mit einem darin ausgebildeten Kupplungsraum (36), wobei der Eingangsbereich (14) und der Ausgangsbereich (16) zumindest teilweise in dem Kupplungsraum (36) angeordnet sind und wobei der Kupplungsraum (36) zumindest teilweise mit einem Fluid oder mit einer Paste befüllt ist und gegenüber einer Umgebung des Kupplungsgehäuses (34) im Wesentlichen fluiddicht abgeschlossen ist. Es wird vorgeschlagen, die Kupplung (12) mit einer Druckausgleichseinrichtung (40) zum Ausgleich eines zwischen dem Kupplungsraum (36) und dessen Umgebung wirkenden Druckunterschiedes auszubilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebsstrangmodul für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Ein solches Antriebsstrangmodul ist beispielsweise bereits mit der DE 10 2014 220 835 A1 bekannt geworden und umfasst eine Kupplung mit einem Eingangsbereich und mit einem Ausgangsbereich, wobei durch die Wirkung der Kupplung eine gegenseitige Drehmitnahme von Eingangsbereich und von Ausgangsbereich beeinflussbar ist. Die Kupplung weist ein Kupplungsgehäuse mit einem darin ausgebildeten Kupplungsraum auf, wobei der Eingangsbereich und der Ausgangsbereich zumindest teilweise in dem Kupplungsraum angeordnet sind und wobei der Kupplungsraum zumindest teilweise mit einem Fluid oder mit einer Paste befüllt ist und gegenüber einer Umgebung des Kupplungsgehäuses im Wesentlichen fluiddicht abgeschlossen ist.
  • Ein Fahrzeug mit einem derartigen Antriebsstrangmodul unterliegt durch äußere Einflüsse und durch den Fahrbetrieb vergleichsweise großen Temperaturschwankungen im Bereich von etwa 150K, was infolge des im Wesentlichen fluiddichten Gehäuses zu entsprechend großen Druckdifferenzen zwischen dem innerhalb des Kupplungsgehäuses befindlichen Kupplungsraum und der Umgebung des Kupplungsgehäuses führen kann. Diese Druckdifferenzen üben über das im Kupplungsraum befindliche Fluid oder eine Paste einen Druck auf die das Kupplungsgehäuse abdichtenden Dicht- und Lagestellen aus. Dadurch können die Dichtmittel über ein vorgesehenes Maß hinaus beansprucht werden, wobei bei einem erhöhten Innendruck im Kupplungsraum das Fluid oder die Paste die Dichtmittel überwinden und dann austreten kann oder wodurch andererseits bei einem Unterdruck unerwünscht Luft und Schmutz in den Kupplungsraum eintreten können.
  • Von dem geschilderten Problem ausgehend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Antriebsstrangmodul bereitzustellen, mit dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Antriebsstrangmodul mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.
  • Gemäß der Erfindung zeichnet sich das vorgeschlagene Antriebsstrangmodul dadurch aus, dass die Kupplung eine Druckausgleichseinrichtung zum Ausgleich eines zwischen dem Kupplungsraum und dessen Umgebung wirkenden Druckunterschiedes aufweist. Somit kann eine infolge von Temperaturwechseln bedingte Druckdifferenz bereits beim Entstehen ausgeglichen werden, wodurch der Kupplungsraum im Wesentlichen drucklos bleibt und deshalb über das in diesem befindliche Fluid oder die Paste keine unerwünschte Krafteinwirkung auf die am Kupplungsgehäuse befindlichen Lagerstellen von Eingangsbereich und Ausgangsbereich erfolgt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist zum Zweck des Druckausgleichs ist am Kupplungsgehäuse eine Druckausgleichsöffnung ausgebildet, welche mit einem Druckausgleichsventil kommunizieren kann. Die Druckausgleichsöffnung ist bevorzugt an einer in der Einbaulage des Antriebsstrangmoduls geodätisch oben gelegenen Position des Kupplungsgehäuses vorgesehen, insbesondere zwischen einer 10Uhr und einer 2Uhr Position, vorzugsweise im Bereich einer 12Uhr Position. Bei einer nicht vollständigen Füllung des Kupplungsraums mit Fluid oder mit einer Paste kann ein geodätisch oben vorhandener Raumbereich als Gassammelraum wirken, der über eine dort befindliche Druckausgleichsöffnung mit der Umgebung kommunizieren kann.
  • Das Druckausgleichsventil kann vorzugsweise eine semipermeable Membran aufweisen, welche zur Ermöglichung eines Druckausgleichs luftdurchlässig, jedoch nicht fluid-durchlässig ist. Dadurch kann bei Ermöglichung eines Druckausgleichs ein Austritt bzw. ein Verlust von in dem Kupplungsraum befindlichen Fluid oder einer Paste und ebenso ein unerwünschter Eintritt von Schmutzpartikeln oder Feuchte vermieden werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann an dem Antriebsstrangmodul ein Modulgehäuse vorgesehen sein, welches das Kupplungsgehäuse umgibt und wobei das Kupplungsgehäuse und das Modulgehäuse radial voneinander beabstandet angeordnet sind. Die beiden Gehäuse können mit Vorteil durch einen Druckausgleichskanal miteinander verbunden sein, wobei das Druckausgleichsventil an dem Modulgehäuse angeordnet ist. Das Druckausgleichsventil ist dabei bevorzugt an einer in der Einbaulage des Antriebsstrangmoduls geodätisch oben gelegenen Position des Modulgehäuses vorgesehen, insbesondere zwischen einer 10Uhr und einer 2Uhr Position, vorzugsweise im Bereich einer 12Uhr Position.
  • Mit weiterem Vorteil kann das Antriebsstrangmodul als eine weitere Komponente eine elektrische Maschine mit einem Stator und mit einem Rotor aufweisen, wobei der Rotor mit dem Eingangs- oder dem Ausgangsbereich der Kupplung verbunden ist und wobei ein als Modulgehäuse ausgeführter oder mit dem Modulgehäuse verbundener Systemträger vorgesehen ist, an welchem der Stator und/oder eine der elektrischen Maschine zugeordneten Leistungselektronik angeordnet sind/ist. Dabei kann der Druckausgleichskanal mit Vorteil in dem Systemträger ausgebildet sein. Bei einem gusstechnisch z.B. aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellten Systemträger, kann der Druckausgleichskanal unmittelbar während des Gießvorgangs und gegebenenfalls gemeinsam weiteren Kanälen, insbesondere mit einem Kühlkanal und/oder einem pneumatischen oder fluidischen Betätigungskanal zur Betätigung der Kupplung ausgebildet werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zumindest ein Abschnitt des Kupplungsgehäuses durch den Systemträger ausgebildet sein. Als günstig hat sich eine axiale Teilung des Kupplungsgehäuses erwiesen, bei welcher ein weiterer Abschnitt des Kupplungsgehäuses durch eine Halbschale gebildet wird.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Figur beispielhaft erläutert.
  • 1 zeigt eine axiale Schnittansicht eines Antriebsstrangmoduls 10 für ein Kraftfahrzeug, welches als eine erste Funktionskomponente eine Kupplung 12 mit einem Eingangsbereich 14 und mit einem Ausgangsbereich 16 aufweist. Die Kupplung 12 ist als eine Trennkupplung ausgebildet, so dass der Eingangsbereich 14 und der Ausgangsbereich 16 mittels einer Betätigung der Kupplung 12 gegenseitig miteinander in Drehmomentübertragung gebracht oder andererseits voneinander getrennt, d.h. entkoppelt werden. Vorliegend umfasst der Eingangsbereich 14 eine erste Welle 18 und der Ausgangsbereich 16 eine dazu koaxial zu einer Achse A angeordnete zweite Welle 20.
  • Das dargestellte Antriebsstrangmodul 10 umfasst weiter als eine zweite Funktionskomponente eine hier als Innenläufer ausgebildete elektrische Maschine 22 mit einem Rotor 24, der um die Achse A drehbar gelagert ist und der von einem Rotorträger 24a getragen ist, welcher drehfest mit dem Ausgangsbereich 16 der Kupplung 12, insbesondere mit einem Radialflansch 20a der zweiten Welle 20 verbunden ist. Auf dem Rotorträger 24a sind dabei elektromagnetische Rotorkomponenten in Form eines Blechpakets 24b mit Permanentmagneten 24c angeordnet.
  • Radial außerhalb des Rotors 24 ist ein Stator 26 angeordnet, der eine elektromagnetische Statorkomponente in Form eines Blechpakets 26a mit daran angeordneten Spulen 26b aufweist. Dabei ist das Statorblechpaket 26a von einem Statorträger 28a getragen, der das Blechpaket 26a radial außen umgibt und der als Statorträgerabschnitt 28a eines Systemträgers 28 ausgebildet ist. Der Systemträger 28 ist in einen Aufnahmeraum 30a eines Modulgehäuses 30 des Antriebsstrangmoduls 10 eingefügt und dort festgelegt.
  • Wie 1 weiter zu entnehmen, weist der Systemträger 28 neben dem Statorträgerabschnitt 28a einen einteilig mit diesem ausgebildeten Radialwandabschnitt 28b auf. Dadurch bildet der Systemträger 28 einen topfartigen Aufnahmeraum 28c, in dem die elektrische Maschine 22 zumindest teilweise aufgenommen ist. Auf der, der elektrischen Maschine 22 gegenüberliegenden Axialseite des Radialwandabschnittes 28b ist eine kreisscheibenförmige oder zumindest kreissegmentförmige Leistungselektronikeinheit 32, insbesondere ein Powerboard, d.h. ein Inverter zum Ansteuern der elektrischen Maschine 22 angeordnet und um die Drehachse A ausgebildet. Die Leistungselektronik 32 steht im thermischen Kontakt mit dem Systemträger 28 und insbesondere mit einer an dem Radialwandabschnitt 28b ausgebildeten Fluid-Kühlanordnung, deren Kühlkanal außerhalb der mit 1 dargestellten Schnittebene liegt und der deshalb nicht in der Figur sichtbar ist.
  • Weiterhin zeigt 1, dass radial innerhalb der elektrischen Maschine 22, insbesondere innerhalb des Rotors 24, ein topfförmiger Aufnahmeraum 28d ausgebildet ist, von dem die bereits zuvor erwähnte Kupplung 12 aufgenommen ist.
  • Die Kupplung 12 kann, wie in 1 dargestellt, als elektromagnetisch betätigbare Formschlusskupplung, insbesondere als Klauenkupplung, ausgebildet sein. Die Elemente und die Funktionsweise der Kupplung 12 sind beispielweise in der DE 10 2015 224 664 A1 detailliert erläutert, wobei deren Offenbarungsgehalt von der vorliegenden Anmeldung vollumfänglich aufgenommen sein soll. Die Kupplung 12 ist als Trennkupplung funktional zwischen einem hier zeichnerisch nicht dargestellten Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine 22 wirksam und kann im geschlossenen Zustand ein Antriebsmoment des Verbrennungsmotors in ein hier gleichfalls nicht dargestelltes Gangwechselgetriebe einleiten. Zum Starten des Verbrennungsmotors kann auch bei geschlossener Kupplung 12 ein Drehmoment von der elektrischen Maschine 22 auf den Verbrennungsmotor übertragen werden.
  • In Bezug auf die hier behandelte Erfindung ist ungeachtet einer Funktionalität und einem Kupplungstyp bzw. einer Kupplungsbauart von besonderer Bedeutung, dass die Kupplung 12 ein geschlossenes Kupplungsgehäuse 34 mit einem darin ausgebildeten Kupplungsraum 36 aufweist.
  • Das Kupplungsgehäuse 34 ist im erläuterten Ausführungsbeispiel mittels zwei miteinander verbundenen Gehäuseschalen 34a, b ausgebildet. Die erste Gehäuseschale 34a wird durch einen sich radial innen an den Radialwandabschnitt 28b anschließenden topfförmigen Bereich des Systemträgers 28 gebildet. In den gezeigten Querschnitt schließt sich dazu an den Radialwandabschnitt 28b ein in Richtung des Statorträgerabschnitts 28a verlaufender axialer Abschnitt 28e an, weiter ein nach radial innen führender Abschnitt 28f, danach ein axial zurückspringender Abschnitt 28g und schließlich ein weiterer nach radial innen weisender Abschnitt 28h an.
  • Die zweite Gehäuseschale 34b wird von einem im Durchmesser mehrfach gestuften kalottenförmigen Element gebildet. An beiden Gehäuseschalen 34a, b sind zum Einführen des Eingangsbereichs 14 und des Ausgangsbereichs 16 der Kupplung 12 zentrale Ausnehmungen 34c, d ausgebildet, in deren Bereich sich auch Dichtanordnungen 38a - d und Lageranordnungen 41a, b der Wellen 18, 20 befinden. Die beiden Gehäuseschalen 34a, b sind mit deren radial äußeren Bereichen mittels eines Dichtelements 34c fest zusammengefügt.
  • In dem so gebildeten Kupplungsraum 36 greifen von außen die Wellen 18, 20 von Eingangsbereich 14 und Ausgangsbereich 16 ein, so dass sich diese zumindest teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Kupplungsraumes 36 befinden. Der Kupplungsraum 36 ist zudem zumindest teilweise mit einem Schmier- oder Kühlmittel befüllt und mittels der vorgenannten Dichtanordnungen 38a - d gegenüber einer Umgebung des Kupplungsgehäuses 34 im Wesentlichen fluiddicht abgeschlossen. Auf diese Weise muss die die elektrische Maschine 22 nicht zwangsweise in einem Nassraum angeordnet werden, sondern kann bedarfsweise auch in einem Trockenraum betrieben werden.
  • Das Antriebsstrangmodul 10 mit der elektrischen Maschine 22 und der Kupplung 12 unterliegt im Betrieb vergleichsweise großen Temperaturschwankungen im Bereich von etwa 150K, was infolge des im Wesentlichen fluiddichten Kupplungsgehäuses 34 zu entsprechend großen Druckdifferenzen zwischen dem innerhalb des befindlichen Kupplungsraum 36 und der Umgebung des Kupplungsgehäuses 34 führen kann. Diese Druckdifferenzen üben über das im Kupplungsraum 36 befindliche Fluid oder eine Paste einen Druck auf die das Kupplungsgehäuse 34 abdichtenden Dicht- und Lagestellen 38, 41 aus. Dadurch können dort befindliche Dichtmittel über ein vorgesehenes Maß hinaus beansprucht werden, wobei bei einem erhöhten Innendruck im Kupplungsraum 36 das Fluid oder die Paste die Dichtmittel überwinden und austreten kann oder andererseits bei einem Unterdruck unerwünscht Luft und Schmutz in den Kupplungsraum 36 eintreten können.
  • Als Abhilfe ist beim dem Antriebsstrangmodul 10 deshalb eine Druckausgleichseinrichtung 40 zum Ausgleich eines zwischen dem Kupplungsraum 36 und dessen Umgebung wirkenden Druckunterschiedes vorgesehen. Zu diesem Zweck ist am Kupplungsgehäuse 34, insbesondere an der zweiten Gehäuseschale 34b ein vom Kupplungsraum 36 ausgehender und zu einer Druckausgleichsöffnung 40a führender Kanal 40b ausgebildet, welcher mit einem Druckausgleichsventil 40c kommunizieren kann. Die Druckausgleichsöffnung 40a ist vorliegend, wie in der Figur gezeigt, an der in der Einbaulage des Antriebsstrangmoduls 10 geodätisch oben gelegenen Position des Kupplungsgehäuses 34 vorgesehen, somit also im Bereich der 12Uhr Position ausgebildet. Wie weiter erkennbar, sind das Kupplungsgehäuse 34 und das Modulgehäuse 30 radial voneinander beabstandet angeordnet und durch einen an dem Modulgehäuse 30 vorhandenen Druckausgleichskanal 40d miteinander verbunden. Dieser Druckausgleichskanal 40d geht von der Druckausgleichsöffnung 40a des Kupplungsgehäuses 34 aus und verläuft dann im Systemträger 28 zunächst axial innerhalb des topfförmigen Bereichs 28e und dann an dem Radialwandabschnitt 28 b nach radial außen. Der Druckausgleichskanal 40 d weist am radial äußeren Randbereich eine im Durchmesser erweiterte Mündung 40f auf, in welche ein Halteelement 401c des als Snap-In Druckausgleichsventils 40c eingesetzt ist. An derselben Umfangsposition ist im Modulgehäuse 30 eine Öffnung 30b vorgesehen, in welche ein weiteres Element 402c des Druckausgleichsventils mit einer semipermeablen Membran 403c eingesetzt und mit dem Haltelement 401c verschnappt bzw. verrastet ist. Das Druckausgleichsventil 40c ist durch eine solche Membran luftdurchlässig, jedoch nicht fluiddurchlässig. Der vom Kupplungsraum 36 ausgehende Druckausgleichskanal 40d mündet somit an der Außenwandung des Modulgehäuses 30.
  • Das Druckausgleichsventil 40c ist an einer in der Einbaulage des Antriebsstrangmoduls 10 geodätisch oben gelegenen Position des Modulgehäuses 30 vorgesehen, hier insbesondere im Bereich einer 12Uhr Position.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Antriebsstrangmodul
    12
    Kupplung
    14
    Eingangsbereich
    16
    Ausgangsbereich
    18
    erste Welle
    20
    zweite Welle
    20a
    Radialflansch
    22
    elektrischen Maschine
    24
    Rotor
    24a
    Rotorträger
    24b
    Blechpaket
    24c
    Permanentmagnet
    26
    Stator
    26a
    Blechpaket
    26b
    Spulen
    28
    Systemträger
    28a
    Statorträger
    28b
    Radialwandabschnitt
    28c
    Aufnahmeraum
    28e
    axialer Abschnitt
    28f
    radialer Abschnitt
    28g
    axialer Abschnitt
    28h
    radialer Abschnitt
    30
    Modulgehäuse
    30a
    Aufnahmeraum
    32
    Leistungselektronik
    34
    Kupplungsgehäuse
    34a
    Gehäuseschale
    34b
    Gehäuseschale
    34c
    Ausnehmung
    34d
    Ausnehmung
    36
    Kupplungsraum
    38
    Dichtstelle
    38a
    Dichtanordnung
    38b
    Dichtanordnung
    38c
    Dichtanordnung
    38d
    Dichtanordnung
    40
    Druckausgleichseinrichtung
    40a
    Druckausgleichsöffnung
    40b
    Kanal
    40c
    Druckausgleichsventil
    40d
    Druckausgleichskanal
    40f
    Mündung
    41a
    Lageranordnung
    41b
    Lageranordnung
    401 c
    Halteelement
    402 c
    Element
    403 c
    semipermeable Membran
    A
    Mittelachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014220835 A1 [0002]
    • DE 102015224664 A1 [0019]

Claims (6)

  1. Antriebsstrangmodul (10) für ein Kraftfahrzeug umfassend - eine Kupplung (12) mit einem Eingangsbereich (14) und mit einem Ausgangsbereich (16), wobei durch die Wirkung der Kupplung (12) eine gegenseitige Drehmitnahme von Eingangsbereich (14) und von Ausgangsbereich (16) beeinflussbar ist, wobei - die Kupplung (12) ein Kupplungsgehäuse (34) mit einem darin ausgebildeten Kupplungsraum (36) umfasst, wobei - der Eingangsbereich (14) und der Ausgangsbereich (16) zumindest teilweise in dem Kupplungsraum (36) angeordnet sind, wobei - der Kupplungsraum (36) zumindest teilweise mit einem Fluid oder mit einer Paste befüllt ist und gegenüber einer Umgebung des Kupplungsgehäuses (34) im Wesentlichen fluiddicht abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kupplung (12) eine Druckausgleichseinrichtung (40) zum Ausgleich eines zwischen dem Kupplungsraum (36) und dessen Umgebung wirkenden Druckunterschiedes aufweist.
  2. Antriebsstrangmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichseinrichtung (40) eine am Kupplungsgehäuse (34) ausgebildete Druckausgleichsöffnung (40a) aufweist, welche mit einem Druckausgleichsventil (40c) kommunizieren kann.
  3. Antriebsstrangmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsventil (40c) eine semipermeable Membran (403c) aufweist, welche zur Ermöglichung eines Druckausgleichs luftdurchlässig, jedoch nicht fluiddurchlässig ist.
  4. Antriebsstrangmodul nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modulgehäuse (30) vorgesehen ist, welches das Kupplungsgehäuse (34) umgibt, wobei das Kupplungsgehäuse (34) und das Modulgehäuse (30) radial voneinander beabstandet angeordnet und durch einen Druckausgleichskanal (40d) miteinander verbunden sind und wobei das Druckausgleichsventil (40c) an dem Modulgehäuse (30) angeordnet ist.
  5. Antriebsstrangmodul 10 nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsstrangmodul (10) eine elektrische Maschine (22) mit einem Stator (26) und mit einem Rotor (24) aufweist, wobei der Rotor (24) mit dem Eingangs- oder dem Ausgangsbereich (14, 16) verbunden ist und wobei ein als Modulgehäuse (30) ausgeführter oder mit dem Modulgehäuse (30) verbundener Systemträger (28) vorgesehen ist, an welchem der Stator (26) und/oder eine der elektrischen Maschine (22) zugeordneten Leistungselektronik (32) angeordnet sind/ist und wobei der Druckausgleichskanal (40d) in dem Systemträger (28) ausgebildet ist.
  6. Antriebsstrangmodul nach Anspruche 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt (34a) des Kupplungsgehäuses (34) durch den Systemträger (28) gebildet ist.
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