DE19835575A1 - Parallelhybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit in die elektrische Maschine integrierter Kupplung und zugehörige Elektromotorbaueinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Parallelhybridantrieb (8) für ein Kraftfahrzeug sowie eine Elektromotorbaueinheit (22) für einen derartigen Parallelhybridantrieb. Erfindungsgemäß ist eine Kupplung (24) in die elektrische Maschine (22) des Parallelhybridantriebs (8) bzw. die Elektromotorbaueinheit (22) integriert, um diese vom Antriebsstrang abkuppeln zu können, so daß ein reiner Brennkraftmaschinenantrieb ohne Mitdrehen eines Läufers der elektrischen Maschine bzw. der Elektromotorbaueinheit möglich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Parallelhybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen eine Brennkraftmaschine mit einem Getriebe sowie eine elektrische Maschine mit dem Getriebe verbindenden Antriebs­ strang, wobei im Antriebsstrang zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe eine erste Kupplung, vorzugsweise Reibungskupplung, vorgesehen ist und wo bei das Getriebe im Antriebsstrang zwischen erster Kupplung und elektrischer Maschine vorgesehen ist.

Ein derartiger Parallelhybridantrieb ist beispielsweise aus der DE 195 30 233 A1 bekannt. Beim bekannten Hybridantrieb sind ein Verbrennungsmotor, eine als "erste Kupplung" dienende elektrohydraulische Trennkupplung, das Getriebe und ein Elektromotor zu ein er Antriebseinheit zusammengebaut. Der Elektromotor wirkt über eine Zahnrad-Vorgelegestufe ohne Zwischen­ schaltung einer Kupplung direkt auf die Antriebswelle des Getriebes, auf die auch der Verbrennungsmotor über die Trennkupplung wirkt. Der Elekt­ romotor ist an eine Stromversorgungseinheit mit Batterien und einer Stromregeleinheit angeschlossen und kann als Antriebsmotor, als Generator zum Aufladen der Batterien bei verbrennungsmotorischem Betrieb, als Andrehmotor für den Verbrennungsmotor und schließlich als Synchronisator für das Getriebe arbeiten.

Ein anderer Parallelhybridantrieb für ein Kraftfahrzeug ist aus der DE 195 03 501 A1 bekannt. Bei diesem Parallelhybridantrieb folgen in einem Antriebs­ strang ein Verbrennungsmotor, eine als Freilauf ausgebildete, drehrichtungs­ geschaltete Kupplung, eine elektrische Maschine des Außenläufertyps, eine Trennkupplung und ein Getriebe aufeinander. Das Kraftfahrzeug kann wahlweise über die dann motorisch arbeitende elektrische Maschine oder vom Verbrennungsmotor allein angetrieben werden. Beim alleinigen Antrieb durch die elektrische Maschine steht der Verbrennungsmotor und die Freilaufkupplung ist ausgekuppelt. Beim alleinigen Antrieb des Kraftfahr­ zeugs durch den Verbrennungsmotor ist die elektrische Maschine nicht erregt oder arbeitet als Generator, und die Freilaufkupplung ist geschlossen. Der Freilaufkupplung kann eine Überbrückungskupplung zugeordnet sein, um das Kraftfahrzeug bei dann geschlossener Oberbrückungskupplung durch die motorisch wirkende elektrische Maschine und den Verbren­ nungsmotor gleichzeitig anzutreiben. Die Überbrückungskupplung ermöglicht ferner ein Anlassen des Verbrennungsmotors mittels der elektrischen Maschine. Als Überbrückungskupplung wird eine beispielsweise mittels eines Elektromagneten ein- und ausschaltbare Klauenkupplung erwähnt.

Die elektrische Maschine dieses bekannten Parallelhybridantriebs umfaßt einen vom Gehäuse des Verbrennungsmotors gehaltenen Ständer der elektrischen Maschine, der mit Feldwicklungen versehen ist und die Freilaufkupplung umschließt, sowie einen Permanentmagnet-Außenläufer, der ein Kupplungsgehäuse der Trennkupplung trägt. Die Freilaufkupplung bzw. die Überbrückungskupplung verbindet unmittelbar eine Welle des Läufers mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Getriebeseitig wirkt der Läufer über die Trennkupplung unmittelbar auf eine Eingangswelle des Getriebes. Mit Ausnahme der Welle des Läufers, die auch als Verlängerung der Kurbelwelle aufgefaßt werden kann, können dem Elektromotor weder eine verbrennungsmotorseitige Elektromotorwelle noch eine getriebeseitige Elektromotorwelle zugeordnet werden. Insgesamt gesehen, kann die elektrische Maschine nicht als strukturmäßig und funktionell eigenständige Einheit gegenüber dem Verbrennungsmotor, der Trennkupplung und dem Getriebe angesehen werden.

Hinsichtlich weiterer Parallelhybridantriebe mit zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe angeordnetem Elektromotor, kann auf die DE 29 43 519 A1 und die DE 43 23 602 A1 verwiesen werden. Im Falle der DE 29 43 519 A1 ist dem Elektromotor ein Freilauf zugeordnet, der die Synchronisierung des Getriebes vom Trägheitsmoment des Elektromotors frei hält. Im Falle der DE 43 23 602 A1 ist die elektrische Maschine in eine die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit der Getriebeeingangswelle eines Getriebes verbindende Reibungskupplungsanordnung integriert.

Für Hybridantriebe gilt generell, daß ein zwangsweises Mitdrehen der elektrischen Maschine während des verbrennungsmotorischen Betriebes zu Verlusten führt, entweder zu Verlusten insofern, als daß in der nicht erregten elektrischen Maschine nicht zu vermeidende Eisenverluste auftreten, oder insofern, als daß auf Grund eines nicht optimalen Wirkungs­ grades der als Generator arbeitenden elektrischen Maschine die Brenn­ stoffenergie nicht optimal in elektrische Energie umgesetzt wird. Demgegen­ über ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den eingangs genannten Parallelhybridantrieb derart weiterzubilden, daß derartige Verluste vermieden werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß eine in die elektrische Maschine integrierte zweite Kupplung vorgesehen ist, mittels der die elektrische Maschine wahlweise vom restlichen Antriebs­ strang abkuppelbar und an diesen ankuppelbar ist.

Mit der in die elektrische Maschine integrierten zweiten Kupplung ist es möglich, die elektrische Maschine während des Brennkraftmaschinenbe­ triebs vom Getriebe abzukuppeln, so daß die elektrische Maschine (im folgenden auch kurz als Elektromotor bezeichnet) während des Betriebs mittels der Brennkraftmaschine (im folgenden auch kurz als Verbrennungs­ motor bezeichnet) sich nicht mitdreht und dementsprechend keine Eisenverluste entstehen. Erfindungsgemäß ist keine gegenüber dem Elektromotor gesonderte Kupplung im Antriebsstrang vorgesehen, sondern eine in den Elektromotor integrierte Kupplung (zweite Kupplung). Dies mag überraschen, da nunmehr spezielle Elektromotoren für den erfindungs­ gemäßen Parallelhybridantrieb hergestellt werden müssen, die man wohl kaum für einen Parallelantrieb einsetzen wird, bei dem der Elektromotor gleichzeitig als Generator während des verbrennungsmotorischen Betriebs dienen soll. Es würde sich vielmehr anbieten, zwischen Elektromotor und dem Getriebe eine gesonderte Kupplung vorzusehen, um kostengünstig erhältliche Komponenten zum Aufbau des Parallelhybridantriebs verwenden zu können.

Die erfindungsgemäße Integration der zweiten Kupplung in den Elektromotor ist aber insbesondere insofern vorteilhaft, als daß Bauraum für eine gegenüber dem Elektromotor gesonderte Kupplung eingespart wird. Es hat sich sogar gezeigt, daß insgesamt gesehen der Kostenaufwand trotz des Erfordernisses eines speziellen Elektromotors bzw. spezieller Elektromotor­ komponenten überraschenderweise eher geringer ist, als wenn ein herkömmlicher Elektromotor ohne integrierte Kupplung und eine gesonderte Kupplung zwischen Elektromotor und Getriebe eingesetzt werden würden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die elektrische Maschine bzw. der Elektromotor als gegenüber dem Getriebe gesonderte Baueinheit ausgebildet ist, so daß eine besonders kostengünstige Montage der schon vorgefertig­ ten Baueinheit am Getriebe möglich ist. Im montierten Zustand kann die Baueinheit mit dem Getriebe und ggf. mit der Brennkraftmaschine eine Antriebseinheit bilden.

Die elektrische Maschine, insbesondere die Baueinheit, kann einen mit einer Läuferwelle drehfest verbundenen Läufer, vorzugsweise Permanentmagnet­ läufer, aufweisen, wobei eine Läuferwelle mittels einer von einem Körper­ abschnitt der elektrischen Maschine gehaltenen Wellenlageranordnung drehbar gelagert ist. Bevorzugt ist die Wellenlageranordnung axial zwischen der zweiten Kupplung und dem Läufer angeordnet.

Eine besonders kompakte Anordnung ist möglich, wenn die elektrische Maschine vom Außenläufertyp ist. Es ist dann möglich, daß der Läufer wenigstens bereichsweise die Wellenlageranordnung radial außen um­ schließt, und daß die Wellenlageranordnung axial zwischen einem den zylindrischen Läufer mit der Läuferwelle verbindenden Radialteil und einer zweiten Kupplung angeordnet ist. Ferner kann dann die zum Läufer koaxiale zweite Kupplung innerhalb eines Hohlraums der elektrischen Maschine angeordnet sein, der wenigstens teilweise von einem als Stator dienenden Körperabschnitt der elektrischen Maschine begrenzt ist, und es ist möglich, daß der Läufer wenigstens bereichsweise die zweite Kupplung radial außen umschließt, um Platz zu sparen.

Als besonders bevorzugt wird vorgeschlagen, daß die elektrische Maschine eine zur Läuferwelle gleichachsig verlaufende Antriebswelle umfaßt, die mittels der zweiten Kupplung mit der Läuferwelle kuppelbar ist. Gemäß einer ersten Variante ist die zweite Kupplung zwischen der Läuferwelle und der Abtriebwelle angeordnet und trennt diese räumlich voneinander. Gemäß einer bevorzugten zweiten Variante ist die Läuferwelle als Hohlwelle ausgebildet, durch die sich die zur Hohlwelle koaxiale Abtriebswelle von der zweiten Kupplung bis über das von der zweiten Kupplung entfernte Ende der Hohlwelle hinaus erstreckt. Ein über dieses Ende der Hohlwelle hervorstehender Abschnitt der Antriebswelle kann dann als Verbindungs­ abschnitt zur drehfesten Verbindung mit einer anzutreibenden Komponente, insbesondere einer zugeordneten Getriebeeingangswelle, dienen.

Für diese zweite Variante wird im Hinblick auf eine kompakte Ausbildung der elektrischen Maschine in axialer Richtung und eine sichere Lagerung der Abtriebwelle vorgeschlagen, daß diese innerhalb der Hohlwelle an dieser drehbar gelagert ist. Ferner wird vorgeschlagen, daß die Abtriebwelle mit dem Verbindungsabschnitt aus einer Öffnung in einem Gehäuse der elektrischen Maschine hervorsteht, wobei diese Öffnung auch zur Montage der Hohlwelle oder/und des Läufers dient. Eine gesonderte Öffnung zum Herausführen der Abtriebswelle ist dann nicht nötig.

In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, daß das Gehäuse in Nachbarschaft zur Öffnung eine Befestigungsanordnung zur Befestigung an einem zugeordneten Träger, insbesondere dem Getriebe, aufweist. Die Befestigungsanordnung, beispielsweise ein ringförmiger Befestigungsflansch um die Öffnung, ermöglicht vorzugsweise ein wenigstens teilweises Verschließen der Öffnung durch den entsprechend ausgeführten Träger. Auf einen gesonderten Verschlußdeckel oder dergleichen kann dann verzichtet werden.

Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Variante kann die Abtriebs­ welle an einem gegenüber dem als Stator dienenden Körperabschnitt gesonderten Verschlußkörper drehbar gelagert sein, der zum Verschließen des die zweite Kupplung aufnehmenden Hohlraums dient.

Hinsichtlich der zweiten Kupplung wird vorgeschlagen, daß diese mecha­ nisch, elektrisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist. Besonders bevorzugt ist, daß die zweite Kupplung eine Formschlußkupplung, insbesondere Klauenkupplung ist, die vorzugsweise synchronisiert ist. Hierzu wird vorgeschlagen, daß die Klauenkupplung einen Synchronsatz mit einem läuferwellenseitigen ersten Ritzel, einem abtriebs­ wellenseitigen zweiten Ritzel und einem Schaltklauen aufweisenden Syn­ chronritzel umfaßt, wobei das axial verschiebbare Synchronritzel ständig mit einer Verzahnung des ersten oder zweiten Ritzels in formschlüssigem Eingriff steht und durch Axialverschiebung mit einer Verzahnung des anderen Ritzels wahlweise in formschlüssigen Eingriff und außer Eingriff bringbar ist. Vorzugsweise ist zwischen dem anderen Ritzel und dem Synchronritzel ein Synchronring angeordnet, der dafür ausgebildet ist, durch reibschlüssige Koppelung von Synchronritzel und anderem Ritzel eine Drehzahlangleichung zwischen diesen beiden Ritzeln herbeizuführen und vor Herbeiführung der Drehzahlangleichung die Herstellung des formschlüssigen Eingriffs zwischen diesen beiden Ritzeln zu sperren. Besonders kostengün­ stig ist, die Klauenkupplung unter Verwendung eines Synchronsatzes eines Kraftfahrzeuggetriebes aufzubauen.

Alternativ kann die zweite Kupplung eine Reibungskupplung sein, die vorzugsweise elektromagnetisch betätigbar ist. Unabhängig von der Art der Kupplung gilt, daß eine elektrische oder elektromagnetische Betätigung besonders zweckmäßig ist, da eine einfache Ansteuerung ohne großen mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Aufwand möglich ist. Die elektrische Maschine muß für den elektromotorischen Antrieb ja sowieso elektrisch angesteuert werden.

Nach einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung eine Elektromotorbauein­ heit, insbesondere für einen Parallelhybridantrieb wie vorangehend beschrieben. Die erfindungsgemäße Elektromotorbaueinheit umfaßt einen gegenüber einem Stator drehbar gelagerten Läufer, eine drehbar gelagerte Abtriebswelle und eine in die Elektromotorbaueinheit integrierte Kupplung. Die Kupplung, die der zweiten Kupplung des vorangehend beschriebenen Parallelhybridantriebs entspricht, dient zum wahlweisen Kuppeln und Entkuppeln des Läufers mit der Abtriebswelle, ggf. über eine mit dem Läufer drehfest verbundene Läuferwelle. Die erfindungsgemäße Elektromotorbau­ einheit oder/und die darin integrierte Kupplung kann wenigstens einen Teil der Merkmale der elektrischen Maschine bzw. der zweiten Kupplung des vorangehend beschriebenen Parallelhybridantriebs aufweisen. Als besonders bevorzugte Möglichkeiten der Ausbildung der Elektromotorbaueinheit sind die Ausbildung der Läuferwelle als Hohlwelle mit durch diese geführter Abtriebswelle und die Ausbildung der Kupplung als Formschlußkupplung, insbesondere Klauenkupplung, zu erwähnen.

Zur Ausbildung der zweiten Kupplung bzw. der in die Elektromotorbau­ einheit integrierten Kupplung als Formschlußkupplung ist noch folgendes nachzutragen. Eine Formschlußkupplung erfordert eine Synchronisierung der Kupplung bzw. der aneinander anzukuppelnden Teile. Es sind zwar Formschlußkupplungen mit Synchronisierungseinrichtungen bekannt (eine solche wird bevorzugt als zweite Kupplung bzw. in die Baueinheit integrierte Kupplung eingesetzt). Auf Grund des in der Regel relativ großen Trägheits­ moments des Elektromotors mußte aber befürchtet werden, daß ein einwandfreier Kupplungsbetrieb über einen längeren Zeitraum nicht aufrecht erhalten werden kann, da auf Grund des hohen Trägheitsmoments des Elektromotors die Synchronisierungseinrichtung entsprechend starker Abnutzung unterliegen könnte. Es hat sich aber gezeigt, daß diese Befürchtungen nicht zutreffen und daß die Formschlußkupplung sogar unter Verwendung eines herkömmlichen Synchronsatzes eines Kraftfahrzeug­ getriebes aufgebaut werden kann. Letzteres war insofern überraschend, als daß die beim Schalten eines Kraftfahrzeuggetriebes mittels eines Syn­ chronringes oder dergleichen auf gleiche Drehzahl zu bringenden Getriebe­ komponenten deutlich geringere Trägheitsmomente als ein zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs geeigneter Elektromotor aufweisen. Die Erfindung betrifft somit auch die Verwendung eines Synchronsatzes eines Kraftfahr­ zeuggetriebes beim Aufbau der zweiten Kupplung eines Parallelhybrid­ antriebs wie vorangehend beschrieben bzw. der in die vorangehend beschriebene Elektromotorbaueinheit integrierten Kupplung.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ankuppeln einer über eine Kupplung an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeug-Parallelhybridantriebs an- und abkuppelbaren elektrischen Maschine bei fahrendem Kraftfahrzeug, wobei die elektrische Maschine einen drehbar gelagerten Läufer aufweist, der - gegebenenfalls über eine mit dem Läufer drehfest verbundene Läuferwelle - mittels der als Formschlußkupplung, insbesondere Klauen­ kupplung, ausgebildeten Kupplung an eine Abtriebswelle oder Getriebeein­ gangswelle wahlweise ankuppelbar und von dieser abkuppelbar ist. Grundsätzlich ist bei einem solchen Kraftfahrzeug-Parallelhybridantrieb zum Ankuppeln der elektrischen Maschine keine besondere Verfahrensweise notwendig, sofern es sich bei der Formschlußkupplung um eine syn­ chronisierte Formschlußkupplung handelt. Für den Fall einer Formschluß­ kupplung ohne Synchronisierung bzw. für ein besonders glattes, verschleiß­ armes Einkuppeln im Falle einer synchronisierten Formschlußkupplung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die elektrische Maschine zum Ankuppeln im Sinne einer elektromotorischen Beschleunigung des Läufers angesteuert wird, bis die Antriebswelle oder Getriebeeingangswelle einerseits und der Läufer bzw. die Läuferwelle andererseits annähernd gleiche Drehzahl aufweisen, bevor ein Kuppelelement der Formschlußkupp­ lung im Sinne eines Einkuppelns betätigt wird. Im Falle einer synchronisier­ ten Formschlußkupplung stellt dann ein Synchronelement der Kupplung die Drehzahlgleichheit zwischen den zu kuppelnden Elementen her, bevor der formschlüssige Kupplungseingriff hergestellt wird.

Für den Fall eines Ankuppelns der elektrischen Maschine bei stehendem Kraftfahrzeug wird ein Verfahren zum Ankuppeln vorgeschlagen, bei dem die elektrische Maschine zur elektromotorischen Beschleunigung des Läufers in wechselnde Drehrichtungen angesteuert wird, wobei simultan hierzu ein Kuppelelement der Formschlußkupplung betätigt wird.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abkuppeln der elektrischen Maschine vom Antriebsstrang bei fahrendem Kraftfahrzeug, damit das Kraftfahrzeug dann allein durch Verbrennungsmotorantrieb ohne Mitdrehen des Läufers weiterfährt. Hierzu wird vorgeschlagen, die elektrische Maschine zur elektromotorischen Beschleunigung des Läufers derart anzusteuern, daß drehmomentübertragende Formschlußelemente der Kupplung von auf ihnen wirkenden Drehmomenten entlastet werden. Sind die Formschlußelemente von auf ihnen wirkenden Drehmomenten entlastet, so läßt sich ein Kuppelelement der Formschlußkupplung ohne große Betätigungskräfte und ohne Gefahr des Verschleißes im Sinne eines Auskuppelns betätigen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von mehreren in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Parallelhybridantriebs mit einer elektrischen Maschine in Form einer an ein Getriebe angeflanschten Elektromotorbaueinheit mit integrierter Kupplung zum wahlweisen Ankoppeln und Abkoppeln der elek­ trischen Maschine vom Getriebe und damit von einer mit dem Getriebe über eine Trennkupplung in Verbindung stehenden Brennkraftmaschine in Form eines Verbrennungsmotors.

Fig. 2 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer als Baueinheit ausgebildeten elektrischen Maschine gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsart.

Fig. 3 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer als Baueinheit ausgebildeten elektrischen Maschine gemäß einer zweiten bevor­ zugten Ausführungsart.

Fig. 4 zeigt ein der ersten Ausführungsart entsprechendes Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Elektromotorbaueinheit.

Fig. 5-9 zeigen Einzelteile einer Klauenkupplung der Elektromotorbau­ einheit der Fig. 4 im Detail.

Fig. 10 zeigt ein der zweiten Ausführungsart entsprechendes Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektromotorbaueinheit.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungs­ gemäßen Parallelhybridantrieb 8 mit einem Verbrennungsmotor 10, der über eine Trennkupplung 12, beispielsweise eine Reibungskupplung, mit einem Getriebe 14 in Verbindung steht. Das Getriebe ist über eine Antriebswelle mit einer Differentialvorrichtung 16 verbunden, die wiederum mit einem linken und einem rechten Antriebslaufrad 18 bzw. 20 in Verbindung steht. Am Getriebe 14 ist eine Elektromotorbaueinheit 22 angeflanscht, in die eine Kupplung 24 integriert ist, mit der ein Läufer der Elektromotorbaueinheit von der der Elektromotorbaueinheit zugeordneten Getriebeeingangswelle wahlweise abgekuppelt und an diese Getriebeeingangswelle angekuppelt werden kann. Da im übrigen das Getriebe 14 im Antriebsstrang des gezeigten Parallelhybridantriebs zwischen Kupplung 24 der Elektromo­ torbaueinheit 22 und der Trennkupplung 12 angeordnet ist, ist ein Verbrennungsmotorbetrieb ohne Mitdrehen des Läufers der Elektromotor­ baueinheit möglich. Eisenverluste des Elektromotors, die eine nicht unerhebliche Größenordnung erreichen können (beispielweise etwa 5 kW) werden dann vermieden. Es ergibt sich ein entsprechend reduzierter Kraftstoffverbrauch.

Im folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungs­ gemäßen Elektromotorbaueinheit erläutert, die beim Parallelhybridantrieb 8 der Fig. 1 eingesetzt werden könnten. Es werden dabei bei der Beschreib­ ung der einzelnen Ausführungsbeispiele für identische oder analoge Teile die gleichen Bezugszeichen, jeweils um den Buchstaben a, b, c bzw. d ergänzt, verwendet und jeweils nur die Unterschiede zu den vorangehend schon behandelten Ausführungsbeispielen erläutert. Insofern wird ausdrücklich auf die Beschreibung des bzw. der zuvor schon behandelten Ausführungs­ beispiele Bezug genommen.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 umfaßt die Elektromotorbaueinheit 22a einen auch als Gehäuse bezeichenbaren Körper 22a mit einem Befesti­ gungsflansch 28a zur Befestigung an einem Träger, insbesondere einem Getriebe, wie das Getriebe 15 der Fig. 1. Im Gehäuse 26a ist ein ringförmi­ ger erster Hohlraum 30a ausgebildet, der einen zylindrischen, Permanent­ magnete aufweisenden Abschnitt (Zylinderabschnitt 32a) eines Außen­ läufers 34a des Elektromotors sowie radial innerhalb des Zylinderabschnitts 32a angeordnete Statorfeldwicklungen 36a aufnimmt. Der Zylinderabschnitt 32a kann als eigentlicher, radial weiter außen als der Stator des Motors liegender Läufer (Rotor) angesehen werden. Die Statorwicklungen 36a sind an einem, bezogen auf den Zylinderabschnitt 32a, radial innen gelegenen Körperabschnitt 38a befestigt, der zusammen mit den Feldwick­ lungen 36a als Stator des Elektromotors dient. Der Statorabschnitt 38a des Gehäusekörpers 26a weist Bohrungen 40a auf, durch die Kühlmittel zum Kühlen der Statorfeldwicklungen 36a während des elektromotorischen Betriebs fließen kann. Gemäß Fig. 2 ist das Gehäuse 26a mit dem Statorkör­ perabschnitt 38a einteilig gezeichnet; dies ist aber nicht zwingend.

Innerhalb der Gehäuses 26a ist ein zweiter Hohlraum 42a ausgebildet, der die in die Elektromotorbaueinheit integrierte Kupplung 24a aufnimmt. Der Hohlraum erstreckt sich radial innerhalb des Statorkörperabschnitts 38a und damit radial innerhalb der Statorfeldwicklungen 36a und dem Zylinder­ abschnitt 32a des Läufers 34a. Die Anordnung ist derart, daß die Kupplung 24a radial außerhalb vom Stator 36a, 38a und vom Zylinderabschnitt 32a umschlossen wird, wodurch die Elektromotorbaueinheit 22a axial kurzbau­ end ist.

Der Läufer 34a ist mittels einer als Hohlwelle ausgeführten Läuferwelle 44a in einer Axialbohrung 46a innerhalb des Statorkörperabschnitts 38a mittels einer Drehlageranordnung 48a drehbar gelagert.

Der mit Permanentmagneten versehene Zylinderabschnitt 32a des Läufers ist axial einseitig an einer sich in radialer Richtung erstreckenden Scheibe 50a des Läufers 34a gehalten, die mit der Läuferwelle oder Hohlwelle 44a fest verbunden ist. Die Hohlwelle 44a und die diese am Körper 26a drehbar lagernde Drehlageranordnung 48a werden dabei radial außen vom Stator 36a, 38a und vom Zylinderabschnitt 32a umschlossen und die Drehlager­ anordnung 48a ist axial zwischen der radialen Scheibe 50a des Läufers und der Kupplung 24a angeordnet.

Die Kupplung, die ein mit der Läuferwelle 44a drehfest verbundenes, erstes Kupplungsteil aufweist, dient zum Kuppeln der Läuferwelle 44a mit einer Abtriebswelle 52a, die sich von einem mit der Abtriebswelle 52a drehfest verbundenen zweiten Kupplungsteil durch die Hohlwelle 44a hindurch erstreckt, so daß ein Verbindungsabschnitt der Abtriebswelle aus der Hohlwelle und dem Gehäuse 26a hervorsteht. Die Abtriebswelle 52a ist bevorzugt an der Hohlwelle drehbar gelagert; hierzu kann eine spezielle Drehlageranordnung in der Hohlwelle zwischen Außenumfang der Abtriebs­ welle 52a und dem Innenumfang der Hohlwelle 44a vorgesehen sein. Zusätzlich könnte die Abtriebswelle 52a über die Kupplung hinaus verlängert sein, um die Abtriebswelle zusätzlich (oder alternativ) am Gehäuse 26a drehbar zu lagern.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 fällt auf, daß das Gehäuse 26a nur eine einzige Öffnung 56a aufweist, die einerseits zum Einsetzen des Läufers 34a mit seinem Zylinderabschnitt 32a in den ersten Hohlraum 30a sowie zum Herausführen der Abtriebswelle 52a aus dem Gehäuse 26a dient. Diese Öffnung 56a wird durch Anflanschen der Elektromotorbaueinheit 22a an einem Träger, insbesondere einem Getriebe, automatisch geschlossen; gesonderte Verschlußplatten oder dergleichen sind dementsprechend nicht nötig.

Man wird die Elektromotorbaueinheit 22a in der Regel (in Abweichung von der Darstellung in Fig. 2) so ausbilden, daß der zweite Hohlraum 42a noch anders als nur durch die Axialbohrung 46a zugänglich ist. Beispielsweise könnte auf der der Axialbohrung 46a gegenüberliegenden Seite des zweiten Hohlraums 42a eine Öffnung vorgesehen sein, die verschließbar sein könnte, beispielsweise mittels eines gesonderten Deckelelements. Auch könnte man daran denken, das Gehäuse 26a mehrteilig auszubilden, beispielsweise mit zwei Gehäuseteilen, die in einer axialen, eine Motorachse A enthaltenden Trennebene verbunden sind. Ist eine Öffnung mit zugeord­ netem Verschlußelement oder Verschlußkörper vorgesehen, so kommt man insgesamt jedenfalls mit einem solchen Verschlußteil aus, da, wie schon ausgeführt, die Öffnung 56a nicht verschlossen werden muß.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich vom Ausführungs­ beispiel der Fig. 2 dadurch, daß eine einfache Läuferwelle 44b ohne Hohlraum vorgesehen ist, und daß sich die Abtriebswelle 52b auf der von der Öffnung 56b entgegengesetzten Seite der Elektromotorbaueinheit 22b aus dieser heraus erstreckt. Die Läuferwelle 44b und die Abtriebswelle 52b werden dementsprechend durch die Kupplung 24b räumlich voneinander getrennt. Die Abtriebswelle 52b ist mittels einer Drehlageranordnung 60b in einer Axialbohrung 62b in einem gegenüber dem Gehäuse 26b gesonder­ ten Verschlußkörper 64b drehbar gelagert, der den zweiten Hohlraum 42b verschließt. Als weiteres Verschlußelement ist eine Verschlußplatte 66b vorgesehen, die die nur zur Montage des Läufers 34b dienende Öffnung 56b verschließt. Es versteht sich, daß der Verschlußkörper 64b durch in der Fig. 3 nicht dargestellte Befestigungselemente zentriert, bezogen auf die Achse 1, am Gehäuse 26b festgelegt ist, um für eine gleichachsige Anord­ nung der beiden Wellen zu sorgen.

Sowohl beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 als auch beim Ausführungs­ beispiel der Fig. 3 verlaufen die Läuferwelle und die Abtriebswelle gleichach­ sig; dies ist in Hinblick auf einen möglichst einfachen Aufbau der Elek­ tromotorbaueinheit bevorzugt. Es ist gleichwohl denkbar, daß Läuferwelle und Abtriebswelle gegeneinander parallel versetzt sind mit einem ent­ sprechenden Umsetzgetriebe zwischen den beiden Wellen. Auch eine nicht­ parallele Anordnung der beiden Wellen mit einem eine Richtungsänderung des Kraftflusses ermöglichendem Umsetzgetriebe soll nicht ausgeschlossen werden.

Die elektrisch motorische Funktionsweise des Außenläuferelektromotors braucht hier nicht näher erläutert werden, da diese dem Fachmann gut bekannt ist. Es wird hierzu beispielsweise auf die DE 38 06 760 A1 verwiesen. Es wurden deshalb auch nur die elektromotorischen Grundkom­ ponenten angegeben. Je nach Ausbildung des Elektromotors wird dieser weitere Komponenten aufweisen, beispielsweise eine auf die Magnetfelder der Permanentmagnete des Läufers ansprechende Sensoranordnung, die die Relativstellung von Rotor und Stator erfaßt. Ferner kann in die Elek­ tromotorbaueinheit eine Steuereinheit zum Ansteuern der Feldwicklungen entsprechend der Rotation des Läufers integriert sein.

Fig. 4 zeigt ein detaillierter dargestelltes Ausführungsbeispiel gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsweise. Die Elektromotorbaueinheit 22c weist eine Läuferhohlwelle 44c auf, an die der Außenläufer 34c mit seiner radialen Scheibe 50c angeflanscht ist. Die Hohlwelle ist mittels der Drehlageranordnung 48c am Statorabschnitt 38c drehbar gelagert. Die sich durch die Hohlwelle 44c erstreckende Motorabtriebswelle 52c ist einerseits mittels einer Nadellageranordnung an der Hohlwelle 44c und andererseits mittels einer Drehlageranordnung 72c an einem Verschlußkörper 64c drehbar gelagert, der den die Kupplung 24c aufnehmenden Hohlraum 42c verschließt. Die noch näher zu beschreibende Kupplung 24c ist als Form­ schlußkupplung, genauer als Klauenkupplung, ausgebildet und wird mechanisch über einen Ausrücker 74c betätigt, der eine im Verschlußkörper 64c parallel zur Motorachse A verschiebbar gelagerte Schubstange 76c und einen Ausrückbügel 78c umfaßt, der an einem zum Einkuppeln bzw. Auskuppeln axial zu verschiebenden Kupplungsringteil 80c (vgl. Fig. 7) angreift. Fig. 9 zeigt den Ausrückbügel 78c in einer Draufsicht entsprechend einer in Fig. 4 durch den Pfeil IX angedeuteten Sichtrichtung.

Bei der Klauenkupplung 24c handelt es sich um eine im Ölbad laufende Kupplung. Dementsprechend ist der Hohlraum 42c durch Wellendichtringe (sog. Simmerringe) 82c, 84c und 86c sowie durch O-Ringe 88c und 90c abgedichtet. Der Wellendichtring 82c ist dichtend zwischen der Hohlwelle 44c und der Abtriebswelle 52c wirksam. Der Wellendichtring 84c ist dichtend zwischen der Hohlwelle 44c und dem Statorabschnitt 38c wirksam. Der Wellendichtring 86c ist dichtend zwischen dem Verschlußkör­ per 64c und der Schubstange 76c wirksam. Der O-Ring 88c ist dichtend zwischen dem Verschlußkörper 64c und dem Statorkörperabschnitt 38c wirksam. Der O-Ring 90c ist dichtend zwischen dem als Ringteil ausgebilde­ ten Verschlußkörper 64c und einem eine Ringöffnung 92c verschließenden Verschlußdeckel 94c wirksam. In der Ringöffnung 92c ist die Abtriebswelle 52c mittels der Drehlageranordnung 72c gelagert.

Im folgenden soll der Aufbau der Klauenkupplung und deren Funktionsweise näher erläutert werden. Es wird hierzu ergänzend auf die Fig. 5, 6, 7 und 8 Bezug genommen, die Einzelkomponenten der Kupplung im Detail zeigen, und zwar in den Fig. 5b, 6b, 7 und 8 jeweils in einem Querschnitt entsprechend einer die Motorachse A enthaltenden Schnittebene. Fig. 5a zeigt die in Fig. 5b gezeigte Komponente in einer Draufsicht entsprechend dem Pfeil V in Fig. 5b, und Fig. 6a zeigt die Komponente der Fig. 6b in einer Draufsicht entsprechend einer durch den Pfeil VI in Fig. 6b angedeuteten Sichtrichtung. Gegenüber der Fig. 4 sind die in Fig. 5 und 6 dargestellten Komponenten um 180° um die Achse A gedreht wiedergegeben.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Teil handelt es sich um ein Ringteil 96c, genauer um einen Synchronring 96c. Der Außenumfang des Ringteils und der eine Ringöffnung begrenzende Innenumfang ist in Fig. 6a durch Pfeile UA für den Außenumfang und Pfeile UI für den Innenumfang gekenn­ zeichnet.

Die Klauenkupplung umfaßt ein mit der Läuferwelle 44c drehfest ver­ bundenes Klauenritzel 96c (vgl. Fig. 5), das drei flügelartige Vorsprünge 98c mit einer radial äußeren Verzahnung (Schaltverzahnung) 100c aufweist. Die Schaltverzahnung 100c ist in Fig. 5a nur symbolhaft angedeutet.

Auf der Abtriebswelle 54c ist ein Abtriebsritzel 102c (vgl. Fig. 8) drehfest angeordnet, das eine radial äußere Verzahnung 104c aufweist. Auf dem Abtriebsritzel 102c ist das schon erwähnte Ringteil 80c (vgl. Fig. 7), das als Synchronritzel oder Schaltmuffe bezeichnet werden kann, verschiebbar angeordnet. Das Synchronritzel 80c weist eine auch als Schaltklauenanord­ nung bezeichenbare radial innere Schaltverzahnung 106c auf. Diese Innenverzahnung 106c des Synchronritzels 80c steht ständig mit der Außenverzahnung 104c des Abtriebsritzels 102c in formschlüssigem Eingriff.

Zum Einkuppeln ist die Innenverzahnung bzw. die Schaltklauenanordnung des Synchronritzels 80c zusätzlich mit der Schaltverzahnung 100c des Klauenritzels 26c in Eingriff zu bringen. Hierzu ist das Synchronritzel 80c mittels des Ausrückers 74c in Richtung zum Klauenritzel 96c zu ver­ schieben, bis das Synchronritzel (die Schaltmuffe) 80c das Abtriebsritzel 104c und das Klauenritzel 96c durch formschlüssigen Eingriff seiner Innenverzahnung 106c sowohl mit der Außenverzahnung 104c des Abtriebsritzels 102c als auch mit der Außenverzahnung 100c des Klauenrit­ zels 96c formschlüssig koppelt.

Zwischen dem Synchronritzel 80c und dem Klauenritzel 96c ist der schon erwähnte Synchronring 110c (vgl. Fig. 6) angeordnet, der einerseits zur Drehgeschwindigkeitsangleichung von Synchronritzel 80c und Klauenritzel 96c sowie andererseits zum Sperren des formschlüssigen Eingriffs zwischen Synchronritzel 80c und Klauenritzel 96c vor Erreichen der Drehzahlgleichheit dient. Der aus Bronze hergestellte Synchronring 110c weist drei in eine Ringöffnung 110c des Synchronrings 110c nach radial innen vorstehende Flügelabschnitte 114c auf, die zwischen die drei Vorsprünge oder Flügel 98c des Klauenritzels 96c eingreifen. Klauenritzel 96c und Synchronring 110c sind deshalb gegeneinander im wesentlichen unverdrehbar.

Zwischen dem Klauenritzel 96c und dem Synchronring 110c ist eine Feder 116c eingespannt, die in eine nach radial innen offene Ringnut 118c in den Flügelabschnitten 98c des Klauenritzels 96c eingreift und den Synchronring 110c in eine vorbestimmte axiale Relativstellung, bezogen auf das Klauenritzel 96c, vorspannt. Befindet sich der Synchronring 110c in dieser durch die Feder 116c definierten, vorbestimmten Stellung, so greifen die Schaltklauen des Synchronritzels 80c nicht in die Schaltverzahnung 100c des Klauenritzels 96c ein. Solange die Feder 116c in die Nut 118c eingreift, ist der Synchronring in dieser vorbestimmten Stellung angeordnet und sperrt somit die Herstellung eines formschlüssigen Eingriffs zwischen Syn­ chronritzel 80c und Klauenritzel 96c. Werden Synchronring 110c und Feder 116c sich selbst überlassen, nimmt der Synchronring 110c diese vor­ bestimmte Stellung (Sperrstellung) ein, wobei die Feder 116c, sofern die Feder 116c aus der Nut 118c ausgerastet ist und auf einer Schrägfläche 120c des Klauenritzels 96c angreift, an der Schrägfläche 120c abgleitet, bis sie in die Nut 118c einrastet, wodurch der Synchronring 110c in die Sperr­ stellung gebracht wird.

Im folgenden wird das Einkuppeln der Kupplung 24c näher erläutert. Es wird davon ausgegangen, daß sich die Abtriebswelle 52c dreht, beispielsweise weil der Elektromotor Teil eines Parallelhybridantriebs ist und die Abtriebs­ welle 52c mit einer sich drehenden Getriebewelle verbunden ist. In einem reinen Verbrennungsmotorbetrieb wird man die Läuferwelle 44c von der Abtriebswelle 52c mittels der Kupplung 24c abkuppeln. Soll nun der Elektromotor zugeschaltet werden, so empfiehlt es sich für ein möglichst glattes Einkuppeln, zuvor den Elektromotor derart anzusteuern, daß die Drehzahl der Läuferwelle 44c zumindest grob an die Drehzahl der Abtriebs­ welle 52c angeglichen wird.

Es wird nun angenommen, daß entweder die Läuferwelle 44c noch stillsteht oder zumindest noch eine bemerkbare Drehzahlabweichung zwischen Läuferwelle 44c und Abtriebswelle 52c besteht.

Wird in einer solchen Situation der Ausrücker 74c derart betätigt, daß der Synchronring 80c hin zum Klauenritzel 96c verschoben wird, so greift der Synchronring 80c zuerst mit einer kegelförmigen Innenumfangsfläche 180c an einer entsprechend geformten, im wesentlichen ebenfalls kegelförmigen Außenumfangsfläche 182c an und stellt einen reibschlüssigen Eingriff zwischen Synchronritzel 80c einerseits und Synchronring 110c und damit dem Klauenritzel 96c (über die Flügelabschnitte 98c und 114c) andererseits her.

Solange keine Drehzahlgleichheit hergestellt ist, entstehen auf Grund der reibschlüssigen Mitnahmeverbindung zwischen Synchronritzel 80c und Synchronring 110c auf die Feder 116c wirkende Kräfte, die die Feder im Sinne eines Aufweitens, also eines stärkeren Eingriffs in die Nut 118c spannen. Die Flügelabschnitte 114c und 98c sind nämlich derart ausgebil­ det, daß eine geringfügige Relativverdrehung zwischen Klauenritzel 96c und Synchronring 110c möglich ist, wobei die Feder 116c die beiden Getriebe­ teile zu einer mittleren Relativdrehstellung hin vorspannt. Wird nun durch die reibschlüssige Mitnahmeverbindung der Synchronring 110c gegenüber dem Klauenritzel 96c aus dieser mittleren Relativdrehstellung verdreht, so wird die Feder 116c derart gespannt, daß sie nicht aus der Nut 118c ausrasten kann. Hierdurch wird der Synchronring 110c in seiner Sperrposition gehalten.

Ist nun aber schließlich durch die reibschlüssige Mitnahmeverbindung Drehzahlgleichheit zwischen Synchronritzel 80c und Klauenritzel 98c hergestellt, so nimmt der Synchronring 110c wieder seine mittlere Relativdrehstellung in Bezug auf das Klauenritzel 96c ein und die Feder 116c kann aus der Nut 118c ausrasten, so daß der Synchronring 110c in Richtung zum Klauenritzel 96c bewegt werden kann, bis schließlich das Synchronritzel 80c mit seinen (in Fig. 7 nur schematisch angedeuteten) Schaltklauen 106c in die Schaltklauen 100c des Klauenritzels 96c formschlüssig eingreifen kann. Der formschlüssige Eingriff wird dadurch erleichtert, daß die Schaltklauen 106c des Synchronritzels 80c Einweisungs­ schrägen aufweisen. In Fig. 7 ist dies für eine exemplarisch dargestellte Schaltklaue angedeutet.

Nachzutragen ist noch, daß in der Außenumfangsfläche 182c des Syn­ chronrings 110c Nuten 184c vorgesehen sind, die zum Durchfluß von Öl dienen, so daß die Herstellung des reibschlüssigen Eingriffs zwischen der Innenumfangsfläche 180c des Synchronritzels 80c und der Außenumfangs­ fläche 182c des Synchronrings 110c durch das Ölbad nicht behindert wird.

Im Falle eines Auskuppelns wird das Synchronritzel 80c mittels des Ausrückers 74c wieder in Richtung zum Verschlußkörper 64c gezogen, bis der formschlüssige Eingriff zwischen der Schaltverzahnung 106c des Synchronritzels 80c und der Schaltverzahnung 100c des Klauenritzels 96c aufgehoben wird. Die Feder 116c, die sich nach Ausrasten aus der Nut 118c entlang der Fläche 120c (Fig. 5b) in Richtung zum zylindrischen Körperteil 186c des Klauenritzels 96c bewegt hatte, gleitet dann die Schrägfläche 120c herab, bis sie wieder in die Nut 118c eingreift, so daß der Synchronring 110c wieder seine Sperrstellung einnimmt. Zur Erleichte­ rung des Auskuppelns kann der Elektromotor derart angesteuert werden, daß die Verzahnungen 100c und 106c, die außer Eingriff gebracht werden sollen, von Drehmomenten entlastet werden.

Zu erwähnen ist noch, daß auch bei stillstehender Abtriebswelle 52c ein Einkuppeln ohne weiteres möglich ist. Hierzu hat es sich für ein besonders glattes Einkuppeln bewährt, den Elektromotor derart anzusteuern, daß sich die Läuferwelle 44c abwechselnd in beide Drehrichtungen geringfügig dreht (reversierender Antrieb des Elektromotors).

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die Klauenkupplung 24c unter Verwendung eines herkömmlichen Synchronsatzes eines normalen Kraftfahrzeuggetriebes aufgebaut ist. Da es sich bei einem solchen Synchronsatz um Großserienteile handelt, ergeben sich große Kostenvor­ teile. Es können ohne weiteres auch andere, im Detail anders ausgebildete und funktionierende Synchronsätze anderer Kraftfahrzeuggetriebe ver­ wendet werden.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektro­ motorbaueinheit 22d, die im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 entspricht. Es ist hier allerdings eine spezielle Reibungskupplung als in die Baueinheit integrierte Kupplung 24d vorgesehen, nämlich eine elektroma­ gnetische Kupplung 24d. Die Kupplung 24d weist eine mit der Läuferwelle 44d drehfest verbundene erste Scheibe 190d sowie eine mit der Abtriebs­ welle 52d drehfest verbundene zweite Scheibe 192d auf. Die zweite Scheibe 192d trägt über eine Membranfederanordnung 194d eine Ankerring­ scheibe 196d, die eine zur ersten Scheibe 190d weisende Reibfläche aufweist. Die Ankerringscheibe 196d greift in eine Ringnut 198d in der ersten Scheibe 190d ein und wird durch die Membranfederanordnung 194d in eine Stellung vorgespannt, in der die Reibfläche der Ankerringscheibe 196d nicht an einer ringförmigen, als Gegenreibfläche dienenden Boden­ fläche der Ringnut 198d angreift.

Am Statorabschnitt 38d ist eine Elektromagnetanordnung (Kupplungs­ magnetanordnung) 200d angebracht, die im erregten Zustand die Ankerring­ scheibe 196d in Richtung zur ringförmigen Bodenfläche der Ringnut 198d zieht und so einen reibschlüssigen Eingriff zwischen erster Kupplungs­ scheibe 190d und zweiter Kupplungsscheibe 192d herstellt. Durch Herstellung dieses reibschlüssigen Eingriffs wird die Kupplung 24d eingekuppelt. Zum Auskuppeln wird einfach der Erregungsstrom durch die Elektromagnetanordnung 200d unterbrochen, so daß die Membranfeder­ anordnung 194d den reibschlüssigen Eingriff zwischen den beiden Scheiben 190d und 192d wieder aufhebt, indem sie die Ankerringscheibe 196d von der ringförmigen Bodenfläche der Ringnut 198d abhebt. Alternativ könnten die Ankerringscheibe 196d und die ringförmige Bodenfläche der Ringnut 198d auch mit einer jeweiligen Verzahnung oder dergleichen versehen sein, um statt einer reibschlüssigen Kupplung eine formschlüssige Kupplung vorzusehen.

In Bezug auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 10 ist noch erwähnenswert, daß das Gehäuse 26d anders als das Gehäuse 26b der Fig. 3 ausgebildet ist. Das Gehäuse 26d umfaßt einen die verschiedenen Elektromotorkom­ ponenten tragenden Körperabschnitt 210d und ein gesondertes, keine Tragfunktion erfüllendes topfförmiges Gehäuseteil 212d, das über den Läufer 34d und den Körper 210d übergestülpt ist. Weiterhin ist zu erwähnen, daß der Elektromotor eine Sensoranordnung 214d mit einem sog. Rotorresolver bzw. Läuferresolver 214d und einem sog. Statorresolver 216d aufweist, die zur Erfassung der Drehposition des Läufers 34d in Bezug auf den Stator 36d, 38d dienen. In Fig. 10 sind auch Permanentmagnete 216d an einem Innenumfang des Zylinderabschnitts 32d des auch als Rotor bezeichenbaren Läufers 34d angedeutet.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Parallelhybridantrieb für ein Kraftfahrzeug sowie eine Elektromotorbaueinheit für einen derartigen Parallelhybridantrieb. Erfindungsgemäß ist eine Kupplung in die elektrische Maschine des Parallelhybridantriebs bzw. die Elektromotorbaueinheit integriert, um diese vom Antriebsstrang abkuppeln zu können, so daß ein reiner Brennkraftmaschinenantrieb ohne Mitdrehen eines Läufers der elektrischen Maschine bzw. der Elektromotorbaueinheit möglich ist.

Claims (29)

1. Parallelhybridantrieb für ein Kraftfahrzeug,
umfassend einen eine Brennkraftmaschine (10) mit einem Getriebe (14) sowie eine elektrische Maschine (22) mit dem Getriebe (14) ver­ bindenden Antriebsstrang, wobei im Antriebsstrang zwischen Brennkraftmaschine (10) und Getriebe (14) eine erste Kupplung (12), vorzugsweise Reibungskupplung, vorgesehen ist und wobei das Getriebe (14) im Antriebsstrang zwischen erster Kupplung (12) und elektrischer Maschine (22) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine in die elektrische Maschine (22) integrierte zweite Kupplung (24) vorgesehen ist, mittels der die elektrische Maschine (22) wahlweise vom restlichen Antriebsstrang (14, 12, 10) abkuppelbar und an diesen ankuppelbar ist.

2. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (22) als gegenüber dem Getriebe (14) gesonderte Baueinheit ausgebildet ist.

3. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (14) mit der Baueinheit (22) und gewünschtenfalls mit der Brennkraftmaschine zu einer Antriebseinheit zusammengebaut ist.

4. Parallelhybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (22) einen mit einer Läuferwelle (44) drehfest verbunden Läufer (32, 34) aufweist, wobei die elektrische Maschine eine von einem Körperabschnitt (38) der elektrischen Maschine gehaltene Wellenlageranordnung (48) umfaßt, mittels der die Läuferwelle am Körperabschnitt drehbar gelagert ist.

5. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlageranordnung (48) axial zwischen der zweiten Kupplung (24) und dem Läufer (32) angeordnet ist.

6. Parallelhybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (22) eine Maschine des Außenläufertyps mit einem radial inneren Stator (38, 38) und einem radial äußeren Läufer (32) ist oder/und daß die elektrische Maschine einen Permanentmagnetläufer (32) aufweist.

7. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Läufer (32) wenigstens bereichsweise die Wellen­ lageranordnung (48) radial außen umschließt.

8. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wellenlageranordnung (48) axial zwischen einem den zylindrischen Läufer (32) mit der Läuferwelle (44) verbindenden Radialteil (50) und der zweiten Kupplung (24) angeordnet ist.

9. Parallelhybridantrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Läufer (32) koaxiale zweite Kupplung (24) innerhalb eines Hohlraums (42) der elektrischen Maschine (22) angeordnet ist, der wenigstens teilweise von einem als Stator dienenden Körperabschnitt (38) der elektrischen Maschine (22) begrenzt ist.

10. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (32) wenigstens bereichsweise die zweite Kupplung (24) radial außen umschließt.

11. Parallelhybridantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (22) eine zur Läufer­ welle (44) gleichachsig verlaufende Abtriebswelle (52) umfaßt, die mittels der zweiten Kupplung (24) mit der Läuferwelle (44) kuppelbar ist.

12. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung (24b; 24d) zwischen der Läuferwelle (44b; 44d) und der Abtriebswelle (52b; 52d) angeordnet ist und diese räumlich voneinander trennt.

13. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwelle (44a; 44c) als Hohlwelle ausgebildet ist, durch die sich die zur Hohlwelle koaxiale Abtriebswelle (52a; 52c) von der zweiten Kupplung (24a; 24c) bis über das von der zweiten Kupplung entfernte Ende der Hohlwelle hinaus erstreckt, wobei ein über dieses Ende der Hohlwelle hervorstehender Abschnitt (54a; 54c) der Abtriebswelle als Verbindungsabschnitt zur drehfesten Verbindung mit einer anzutreibenden Komponente, insbesondere einer zugeord­ neten Getriebeeingangswelle, dient.

14. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (52a; 52c) innerhalb der Hohlwelle (44a; 44c) an dieser drehbar gelagert ist.

15. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 2 sowie nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (52a; 52c) mit dem Verbindungsabschnitt (54a; 54c) aus einer Öffnung (56a; 56c) in einem Gehäuse (26a; 26c) der elektrischen Maschine hervorsteht, wobei diese Öffnung auch zur Montage der Hohlwelle (44a; 44c) oder/und des Läufers dient.

16. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (26a; 26c) in Nachbarschaft zur Öffnung (56a; 56c) eine Befestigungsanordnung (28a; 28c) aufweist zur Befestigung an einem zugeordneten Träger, insbesondere dem Getriebe, unter wenigstens teilweisem Verschluß der Öffnung (56a; 56c) durch den Träger.

17. Parallelhybridantrieb nach einem der Ansprüche 11 bis 16, jedenfalls nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (52b; 52c; 52d) an einem gegenüber dem als Stator dienenden Körperabschnitt (38b; 38c; 38d) gesonderten Verschlußkörper (64b; 64c; 64d) drehbar gelagert ist, der zum Verschließen des die zweite Kupplung (24b; 24c; 24d) aufnehmenden Hohlraums (42b; 42c; 42d) dient.

18. Parallelhybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung (24) mechanisch, elektrisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist.

19. Parallelhybridantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung (24c) eine Form­ schlußkupplung, insbesondere Klauenkupplung (24c) ist, die vorzugsweise synchronisiert ist.

20. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 11 und 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Klauenkupplung einen Synchronsatz mit einem läuferwellenseitigen ersten Ritzel (96c), einem abtriebswellenseitigen zweiten Ritzel (102c) und einem Schaltklauen (106c) aufweisenden Synchronritzel (80c) umfaßt, wobei das axial verschiebbare Syn­ chronritzel (80c) ständig mit einer Verzahnung (104c) des ersten oder zweiten (102c) Ritzels in formschlüssigem Eingriff steht und durch Axialverschiebung mit einer Verzahnung (100c) des anderen Ritzels (96c) wahlweise in formschlüssigen Eingriff und außer Eingriff bring bar ist, wobei vorzugsweise ein zwischen dem anderen Ritzel (96c) und dem Synchronritzel (80c) angeordneter Synchronring (110c) dafür ausgebildet ist, durch reibschlüssige Koppelung von Synchronritzel (80c) und anderem Ritzel (96c) eine Drehzahlanglei­ chung zwischen diesen beiden Ritzeln (80c, 96c) herbeizuführen und vor Herbeiführung der Drehzahlangleichung die Herstellung des formschlüssigen Eingriffs zwischen diesen beiden Ritzeln (80c, 96c) zu sperren.

21. Parallelhybridantrieb nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Klauenkupplung (24c) unter Verwendung eines Synchronsatzes (96c, 102c, 80c, 110c) eines Kraftfahrzeuggetriebes aufgebaut ist.

22. Parallelhybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung eine vorzugsweise elektromagnetisch betätigte Reibungskupplung (24d) ist.

23. Elektromotorbaueinheit, insbesondere für einen Parallelhybridantrieb (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:

• - einen gegenüber einem Stator (36, 38) drehbar gelagerten Läufer (32, 34),
• - eine drehbar gelagerte Abtriebswelle (52), und
• - eine in die Elektromotorbaueinheit integrierte Kupplung (24), mittels der der Läufer (32, 34) - gegebenenfalls über eine mit dem Läufer drehfest verbunden Läuferwelle (44) - wahlweise mit der Abtriebswelle (52) kuppelbar und von dieser entkuppel­ bar ist.

24. Elektromotorbaueinheit nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromotorbaueinheit (22) oder/und die darin integrierte Kupplung (24) die sich auf die elektrische Maschine (22) bzw. die zweite Kupplung (24) beziehenden Merkmale wenigstens eines der vorhergehenden Ansprüche aufweisen.

25. Verwendung eines Synchronsatzes eines Kraftfahrzeuggetriebes beim Aufbau der zweiten Kupplung (24) eines Parallelhybridantriebs (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 oder/und der in eine Elekt­ romotorbaueinheit (22) nach Anspruch 23 oder 24 integrierten Kupplung (24).

26. Verfahren zum Ankuppeln einer über eine Kupplung (24) an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeug-Parallelhybridantriebs (8) an- und abkuppelbaren elektrischen Maschine (22) bei fahrendem Kraftfahr­ zeug, wobei die elektrische Maschine (22) einen drehbar gelagerten Läufer (32, 34) aufweist, der - gegebenenfalls über eine mit dem Läufer drehfest verbundene Läuferwelle (44) - mittels der als Formschlußkupplung (24c), insbesondere Klauenkupplung (24c), ausgebildeten Kupplung an eine Abtriebswelle (52c) oder Getriebeein­ gangswelle wahlweise ankuppelbar und von dieser abkuppelbar ist, umfassend die Schritte:

• - Ansteuern der elektrischen Maschine (22c) zur elektromotori­ schen Beschleunigung des Läufers (32c, 34c), bis die Abtriebs­ welle (52c) oder Getriebeeingangswelle einerseits und der Läufer (32c, 34c) bzw. die Läuferwelle (44c) anderseits annähernd gleiche Drehzahl aufweisen,
• - Betätigen eines Kuppelelements (80c) der Formschlußkupplung (24c) im Sinne eines Einkuppelns.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß vor Herstellung des formschlüssigen Kupplungseingriffs ein Synchron­ element (110c) der Kupplung (24c) Drehzahlgleichheit zwischen den zu kuppelnden Elementen (96c, 80c) herstellt.

28. Verfahren zum Ankuppeln einer über eine Kupplung (24) an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeug-Parallelhybridantriebs (8) an- und abkuppelbaren elektrischen Maschine (22) bei stehendem Kraftfahr­ zeug, wobei die elektrische Maschine (22) einen drehbar gelagerten Läufer (32, 34) aufweist, der - gegebenenfalls über eine mit dem Läufer drehfest verbundene Läuferwelle (44) - mittels der als Form­ schlußkupplung (24c), insbesondere Klauenkupplung (24c), ausgebil­ deten Kupplung an eine Abtriebswelle (52c) oder Getriebeeingangs­ welle wahlweise ankuppelbar und von dieser abkuppelbar ist, umfassend die Schritte:

• - Ansteuern der elektrischen Maschine (22c) zur elektromotori­ schen Beschleunigung des Läufers (32c, 34c) in wechselnde Drehrichtungen,
• - simultan hierzu Betätigen eines Kuppelelements (80c) der Formschlußkupplung (24c) im Sinne eines Einkuppelns.

29. Verfahren zum Abkuppeln einer über eine Kupplung (24) an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeug-Parallelhybridantriebs (8) an- und abkuppelbaren elektrischen Maschine (22) bei fahrendem Kraftfahr­ zeug zum Weiterfahren allein durch Verbrennungsmotorantrieb, wobei die elektrische Maschine (22) einen drehbar gelagerten Läufer (32, 34) aufweist, der - gegebenenfalls über eine mit dem Läufer drehfest verbundene Läuferwelle (44) - mittels der als Formschlußkupplung (24c), insbesondere Klauenkupplung (24c), ausgebildeten Kupplung an eine Abtriebswelle (52c) oder Getriebeeingangswelle wahlweise ankuppelbar und von dieser abkuppelbar ist, umfassend die Schritte:

• - Ansteuern der elektrischen Maschine (22c) zur elektromotori­ schen Beschleunigung des Läufers (32c, 34c) derart, daß Drehmoment übertragende Formschlußelemente (100c, 104c, 106c) der Kupplung (24c) von auf ihnen wirkenden Drehmo­ menten entlastet werden,
• - Betätigen eines Kuppelelements (80c) der Formschlußkupplung (24c) im Sinne eines Auskuppelns.