DE102010030690A1

DE102010030690A1 - Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102010030690A1
Application number: DE102010030690A
Authority: DE
Inventors: Dr. Sasse Christoph
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-05

Abstract

Es wird ein Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug beschrieben, welche einen Verbrennungsmotor mit einer Abtriebswelle, ein Getriebe mit einer Eingangswelle und eine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnete elektrische Maschine mit einem Stator und mit einem Rotor umfasst, der zumindest mittelbar mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors und mit der Getriebeeingangswelle zur Übertragung eines Drehmoments koppelbar ist. Die Antriebseinheit kann weiter eine im Drehmomentübertragungsweg zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnete Kupplung umfassen. Zur besseren Entkopplung gegenüber im Antriebsstrang des Hybridfahrzeuges auftretenden Drehungleichförmigkeiten wird vorgeschlagen, die Antriebseinheit mit einem ersten, zweiten und dritten Torsionsdämpfer auszubilden, wobei zumindest der Rotor der elektrischen Maschine innerhalb eines zwischen den Torsionsdämpfern ausgebildeten Drehmomentübertragungswegs angeordnet ist, und der dritte Torsionsdämpfer die Kupplungsvorrichtung und den Rotor verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein wahlweise verbrennungs- und/oder elektromotorisch antreibbares Hybridfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Eine derartige Antriebseinheit wird beispielsweise in der EP 1 736 345 A1 beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine kostengünstige, leicht zu montierende und zugleich kompakte Antriebseinheit zu schaffen, welche zugleich in der Lage ist, in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand in einem Fahrzeugantriebsstrang auftretende Drehungleichförmigkeiten, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, wirksam zu dämpfen.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden bei einer gattungsgemäßen Antriebseinheit durch die im Kennzeichen von Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Es wird somit eine Antriebseinheit bereitgestellt, welche einen Verbrennungsmotor mit einer Abtriebswelle, ein Getriebe mit einer Eingangswelle und eine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnete elektrische Maschine mit einem Stator und mit einem Rotor umfasst, der zumindest mittelbar mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors und mit der Getriebeeingangswelle zur Übertragung eines Drehmoments koppelbar ist. Zur besseren Entkopplung gegenüber im Antriebsstrang des Hybridfahrzeuges auftretenden Drehungleichförmigkeiten ist die Antriebseinheit mit einem ersten und einem zweiten Torsionsdämpfer ausgebildet, wobei zumindest der Rotor der elektrischen Maschine innerhalb eines zwischen den Torsionsdämpfern ausgebildeten Drehmomentübertragungswegs angeordnet ist. Des Weiteren weist die Antriebseinheit eine im Drehmomentübertragungsweg zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnete schaltbare Kupplungsvorrichtung auf.
Um die in einem Fahrzeugantriebsstrang auftretenden Drehungleichförmigkeiten, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, wirksam zu dämpfen, weist die erfindungsgemäße Antriebseinheit neben dem ersten und dem zweiten Torsionsdämpfer einen dritten Torsionsdämpfer auf, der einerseits mit den Rotor und andererseits mit der Kupplungsvorrichtung, insbesondere einem Ausgangsteil der Kupplungsvorrichtung verbunden ist.
Vorzugsweise ist der Torsionsdämpfer als Schwingungstilger ausgelegt, wobei insbesondere der Rotor als Tilgungsmasse dient. Dies hat den Vorteil, dass durch die Verbindung mit dem Rotor im Wesentlichen auf eine zusätzliche Masseanhäufung verzichtet werden kann, wodurch der Torsionsdämpfer sehr kompakt ausführbar ist. Des Weiteren kann die elektrische Maschine dadurch Einfluss auf die Tilgereigenschaften nehmen, so dass beispielsweise eine weitere Dämpfung über die elektrische Maschine einbringbar ist. Dadurch kann auch der Arbeitsbereich des Tilgers erweitert werden. Darüber hinaus kann bei zunehmender Drehzahl die Reibung gezielt beeinflusst werden, so dass auch eine Abschaltung des Tilgers mit Hilfe der elektrischen Maschine ermöglicht ist.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, ist der dritte Torsionsdämpfer im Verbrennungsmotorbetrieb parallel zu dem zwischen dem ersten und dem zweiten Torsionsdämpfern ausgebildeten Drehmomentübertragungswegs angeordnet. Dadurch gewährt der Torsionsdämpfer eine elastische Anbindung des Rotors an den verbrennungsmotorischen Drehmomentfluss. Ist er zudem, wie ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeigt, mit einem Federsatz ausgestattet, der auf das zu erwartende Tilgungsmoment ausgelegt ist, dient der Torsionsdämpfer als reiner Schwingungstilger. Diese vergleichsweise schwache Auslegung dämpft insbesondere bei niedrigen Drehzahlen besonders effektiv.
Es kann jedoch auch von bevorzugt sein, den Federsatz des Torsionsdämpfer auf das Moment der elektrischen Maschine auszulegen. Dies hat den Vorteil, dass der Torsionsdämpfer im elektromotorischen Betrieb nicht auf Anschlag geht, sondern als Torsionsdämpfer in Reihe mit dem zweiten Torsionsdämpfer eingesetzt werden kann. Normalerweise ist das zu erwartende Tilgungsmoment deutlich kleiner als das verbrennungsmotorische oder das elektromotorische Moment.
Dadurch, dass zur Dämpfung der in einem Hybridfahrzeug auftretenden Torsionsschwingungen zwei in Reihe im Drehmomentübertragungsweg geschaltete einzelne Torsionsdämpfer eingesetzt werden, zwischen denen zumindest die Massenträgheit des Rotors der elektrischen Maschine wirksam wird, kann bei bestimmten Betriebszuständen insbesondere bei verbrennungsmotorischen Betrieb als auch bei elektromotorischen Betrieb oder einer gemischten Betriebsweise eine gegenüber dem Stand der Technik bessere Entkopplung gegenüber den Fahrkomfort beeinträchtigenden Antriebsstrangschwingungen erreicht werden. Dabei ermöglicht der erfindungsgemäß vorhandene dritte Torsionsdämpfer insbesondere eine Entkopplung der Motorschwingungen bei niedrigen Drehzahlen.
Durch eine spezifische Ausgestaltung der einzelnen Torsionsdämpfer lässt sich das zu bedämpfende Frequenzspektrum insgesamt breitbandiger und effektiver abdecken. Die vorgeschlagene Antriebseinheit kann somit wesentlich zur Geräusch- und Verschleißminimierung an Verzahnungsstellen sowohl außerhalb als innerhalb des Getriebes beitragen.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Figurenbeschreibung und den beigefügten Figuren entnehmbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von beigefügten Figuren beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
2: eine schematische Darstellung des Drehmomentflusses im Verbrennungsmotorbetrieb und eines Flusspfades eines Tilgungsmomentes in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel; und
3: eine schematische Darstellung des Drehmomentflusses im elektromotorischen Betrieb in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Die 1 zeigt eine Antriebseinheit 10 mit einem hier nicht dargestellten Verbrennungsmotor als eine erste Antriebsquelle mit einer als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle, deren Drehmoment über eine Koppelanordnung 16, einen ersten Torsionsdämpfer 18, eine schaltbare Kupplung 20 und einen zweiten Torsionsdämpfer 22 über eine Eingangswelle 24 in ein ebenfalls nicht dargestelltes Gangwechselgetriebe eingeleitet werden kann, um von dort über weitere, nicht dargestellte Antriebsstrangelemente auf die Antriebsräder eines Hybridfahrzeuges übertragen zu werden. Die Antriebseinheit 10 weist weiter eine Elektromaschine 28 mit einem Stator 30 und einem Rotor 32 als eine zweite Antriebsquelle auf, dessen Drehmoment in den zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe ausgebildeten Antriebsstrangabschnitt einleitbar ist.
Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Antriebseinheit einen dritten Torsionsdämpfer 34 auf, der im verbrennungsmotorischen Betrieb als Schwingungstilger dient.
Das Getriebe kann als ein gestuftes vollautomatisches Getriebe ausgeführt sein. Üblicherweise ist einem solchen Getriebe noch ein hydrodynamischer Drehmomentwandler vorgeschaltet, der jedoch durch die dargestellte Anordnung ersetzt ist. Es sei hervorgehoben, dass bei der vorliegenden Antriebseinheit 10 zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe lediglich eine einzige, wahlweise schaltbare Kupplungsvorrichtung 20 vorgesehen sein kann, die zum Anfahren als auch zum Gangwechsel das übertragene Drehmoment ganz oder nur zu einem gewissen Betrag begrenzen kann.
Nachstehend wird die Ausgestaltung des zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe befindlichen Antriebsstrangabschnitts im Detail beschrieben.
Die im Drehmomentweg auf die Kurbelwelle folgende Koppelanordnung 16 umfasst zunächst eine hier nicht dargestellt axial flexible Drehmomentübertragungsplatte in Form einer Flexplate, die radial innen mittels Schraubbolzen mit der Kurbelwelle und radial außen wiederum über Bolzen 38 mit einer als Driveplate bezeichneten und im Wesentlichen axial steifen Übertragungsscheibe 40 verbunden ist. Durch diese Anbindung sind axiale Kurbelwellenschwingungen und eine sich ggf. beim Zusammenbau der Antriebseinheit 10 ergebende toleranzbedingte axiale Fehlpassung einfach kompensierbar. Auf diese Weise wird eine gegenseitige unerwünschte Verspannung von den im Drehmomentübertragungsweg zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe befindlichen Funktionselementen sicher vermieden.
Die Driveplate 40 ist in deren radial inneren Bereich zur Schaffung eines Bewegungsspielraums axial leicht gekröpft geformt und weist ein Hohlnabe 40a auf, die mittels einer Formschlussverbindung 42 mit einer Nabe 44a des ersten Torsionsdämpfers 18 in Drehmitnahmeverbindung steht.
Die der Kurbelwelle 14 abgewandte Nabe 44a bildet zugleich mit einem sich daran anschließenden und im Wesentlichen nach radial außen erstreckendem scheibenfömigen Deckblech 44b und mit einem daran mittels Nieten 44c verbundenem weiteren Deckblech 44d das Eingangsteil des ersten Torsionsdämpfers 18. Zwischen den Deckblechen 44b; 44d sind in Umfangsrichtung mehrere Kammern zur Aufnahme von Federn 44e ausgebildet, deren Enden sich jeweils einerseits an den Deckblechen 44b; 44d und andererseits an einem Ringkragen 44f eines Nabenelements 44g abstützen, das axial zwischen den Deckblechen 44b; 44d angeordnet ist und das diesen gegenüber über einen gewissen Drehwinkelbereich verdrehbar gelagert ist.
In der 1 ist erkennbar, dass der Federsatz 44e des ersten Torsionsdämpfers 18 den Stator 30 der Elektromaschine 28 radial erreicht und dass, das Ausgangsteil darstellende Nabenelement 44g im radial äußeren Bereich des Torsionsdämpfers 18 axial abgewinkelt ausgeführt ist und somit einen horizontalen Rohrfortsatz ausbildet, um dadurch einen topfförmigen Aufnahmeraum 48 zur Anordnung des zweiten Torsionsdämpfers 22 auszubilden.
Das Nabenelement 44g weist an der zu dem Getriebe gewandten Seite eine Formschlussverbindung 50 zur Drehmitnahme eines sich hier im Wesentlichen radial erstreckenden Mitnehmerelements 52 auf, welches einen Teil eines Eingangsteils 52 der Kupplung 20 bildet. Dazu können an den beiden als Blechumformteil gefertigten Elementen 44g; 52 Zahnprofile vorgesehen sein, deren Zähne und Lücken sich wechselseitig durchdringen können. Das Zahnprofil des Mitnehmerelements 52 kann auch in Form relativ langer Zahnfinger und in Richtung des korrespondierenden Profil etwas abgewinkelt ausgebildet sein, wodurch beim Zusammenfügen eine gewisse Federwirkung resultiert, die die Wirkpartner im Wesentlichen spielfrei in gegenseitiger Anlage hält, jedoch gleichzeitig einen Axial- und einen Radialausgleich zulässt.
Die Kupplung 20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als nasslaufende Lamellenkupplung ausgeführt, wozu in einem radial inneren Abschnitt das Mitnehmerelement 52 drehfest mit einem radial außen verzahnten Innenlamellenträger 56 fest verbunden ist, auf dem eine Mehrzahl dort axial verlagerbarer Innenlamellen angeordnet sind, welche in die Zwischenräume von mehreren, auf einem dazu radial beabstandeten und ebenfalls verzahnten Außenlamellenträger 58 axial verlagerbaren Außenlamellen eingreifen und zu diesen in eine Reibschlussverbindung gebracht werden können. Die Kupplung 20 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als „Normally-Open-Typ” zur gedrückten Betätigung ausgeführt. Es ist auch gemäß einer Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels möglich, das Eingangsteil der Kupplung 20 als Außenlamellenträger auszuführen.
Das gesamte aus den Lamellen gebildete Paket kann mittels eines druckbeaufschlagbaren hydraulischen Kolbens 60 entgegen der Wirkung einer hier als Tellerfeder ausgebildeten Rückstellelementes 64 belastet werden, wodurch die Drehmomentübertragung zwischen dem Außen- 58 und dem Innenlamellenträger 56 und den nachfolgenden Elementen gesteuert wird. Bevorzugt werden bei der Lamellenkupplung die Innenlamellen als Reiblamellen ausgeführt wie dieses in der 1 erkennbar ist.
Der Kolben 60 bildet dabei eine Begrenzung eines innerhalb eines Druckmittelzylinders ausgebildeten Druckraums 68. Dieser Druckraum 68 wird weiterhin durch einen radial verlaufenden Abschnitt des Außenlamellenträgers 58 und durch eine fest mit diesem verbundene hohl ausgeführte Kupplungsnabe 70 begrenzt. Zwischen dem Kolben 60 einerseits und dem Außenlamellenträger 58 und der Kupplungsnabe 70 andererseits sind jeweils Dichtelemente vorgesehen. Weiterhin ist ein verbrennungsmotorseitig axial zum Kolben 60 beabstandeter Wandungsbereich 76 vorgesehen, der gemeinsam mit dem Kolben 60 und einem Abschnitt der Kupplungsnabe eine Fliehkraft-Druckausgleichskammer 78 begrenzt, die radial außen mittels eines mit dem Kolben 60 zusammenwirkenden Dichtelementes abgedichtet ist.
Die Kupplungsnabe 70 dient zudem als Lagerstelle zur Lagerung des Kupplungseingangselementes, hier insbesondere des Innenlamellenträgers 56, wobei im vorliegenden Fall ein Wälzlager 80 angeordnet ist. Gemäß einer Abwandlung kann auch vorgesehen sein, dass das Eingangsteil der Kupplung 20 fest mit der Kupplungsnabe 70 verbunden ist, während das Ausgangsteil drehbar auf der Nabe 70 gelagert ist.
Innerhalb als auch zwischen der Getriebeeingangswelle 24 und der Kupplungsnabe 70 sind durch radiale Zwischenräume und Radialöffnungen Fluidkanäle ausgebildet, die zur Betätigung der Kupplung 20 eine Fluidverbindung zwischen einem im Getriebe vorgesehenen Fluidkreislauf einerseits und dem Betätigungskolben 60 der Kupplung 20 und der Fliehkraft-Druckausgleichskammer 78 andererseits schaffen.
Die Abtrennung des durch die Nasskupplung 20 geschaffenen Nassraumes erfolgt durch das Getriebe und durch die Getriebeglocke 26a. Zum Weiteren ist axial zwischen der Driveplate 40 und dem Eingangsteil 44b des ersten Torsionsdämpfers 18 eine Zwischenwand 84 angeordnet, welche radial außen an der Getriebeglocke 26a befestigt ist und die radial innen mittels eines dort eingesetzten Wellendichtringes 86 mit der Nabe 40a der Driveplate 40 in Dichtkontakt steht. Die Koppelanordnung 16, bestehend aus Flexplate und Driveplate 40 befindet sich somit in einem gegenüber dem Nassraum abgegrenzten Trockenraum.
In dem bisher beschriebenen, vom Verbrennungsmotor beginnenden Drehmomentübertragungsweg folgt der Kupplung 20 der zweite Torsionsdämpfer 22, der innerhalb des Aufnahmeraums 48 des ersten Torsionsdämpfers 18 angeordnet ist. Der zweite Torsionsdämpfer 22 umfasst ein als Nabenelement 88 gestaltetes Eingangsteil, welches axial zwischen zwei miteinander fest verbundenen, das Ausgangsteil bildende Deckblechen 90a, b angeordnet ist und entgegen der Wirkung eines wiederum in Kammern zwischen diesen Teilen eingespannten Federsatzes 92 relativ um einen bestimmten Betrag zueinander verdrehbar sind. Die Einleitung eines von der Kupplung 20 übertragenen Drehmoments erfolgt über eine vorzugsweise als Steckverzahnung ausgebildete Formschlussverbindung 94 zwischen der Kupplungsnabe 70 und einen in diese axial eingeführten Rohrfortsatz des Nabenelements 88.
Zur Ausbildung einer weiteren Lagerstelle und zum Zweck der Drehmomentübertragung ist am radial inneren Bereich des zum Verbrennungsmotor weisenden Deckblechs 90b eine innenverzahnte Nabe 98 vorgesehen, welche auf die in diesem Abschnitt außenverzahnte Eingangswelle 24 des Getriebes aufgeschoben und mittels eines Sicherungsringes 97 axial gesichert ist.
Parallel zu dem Drehmomentübertragungsfluss zwischen ersten und zweiten Torsionsdämpfer 18, 22 ist ein dritter Torsionsdämpfer 34 angeordnet. Dieser Torsionsdämpfer 34 weist ein Nabenelement 100 auf, das drehfest mit dem Rotor 32 der elektrischen Maschine 28 verbunden ist und von zwei Deckblechen 102, 104 umfasst ist. Zwischen den Deckblechen 102, 104 ist ein Federsatz 106 angeordnet, so dass das Nabenelement 100 um einen gewissen Betrag bezüglich der Deckbleche 102, 104 verdrehbar ist.
Vorzugsweise ist der dritte Torsionsdämpfer 34 ebenfalls im Nassraum angeordnet, wobei der Nassraum getriebeseitig durch ein an dem Nabenblech 100 drehfest angeordnetes Abdeckblech 108 begrenzt ist. Das Abdeckblech 108 stützt sich zudem radial innen über ein Lager 110 an der Kupplungsnabe 70 ab.
Die Deckbleche 102, 104 des dritten Torsionsdämpfer 34 sind über einen Verzahnungsbereich 112 drehfest mit der Kupplungsnabe 70 verbunden und axial mittels eines Sicherungsrings 114 gesichert.
Aufgrund des zwischen dem Rotor 32 der elektrischen Maschine 28 und dem Außenlamellenträger 58 der Kupplung 20 eingebrachten Federsatzes 106, ist eine elastische Anbindung des Rotors 20 an den verbrennungsmotorischen Drehmomentfluss bereitgestellt, wobei der Rotor 32 als Tilgermasse verwendet wird. Da das Tilgungsmoment verglichen mit dem verbrennungsmotorischen als auch dem maximalen Moment der elektrischen Maschine 28 klein ist, kann der dritte „Tilger”-Torsionsdämpfer 34 schwächer als die im Drehmomentfluss befindlichen ersten und zweiten Torsionsdämpfer 18, 22 ausgelegt werden.
Während des verbrennungsmotorischen Betriebs fungiert der dritte Torsionsdämpfer 34 aufgrund seiner parallelen Anordnung als reiner Schwingungstilger, während er im elektromotorischen Betrieb weitestgehend keinen Einfluss hat. Dies ist bedingt durch die im Vergleich zu dem maximalen Moment der elektrischen Maschine 28 schwach ausgelegte Momentkapazität des Federsatzes 106, so dass der dritte Torsionsdämpfer 34 im elektromotorischen Betrieb auf Anschlag geht. Im verbrennungsmotorischen Betrieb sorgt der dritte Torsionsdämpfer 34 für eine ausreichende Entkopplung der Motorschwingungen, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, so dass ein komfortabler Fahrbetrieb gewährleistet ist.
Es ist jedoch auch möglich den Federsatz 106 auf das Moment der elektrischen Maschine 28 auszulegen. In diesem Fall ist der dritte Torsionsdämpfer 34 nicht nur ein reiner Schwingungstilger, sondern fungiert als normaler Schwingungsdämpfer.
Zudem kann über die elektrische Maschine 28 Einfluss auf die Wirkung des dritten Torsionsdämpfers 34 genommen werden. So kann beispielsweise die Dämpfung gezielt durch die elektrische Maschine 28 beeinflusst und der Arbeitsbereich des Torsionsdämpfers 34 erweitert werden.
Um das Fahrzeug bei Bedarf neben einer reinen verbrennungsmotorischen Betriebsweise alternativ auch rein elektromotorisch oder in einer gemischten Betriebsweise antreiben zu können, weist die Antriebseinheit 10 wie bereits erwähnt eine Elektromaschine 28 auf, die vorliegend als permanenterregte Synchronmaschine in Innenläuferbauart ausgeführt ist. Der Stator 30 ist über einen Statorträger 30a mittels einer hier nicht gezeigten Verschraubung innerhalb der Getriebeglocke 26a drehfest abgestützt angeordnet. Hinsichtlich deren elektromagnetischen Wirkungsweise ist die spezielle Bauart der Elektromaschine 28 für die weiteren Ausführungen unerheblich, d. h. diese kann auch als Asynchronmaschine; Reluktanzmaschine oder dgl. vorgesehen sein.
Der innerhalb des Stators 30 drehbar gelagerte Rotor 32 ist, wie erwähnt mit dem Nabenelement 100 des dritten Torsionsdämpfer 34 drehfest verbunden und weist ein lamelliertes Rotorjoch auf, an dessen Außenumfangsfläche eine Mehrzahl von Permanentmagneten angeordnet ist, deren Magnetfeld mit einem von einem Wicklungssystem des Stators 30 erzeugten weiteren Magnetfeld Wechselwirken und somit den Rotor 32 antreiben kann und zum Antrieb des Fahrzeuges oder dem Starten des Verbrennungsmotors 12 dienen kann.
Durch die Implementierung der beschriebenen Antriebseinheit 10 wird ein vielseitiger Hybridantrieb dargestellt, welcher bei Abkopplung des Verbrennungsmotors 12 durch Öffnen der Kupplung 20 einen alleinigen elektromotorischen Fahrbetrieb ermöglicht.
Das Schließen der Kupplung 20 bei rotierendem Rotor 32, d. h. das Hinzuschalten des stehenden Verbrennungsmotors 12 kann in der Weise erfolgen, dass das Antriebsmoment der Elektromaschine 28 in dem Maße erhöht wird, wie der Startvorgang des Verbrennungsmotors 12 es erfordert. Das Antriebsmoment auf die Räder bleibt hierbei unbeeinflusst, somit bleibt den Fahrzeuginsassen dieser Vorgang weitestgehend verborgen.
Es ist jedoch für einen Direktstart auch möglich, den stehenden Verbrennungsmotor mittels der geschlossenen Kupplung 20 drehfest an den Rotor 32 der elektrischen Maschine zu koppeln und beide Aggregate im Verein aus dem Stand hochzudrehen.
Der Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor erfolgt mit geschlossener Kupplung 20. Die elektrische Maschine 28 kann hierbei im Generatorbetrieb mitlaufen, kann jedoch auch derart angesteuert werden, dass eine Beeinflussung des dritten Torsionsdämpfers 34 möglich ist. Zudem kann während des Fahrbetriebes der Generatorbetrieb im Bedarfsfall für eine bestimmte Zeit unterbrochen werden, damit die elektrische Maschine 28 im Motorbetrieb den Verbrennungsmotor unterstützen kann und somit ein zusätzliches Drehmoment in den Fahrzeugantriebsstrang einleiten kann.
In 2 und 3 sind schematisch die Drehmomentflüsse im verbrennungsmotorischen Betrieb (2) und im elektromotorischen Betrieb (3) der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10 dargestellt.
In 2 ist der verbrennungsmotorische Drehmomentfluss mittels der Linie A gekennzeichnet. Er verläuft von der Kurbelwelle (nicht dargestellt) über die Driveplate 40 in das Deckblech 44b des ersten Torsionsdämpfers 18. Von dem Torsionsdämpfer 18 wird das Drehmoment über das Nabenelement 44g an den Mitnehmer 52 übertragen, von dem aus es an den Innenlamellenträger 56 der Kupplung 20 übertragen wird. Bei geschlossener Reibungskupplung 20 (Verbrennungsbetrieb) wird das Drehmoment an den Außenlamellenträger 58 abgegeben und von diesem auf die Kupplungsnabe 70 übertragen von wo es aus in das Nebenelement 88 des zweiten Torsionsdämpfers 22 eingeleitet wird. Der zweite Torsionsdämpfer 22 überträgt das Drehmoment wiederum über die Verzahnung 98 an die Getriebeeingangswelle 24.
Wie 2 ebenfalls zu entnehmen ist, ist parallel zu dem Drehmomentfluss A eine elastische Anbindung des Rotors 32 an diesen Drehmomentfluss gegeben. Diese elastische Anbindung erfolgt – siehe Linie B – über die drehfest mit dem Kupplungsnabe 70 verbundenen Deckbleche 102, 104 des dritten Torsionsdämpfers 24 und den zwischen ihnen angeordneten Federsatz 106 an das Nabenelement 100, das wiederum drehfest mit dem Rotor 32 verbunden ist. Dabei kann der Federsatz 106 des dritten Torsionsdämpfers 34 dazu ausgelegt sein, den dritten Torsionsdämpfer 34 lediglich als Schwingungstilger auszubilden.
Im elektromotorischen Betrieb, siehe 3, Linie C, ist die Kupplung 20 geöffnet und das Drehmoment der elektrischen Maschine 28 wird über das Nabenelement 100 des dritten Torsionsdämpfers 34, den Federsatz 106 und die Deckbleche 102, 104 auf die Kupplungsnabe 70 geleitet. Von dort aus wird das Drehmoment über die Verzahnung 94 an das Nabenelement 88 des zweiten Torsionsdämpfers 22 übergeben, von wo aus es über den Federsatz 92 an das Deckblech 90b übertragen wird. Das Deckblech 90b wiederum überträgt das Drehmoment über die Verzahnung 98 an die Getriebeeingangswelle.
Ist der Federsatz 106 des dritten Torsionsdämpfers lediglich für einen Schwingungstilger ausgelegt, geht im elektromotorischen Betrieb das Federelement 106 auf Anschlag, so dass der dritte Torsionsdämpfer 34 keinen dämpfende Einfluss ausübt. Allerdings kann der Federsatz 106 auch auf das Moment der elektrischen Maschine 28 ausgelegt sein. In diesem Fall ist der dritte Torsionsdämpfer 34 in Reihe mit dem zweiten Torsionsdämpfer 22 und kann als ganz normaler Schwingungsdämpfer fungieren.
Zusammengefasst bietet die erläuterte Antriebseinheit 10 eine umfangreiche Funktionalität bei sehr geringem Platzbedarf. Die Antriebseinheit 10 kann bezüglich der von Verbrennungsmotor und einem Automatikgetriebe gebildeten Einheit durch den Entfall des Drehmomentwandlers nahezu 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 dem dritten Torsionsdämpfer eine ausreichende Entkopplung der Motorschwingungen erreicht, so dass der Fahrkomfort erhöht wird. Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorgeschlagene Antriebseinheit als ein Baukastensystem zu betrachten, bei dem insbesondere die Torsionsdämpfer, die aktive Länge der Elektromaschine und das Übertragungsmoment der Kupplung durch Anpassung der Lamellenanzahl variiert werden können.
Bezugszeichenliste

10: Antriebseinheit
16: Koppelanordnung
18: erster Torsionsdämpfer
20: Kupplung
22: zweiter Torsionsdämpfer
24: Eingangswelle
26a: Getriebeglocke
28: Elektromaschine
30: Stator
32: Rotor
34: dritter Torsionsdämpfer
38: Bolzen
40: Driveplate
40a: Hohlnabe
42: Formschlussverbindung
44a: Nabe
44b, d: Deckblech
44c: Niet
44e: Feder, Federsatz
44f: Ringkragen
44g: Nabenelement
48: Aufnahmeraum
50: Formschlussverbindung
52: Mitnehmerelement
56: Innenlamellenträger
58: Außenlamellenträger
60: Kolben
64: Rückstellelement
68: Druckraum
70: Kupplungsnabe
76: Wandungsbereich
78: Fliehkraft-Druckausgleichskammer
80: Lager
84: Zwischenwand
86: Wellendichtring
88: Nabenelement
90a, b: Deckblech
92: Federsatz
94: Formschlussverbindung
97: Sicherungsring
98: Verzahnung
100: Nabenelement
102, 104: Deckblech
106: Federsatz
108: Abdeckblech
110: Lager
112: Verzahnung
114: Sicherungsring
Linie A: Drehmomentfluss im verbrennungsmotorischen Betrieb
Linie B: Flusspfad des Tilgungsmomentes durch die elastische Anbindung des Rotors
Linie C: Drehmomentfluss im elektromotorischen Betrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1736345 A1 [0001]

Claims

Antriebseinheit (10) für ein Hybridfahrzeug umfassend – einen Verbrennungsmotor mit einer Abtriebswelle, – ein Getriebe mit einer Eingangswelle (24), – eine zwischen dem Verbrennungsmotor (12) und dem Getriebe (26) angeordnete elektrische Maschine (28) mit einem Stator (30) und mit einem Rotor (32), – einen ersten Torsionsdämpfer (18) mit einem Eingangsteil (44b, d) und einem Ausgangsteil (44f, g), und einen zweiten Torsionsdämpfer (22) mit einem Eingangsteil (88) und einem Ausgangsteil (90b, 98), wobei zumindest der Rotor (32) der elektrischen Maschine (28) innerhalb eines zwischen den Torsionsdämpfern (18; 22) ausgebildeten Drehmomentübertragungswegs angeordnet ist und – mindestens einer Kupplungsvorrichtung (20), die dazu ausgelegt ist ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor und/oder ein Drehmoment von der elektrischen Maschine (28) auf die Eingangswelle (24) des Getriebes zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung (20) mit dem Rotor (32) über einen dritten Torsionsdämpfer (34) verbunden ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Torsionsdämpfer (34) als Schwingungstilger ausgebildet ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (32) der elektrischen Maschine (28) die Tilgermasse für den dritten Torsionsdämpfer (34) darstellt.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Torsionsdämpfer (34) im Verbrennungsmotorbetrieb parallel zu dem zwischen dem ersten und dem zweiten Torsionsdämpfern (18; 22) ausgebildeten Drehmomentübertragungswegs angeordnet ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Torsionsdämpfer (34) im elektromotorischen Betrieb im Drehmomentübertragungsweg von elektrischer Maschine (28) zu Eingangswelle (24) vor dem zweiten Torsionsdämpfer (22) angeordnet ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung des dritten Torsionsdämpfers (34) über die elektrische Maschine (28) einstellbar ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der dritte Torsionsdämpfer (34) einen Federsatz (106) aufweist, dessen Kapazität auf ein zu erwartendes Tilgungsmoment einstellbar ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Torsionsdämpfer (34) einen Federsatz (106) aufweist dessen Kapazität auf ein Drehmoment der elektrischen Maschine (28) einstellbar ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Torsionsdämpfer (18; 22) zumindest bezüglich der elektrischen Maschine (28) auf einer gemeinsamen Axialseite angeordnet sind.
Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Torsionsdämpfer (34) zumindest bezüglich der elektrischen Maschine (28) auf einer dem ersten und zweiten Torsionsdämpfer (18; 22) gegenüberliegenden Axialseite angeordnet ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Torsionsdämpfer (18; 22) radial gestaffelt zueinander angeordnet sind und sich gegenseitig zumindest teilweise axial überdecken.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite, im Drehmomentübertragungsweg getriebeseitig angeordnete Torsionsdämpfer (22) radial innerhalb des ersten, im Drehmomentübertragungsweg verbrennungsmotorseitig angeordneten Torsionsdämpfers (18) angeordnet ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsteil (44g) des ersten Torsionsdämpfers (18) mittels einer Formschlussverbindung (50) mit einem Eingangsteil (52) der Kupplungsvorrichtung (20) in Drehmitnahmeverbindung steht.
Antriebseinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsteil (88) des zweiten Torsionsdämpfers (22) drehfest mit einer die Getriebeeingangswelle (24) aufnehmenden Kupplungsnabe (70) verbunden ist und dass das Ausgangsteil (90b; 98) dieses Torsionsdämpfers (22) drehfest mit der Getriebeeingangswelle (24) gekoppelt ist.
Antriebseinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung (20) als Lamellenkupplung ausgebildet ist.
Antriebseinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (20) als „Normally-Open-Kupplung” zur gedrückten Betätigung ausgeführt ist.