-
Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung zur Übertragung eines Drehmoments von einem Antrieb zu einem Abtrieb, ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung und eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes Hybridmodul.
-
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, die in Antriebssystemen zwecks Ausgleichs eines Radialversatzes der Rotationsachsen zweier Wellen eingesetzt werden.
Beispielsweise ist eine Ausgleichsvorrichtung mit drei Mäanderscheiben bekannt. Die drei Mäanderscheiben sind dabei axial hintereinander angeordnet, wobei eine erste Mäanderscheibe mit einer Eingangswelle verbunden ist, eine zweite Mäanderscheibe mit der ersten Mäanderscheibe verbunden ist und eine dritte Mäanderscheibe mit der zweiten Mäanderscheibe und einer Ausgangswelle verbunden ist. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Mäanderscheiben sind derart ausgestaltet, dass ein Radialversatz der angeschlossenen Wellen ausgleichbar ist.
Hybridmodule gemäß dem Stand der Technik umfassen üblicherweise eine Anschlusseinrichtung zur mechanischen Ankopplung einer
Verbrennungskraftmaschine, eine Kupplungseinrichtung, mit der Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine auf das Hybridmodul übertragbar ist und mit der das Hybridmodul von der Verbrennungskraftmaschine trennbar ist, einen Ausgang zum Ankoppeln an ein Getriebe sowie eine elektrische Maschine zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments.
Die elektrische Maschine ermöglicht das elektrische Fahren, Leistungszuwachs zum Verbrennungskraftmaschinenbetrieb und Rekuperieren.
Bei derartigen Hybridmodulen kann es jedoch zu einem radialen Versatz zwischen einer Abtriebswelle des Hybridmoduls bzw. einer Rotationsachse des Hybridmoduls und einer anzukoppelnden Eingangswelle eines Getriebes bzw. einer Rotationsachse des Getriebes kommen. Insbesondere bei sogenannten Add-On-Hybridmodulen, also Hybridmodulen zum Zweck der Nachrüstung eines Antriebsstrangs kann ein derartiger Radialversatz auftreten.
Insbesondere in Hybridmodulen finden derartige Vorrichtungen Anwendung, um einen zwischen einer Abtriebswelle des Hybridmoduls und einer Getriebeeingangswelle eines an das Hybridmodul anzuschließenden Getriebes auftretenden radialen Versatz auszugleichen.
-
Zum Radialversatzausgleich sind zudem sogenannte Flexplates oder Flexplate-Baugruppen bekannt. Diese umfassen zumindest ein Nabenelement sowie ein elastisches Element, wobei das Nabenelement mit der Getriebeeingangswelle fest verbunden ist und das elastische Element mit einem Ausgangselement des Hybridmoduls verbunden ist. Das Nabenelement kann dabei zwecks Verbindung mit der Getriebeeingangswelle mit einer Verzahnung, wie zum Beispiel einer Keilwellen-Innenverzahnung, ausgestaltet sein. Die Getriebeeingangswelle weist entsprechend eine zur Keilwellen-Innenverzahnung des Nabenelements komplementär ausgestaltete Keilwellen-Außenverzahnung auf. Das Ausgangselement des Hybridmoduls kann insbesondere ein Rotorträger einer elektrischen Maschine des Hybridmoduls sein oder mit diesem drehfest verbunden sein. Das elastische Element ermöglicht dabei eine leicht gewinkelte Anordnung bzw. einen Lateralversatz der Wellen zueinander, wenn wenigstens eine der Wellen in flexibler Weise eine radiale Auslenkung ermöglicht.
Bei einigen Getrieben weist die Getriebeeingangswelle jedoch eine hohe Radialsteifigkeit auf, so dass der Einsatz einer Flexplate bzw. einer Flexplate-Baugruppe zu unzulässig hohen Belastungen in Lagern der Wellen führt.
Alle bekannten Lösungen zum Ausgleich eines Radialversatzes zwischen einer Abtriebswelle des Hybridmoduls und einer Eingangswelle einer Getriebeeinheit müssen axial zwischen Hybridmodul und Getriebeeinheit angeordnet werden und benötigen dort entsprechenden axialen Bauraum.
In bekannten Lösungen zum Ausgleich eines Radialversatzes zwischen zwei Wellen kann es zudem vorkommen, dass der problematische Radialversatz nur unter Schiefstellung einer Rotationsachse einer der Wellen zur Rotationsachse der jeweils anderen Welle ausgleichbar ist. Eine mechanische Verbindung der beiden Wellen zueinander wird damit entsprechend konstruktiv komplex bzw. weist entsprechend hohen axialen Bauraumbedarf auf.
Beispielsweise in Hybridmodulen ist ein Anschluss einer Abtriebswelle des Hybridmoduls an eine Getriebeeingangswelle eines Getriebes in der Regel über radiale Profilverzahnungen realisiert. Selbst eine geringe Schiefstellung der Abtriebswelle zur Getriebeeingangswelle würde dabei zu unzulässig hohen Belastungen dieser Verzahnungen führen.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentübertragungseinrichtung, ein Hybridmodul sowie eine Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die in konstruktiv einfacher Weise bei geringen axialen Bauraumanforderungen einen Ausgleich eines Radialversatzes mit der Gewährleistung der Koaxialität der miteinander zu koppelnden Wellen kombinieren.
-
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Drehmomentübertragungseinrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben.
Ergänzend wird ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug, welches die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung aufweist, gemäß Anspruch 5 zur Verfügung gestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Hybridmoduls sind in den Unteransprüchen 6 und 7 angegeben.
Weiterhin wird eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, welche das erfindungsgemäße Hybridmodul aufweist, gemäß Anspruch 8 zur Verfügung gestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antriebsanordnung sind in den Unteransprüchen 9 und 10 angegeben.
-
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
-
Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse der Drehmomentübertragungseinrichtung bzw. die Rotationsachse des Hybridmoduls.
-
Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung zur Übertragung eines Drehmoments von einem Antrieb zu einem Abtrieb, umfassend eine um eine Rotationsachse drehbare Abtriebswelle sowie ein Rotationslager zur Drehlagerung der Abtriebswelle. Weiterhin umfasst die Drehmomentübertragungseinrichtung ein Gehäuse zur zumindest mittelbaren axialen Abstützung des Rotationslagers und damit der Abtriebswelle, sowie ein Anlageelement, welches eine zur Rotationsachse im Wesentlichen senkrecht ausgebildete Anlageebene definiert. Das Rotationslager ist in axialer Richtung in der Anlageebene durch das Anlageelement abgestützt und ist in radialer Richtung kraftschlüssig in seiner radialen Position am Anlageelement fixiert. Derart ist das Rotationslager unter Überwindung von Reibkräften in der Anlageebene zumindest bei der Montage verschiebbar.
Das heißt, dass die kraftschlüssige Fixierung mit einer derartigen Festigkeit ausgeführt ist, dass zumindest bei der Montage der mit dem Rotationslager ausgestatteten Abtriebswelle und der Überwindung der Reibkräfte an dem Anlageelement die Abtriebswelle in ihrer radialen Position manuell einstellbar ist.
-
In einer Ausführungsform der Drehmomentübertragungseinrichtung stützt sich das Anlageelement am Gehäuse ab und das Rotationslager ist als ein Wälzlager ausgestaltet und stützt sich mit einem Außenring am Anlageelement axial ab.
Der Innenring des Rotationslagers stützt sich in dieser Ausführungsform radial sowie axialen zumindest indirekt auf der Abtriebswelle ab.
Dabei soll jedoch auch eine umgekehrte Anordnung nicht ausgeschlossen werden, in der das Anlageelement ein Bestandteil der Abtriebswelle ist oder auf dieser angeordnet ist, und sich ein Innenring des Rotationslagers axial an diesem Anlageelement abstützt. In diesem Fall ist der Außenring des Rotationslagers vorzugsweise radial unverschieblich am Gehäuse angeordnet.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Drehmomentübertragungseinrichtung des Weiteren eine Federeinrichtung, insbesondere eine Tellerfeder, mit der ständig eine auf das Rotationslager und Anlageelement axial wirkende Kraft ausgeübt wird, so dass das Rotationslager und das Anlageelement dauerhaft aneinander anliegen.
Die Abtriebswelle kann zusammen mit dem Rotationslager als Baueinheit der Montage zugeführt werden, sodass lediglich die von der ständig wirkenden Kraft realisierten Reibkräfte zwischen Rotationslager und Anlageelement überwunden werden müssen, um eine radiale Positionierung des Rotationslagers und der Abtriebswelle vorzunehmen.
Ein derartiges Überwinden der Reibkräfte ist insbesondere nur während der Montage vorgesehen, um die Abtriebswelle in Bezug zu einer Getriebeeingangswelle zu positionieren. Entsprechend ist die Federeinrichtung derart ausgeführt, dass die Reibkräfte groß genug sind, um ihre Position in radialer Richtung nach der Montage auch bei wirkenden Einflüssen, wie z.B. von anderen Bauteilen in die Drehmomentübertragungseinrichtung eingebrachten Vibrationen oder starkes Beschleunigen der Abtriebswelle, zu sichern.
Entsprechend gewährleistet die Federeinrichtung, dass die radiale Position des Rotationslagers und somit also auch die radiale Position der Abtriebswelle nach der Montage gesichert ist.
-
In einer konstruktiv vorteilhaften Ausführungsform ist das Anlageelement in seiner axialen Position bezüglich dem Gehäuse veränderbar.
Insbesondere kann dies realisiert sein durch eine Gewindeverbindung zwischen Anlageelement und Gehäuse, wobei das Anlageelement als eine Spezialmutter ausgeführt ist und somit unter Ausführung einer Drehbewegung um die Rotationsachse axial verschiebbar ist.
-
Des Weiteren wird erfindungsgemäß ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine sowie eines Getriebes zur Verfügung gestellt, das eine erfindungsgemäßes Drehmomentübertragungseinrichtung sowie einen Rotorträger, mit dem die Abtriebswelle im Wesentlichen drehfest gekoppelt ist, aufweist, wobei das Hybridmodul zur Realisierung der drehfesten Kopplung zwischen Rotorträger und Abtriebswelle eine Bogenzahnkupplung umfasst.
Die Bogenzahnkupplung ist eine nicht schaltbare Kupplung, mit der kleine Achs- oder Winkelversätze von Drehmoment übertragenden Maschinenelementen, im vorliegenden Falle des Rotorträgers und der Abtriebswelle, ausgleichbar sind.
Mit dieser Bogenzahnkupplung kann somit ein radialer Versatz zwischen der Abtriebswelle und dem Rotorträger, der sich gegebenenfalls durch die radial verschiebbare Anordnung der Abtriebswelle und dem Rotationslager ergibt, in einfacher Weise ausgeglichen werden.
Des Weiteren umfasst das Hybridmodul vorteilhafterweise eine elektrische Maschine mit einem Rotor, der drehfest mit dem Rotorträger verbunden ist, sowie eine Kupplungseinrichtung.
In einer konstruktiv vorteilhaften Ausführungsform kann das Hybridmodul eine Gehäusewand aufweisen, die sich mit einem Wandabschnitt von der axialen Seite des ausgangsseitigen Anschlussbereichs an das Getriebe in einen Zwischenraum zwischen Rotorträger und Abtriebswelle erstreckt. Dieser Wandabschnitt dient dabei der radialen Abstützung des Rotorträgers über ein Stützlager.
Bevorzugt kann bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein, dass die diesen Wandabschnitt ausbildende Gehäusewand lediglich getriebeseitig angeordnet ist, und kein Gehäuse bzw. keine Gehäusewand auf der axial gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist, so dass das Hybridmodul an der der Eingangsseite bzw. der Position eines Verbrennungsmotors zugewandten Seite im Wesentlichen nicht durch das Gehäuse verschlossen ist.
Das Hybridmodul kann zudem eine Kupplungseinrichtung umfassen, wobei die Bogenzahnkupplung radial und axial zumindest abschnittsweise innerhalb des von der Kupplungseinrichtung umgebenden Raums angeordnet ist.
Die Kupplungseinrichtung ist vorteilhafterweise zumindest bereichsweise innerhalb eines vom Rotorträger radial umgebenden Raumes angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Rotorträger und die Kupplungseinrichtung über eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung miteinander verbunden sind, wobei die Drehmoment-Übertragungseinrichtung durch mehrere Blattfedern Drehmoment von der Kupplungseinrichtung auf den Rotorträger überträgt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bilden der Rotorträger sowie auch die Abtriebswelle jeweils eine Innenverzahnung aus, und die Bogenzahnkupplung weist ein die Innenverzahnung des Rotorträgers mit der Innenverzahnung der Abtriebswelle verbindendes Verbindungselement auf, welches zum Eingriff in die Innenverzahnung vom Rotorträger und in die Innenverzahnung von der Abtriebswelle zumindest eine Außenverzahnung umfasst.
Eine jeweilige Innenverzahnung und/oder die Außenverzahnung des Verbindungselements sind dabei als radiale Profilverzahnungen und ballig ausgeführt, um einen Versatz von Rotorträger und Abtriebswelle parallel zur Rotationsachse einer an die Abtriebswelle anzuschließenden Welle, insbesondere einer Getriebeeingangswelle, zu ermöglichen. Die ballige Ausgestaltung der Verzahnungen gewährleistet dabei, dass die Verzahnungsprofile des Rotorträgers und der Bogenzahnkupplung bzw. der Abtriebswelle und der Bogenzahnkupplung auch bei Verkippung und/oder zumindest geringem axialen und/oder radialen Versatz im Eingriff bleiben.
Dabei kann das Verbindungselement als Hülse ausgeführt sein.
Das bedeutet, dass das Verbindungselement im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist, an dessen radialer Außenseite zum Eingriff in die Innenverzahnung des Rotorträgers sowie in die Innenverzahnung der Abtriebswelle zumindest eine als Außenverzahnung ausgeführte radiale Profilverzahnung realisiert ist.
Insbesondere kann das Hybridmodul des Weiteren eine Eingangswelle sowie eine Stützhülse aufweisen, wobei sich die Eingangswelle zumindest in radialer Richtung über ein Wälzlager an der Stützhülse abstützt.
Die Stützhülse kann sich in radialer Richtung am Rotorträger durch eine unmittelbare mechanische Anlage abstützen, so dass dementsprechend vorgesehen sein kann, die Eingangswelle über die Stützhülse am Rotorträger abzustützen.
Die Eingangswelle ist vorzugsweise drehfest mit der Eingangsseite einer Kupplungseinrichtung, in Ausführung als Doppelkupplungsvorrichtung mit der Eingangsseite der beiden Teilkupplungen der Doppelkupplungsvorrichtung, hier als Zweischeibenkupplung ausgeführt, verbunden, und dient der Kopplung mit einer Verbrennungskraftmaschine, gegebenenfalls über einen Schwingungsdämpfer.
Die Ausgangsseite der Kupplungseinrichtung ist drehfest mit dem Rotorträger gekoppelt.
Das Verbindungselement kann dabei zudem axial beidseitig wenigstens ein Dichtungselement aufweisen, zur im Wesentlichen flüssigkeitsdichten Abdichtung gegenüber dem Rotorträger und der Abtriebswelle.
Dies ermöglicht es, das Schmiermittel an den Verzahnungen zu halten. Entsprechend kann eine zumindest teilweise Befüllung des Raums zur Aufnahme von Schmiermittel bereits bei der Montage des Hybridmoduls realisiert werden.
Eine Schmierung der Verzahnungen ist insbesondere bei einer Verkippung der Bogenzahnkupplung vorteilhaft, da es in diesem Fall bei jeder Umdrehung zu einem axial auf die Zähne einer jeweiligen Verzahnung wirkenden Lastwechsel in Form von Gleitbewegungen der Zahnflanken der ineinandergreifenden Zähne der Verzahnung kommt. Durch das Schmiermittel kann die dabei entstehende Reibung gemindert werden und entsprechend eine hohe Anzahl Gleitbewegungen über die Lebensdauer der Bogenzahnkupplung realisiert werden.
Unter einer Verkippung der Bogenzahnkupplung ist insbesondere zu verstehen, dass der Rotortärger und die Abtriebswelle radial zueinander versetzt sind und das Verbindungselement verkippt ist zu den parallel zueinander verlaufenden Rotationsachsen des Rotortärgers und der Abtriebswelle, so dass das Verbindungselement mechanisch drehfest den Rotorträger und die Abtriebswelle verbindet zwecks Drehmomentübertragung zwischen Rotortärger und Abtriebswelle.
-
In einer ergänzenden Ausführungsform weist die Abtriebswelle einen ausgangsseitigen Anschlussbereich zur mechanischen Kopplung mit einem Abtrieb, insbesondere einem Getriebe, auf, wobei der ausgangsseitige Anschlussbereich der Abtriebswelle eine Seite einer Hirth-Verzahnung ausbildet zur mechanischen Kopplung mit einem die andere Seite der Hirth-Verzahnung aufweisenden Ausgangselement.
-
Die Hirth-Verzahnung ist eine axial wirksame, mit axial vorstehenden Zähnen ausgestaltete Verzahnung, wobei die Zähne der beiden Seiten der Hirth-Verzahnung in axialer Richtung ineinandergreifen und derart ein Drehmoment übertragen können.
-
Durch die Verkippung der Bogenzahnkupplung kann ein Radialversatz der miteinander zu koppelnden Wellen ausgeglichen werden, wobei die Bogenzahnkupplung dabei radial und axial zumindest bereichsweise innerhalb des von der Kupplungseinrichtung umgebenden Raums angeordnet ist und somit keinen axialen Bauraum beansprucht. Der Radialversatz kann zudem unabhängig der Radialsteifigkeit einer angeschlossenen Getriebeeingangswelle ausgeglichen werden.
-
Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, die ein erfindungsgemäßes Hybridmodul, ein Antriebsaggregat, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, sowie ein Getriebe umfasst, wobei das Hybridmodul an einer Eingangsseite mit dem Antriebsaggregat und mit seiner Abtriebswelle mit einer Getriebeeingangswelle des Getriebes verbunden ist.
Die Ausgangsseite des Hybridmoduls entspricht dabei der Abtriebswelle. Alternativ kann die Ausgangsseite des Hybridmoduls auch einem mit der Abtriebswelle fest verbundenen Ausgangselement entsprechen.
-
In einer Ausführungsform der Antriebsanordnung umfasst das Ausgangselement mit der Hirth-Verzahnung einen ersten radialen Anschlagbereich zur radialen Anlage eines ersten Abschnitts der Abtriebswelle, sowie eine radiale Profilverzahnung zum radialen Eingriff in eine komplementär ausgestaltete radiale Profilverzahnung an der Getriebeeingangswelle.
Die radialen Profilverzahnungen am Ausgangselement sowie an der Getriebeeingangswelle bewirken eine exakte koaxiale Anordnung des Ausgangselements zur Getriebeeingangswelle bzw. eine Zentrierung der Getriebeeingangswelle zum Ausgangselement. Aufgrund dessen, dass das Ausgangselement einen ersten radialen Anschlagbereich ausbildet, ist auch gewährleistet, dass die Ausgangswelle exakt koaxial zum Ausgangselement und demzufolge auch koaxial zur Getriebeeingangswelle ausgerichtet ist.
-
Die Abtriebswelle ist damit über die radialen Profilverzahnungen zur Getriebeeingangswelle zentrierbar.
Auch bei einer Ausgestaltung der Abtriebswelle ohne Hirth-Verzahnung, also entsprechend bei Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridmoduls ohne das Ausgangselement, kann die Abtriebswelle ausgangsseitig eine derartige radiale Profilverzahnung zwecks Zentrierung der Abtriebswelle an der Getriebeeingangswelle ausbilden.
Die exakte koaxiale Anordnung bzw. die Zentrierung über die radiale Profilverzahnung kann dabei durch entsprechend enge Toleranzen der radialen Profilverzahnung an der Abtriebswelle bzw. dem Ausgangselement und der Getriebeeingangswelle erreicht werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Antriebsanordnung umfasst die Getriebeeingangswelle einen zweiten radialen Anschlagbereich zur radialen Anlage eines zweiten Abschnitts der Abtriebswelle. Auch dieser zweite radiale Anschlagbereich zur radialen Anlage des zweiten Abschnitts der Abtriebswelle dient der Sicherstellung von koaxialen Relativ-Positionen der Getriebeeingangswelle und der Abtriebswelle. Insbesondere unter Zusammenwirkung des ersten radialen Anschlagbereichs und des ersten Abschnitts der Abtriebswelle, sowie des zweiten radialen Anschlagbereichs und des zweiten Abschnitts der Abtriebswelle ergibt sich eine radiale Positionierung der Abtriebswelle in mehreren längeren Abschnitten und somit eine stabile Absicherung ihrer radialen Position im Bereich der Kopplung mit der Getriebeeingangswelle. Entsprechend wird dadurch sichergestellt, dass es nicht zu einem Kippen der Rotationsachse der Abtriebswelle in Bezug zur Rotationsachse der Getriebeeingangswelle kommt.
Ein dadurch gegebenenfalls auftretender Lateralversatz der Abtriebswelle in Bezug zur Rotationsachse des Rotorträgers lässt sich in einfacher Weise durch die Bogenzahnkupplung sowie durch die Möglichkeit der radialen Verschiebung der Abtriebswelle bei der Montage ausgleichen.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, die Koaxialität der Abtriebswelle zur Getriebeeingangswelle bzw. eine Zentrierung der Getriebeeingangswelle an der Abtriebswelle entweder über eine radiale Profilverzahnung an der Abtriebswelle bzw. dem Ausgangselement und der Getriebeeingangswelle oder den zweiten radialen Anschlagbereich zur radialen Anlage eines zweiten Abschnitts der Abtriebswelle zu realisieren.
-
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt ist. Es ist dargestellt in
- 1: ein erfindungsgemäßes Hybridmodul in einer geschnittenen Seitenansicht und
- 2: ein vergrößerter Ausschnitt des erfindungsgemäßen Hybridmoduls im Bereich der Drehmomentübertragungseinrichtung.
-
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Hybridmodul 3 in einer geschnittenen Seitenansicht dargestellt.
Das Hybridmodul 3 umfasst eine elektrische Maschine 50, eine Kupplungseinrichtung 60, eine Bogenzahnkupplung 40, eine Drehmomentübertragungseinrichtung 1, eine Eingangswelle 80, eine Abtriebswelle 10 sowie ein Gehäuse 70.
Bei Integration des Hybridmoduls 3 in einen Antriebsstrang eines Hybridkraftfahrzeugs dient die Eingangswelle 80 der Kopplung des Hybridmoduls 3 mit einer Verbrennungskraftmaschine des Antriebsstrangs und die Abtriebswelle 10 der Kopplung des Hybridmoduls 3 mit einer Getriebeeinheit des Antriebsstrangs.
Die Kopplung zwischen Verbrennungskraftmaschine und Eingangswelle 80 ist hier über einen auf der Verbrennungskraftmaschine zugewandten axialen Seite der Eingangswelle 80 angeordneten und mit der Eingangswelle 80 verbundenen Schwingungsdämpfer 82 realisiert.
Weiterhin ist die Eingangswelle 80 drehfest mit einer Eingangsseite 61 der Kupplungseinrichtung 60 verbunden. Die Kupplungseinrichtung 60 ist hier radial außerhalb der Eingangswelle 80 angeordnet und als Zwei-Scheiben-Kupplung ausgestaltet, wobei die Eingangsseite 61 der Kupplungseinrichtung 60 entsprechend durch zwei mit der Eingangswelle 80 drehfest verbundene Kupplungsscheiben 63 realisiert ist. Eine Ausgangsseite 62 der Kupplungseinrichtung 60 ist mit einem Rotorträger 52 zur rotatorischen Lagerung des Rotors 51 der elektrischen Maschine 50 drehfest verbunden. Die Verbindung zwischen Kupplungseinrichtung 60 und Rotorträger 52 ist über eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung 54 realisiert, bei der mehrere Blattfedern ein Drehmoment der Kupplungseinrichtung 60 auf den Rotorträger 52 übertragen. Der Rotor 51 der elektrischen Maschine 50 ist auf dem Rotorträger 52 angeordnet, wobei ein Stator 55 der elektrischen Maschine 50 fest mit dem Gehäuse 70 verbunden ist.
Der Rotorträger 52 ist dabei zwecks Rotation des Rotors 51 um eine Rotationsachse 4 des Hybridmoduls 3 über ein Stützlager 91 auf einem Wandabschnitt 72 einer Gehäusewand 71 des Gehäuses 70 abgestützt. Dabei ist der Rotorträger 52 mit einem von ihm radial innen ausgebildeten und sich in axialer Richtung erstreckenden Rotorträgerabschnitt 53 am Stützlager 91 abgestützt.
Die Stützhülse 81 realisiert auf der in radialer Richtung dem Stützlager 91 gegenüberliegenden Seite des axialen Rotorträgerabschnitts 53 eine unmittelbare mechanische Anlage 92 am axialen Rotorträgerabschnitt 53, so dass die Stützhülse über den axialen Rotorträgerabschnitt 53 auf dem Wandabschnitt 72 und damit am Gehäuse 70 gestützt ist.
Die Gehäusewand 71 erstreckt sich in radialer Richtung auf der der Getriebeeinheit zugewandten Seite des Hybridmoduls 3 und der Wandabschnitt 72 erstreckt sich vom radial inneren Ende der Gehäusewand 71 in axialer Richtung bereichsweise zwischen Rotorträger 52 und Abtriebswelle 10 zwecks Abstützung des Rotorträgers 52.
Zur Öffnung bzw. Schließung der Kupplungseinrichtung 60 umfasst das Hybridmodul 3 zudem eine Kupplungsbetätigungseinrichtung 64, welche, ausgestaltet als ringförmige Kolben-Zylinder-Einheit, an der Gehäusewand 71 bzw. dem Wandabschnitt 72 angeordnet ist. Die Kupplungsbetätigungseinrichtung 64 ist entsprechend in axialer Richtung auf der der Kupplungseinrichtung 60 gegenüberliegenden Seite des Rotorträgers 52 bzw. des radial verlaufenden Abschnitts des Rotorträgers 52 angeordnet. Zwecks Betätigung der Kupplungseinrichtung 60 ist die Kupplungsbetätigungseinrichtung 64 mit einem Drucktopf 65 gekoppelt, der in axialer Richtung durch den Rotorträger 52 bzw. den radial verlaufenden Abschnitt des Rotorträgers 52 hindurch greift.
An einem eingangsseitigen Bereich 12 der Abtriebswelle 10 umfasst diese einen sich nach radial außen erstreckenden Verbindungsfortsatz 13, wobei der Verbindungsfortsatz 13 mit dem sich axial erstreckenden Rotorträgerabschnitt 53 über eine Bogenzahnkupplung 40 verbunden ist. Entsprechend ist also der Rotorträger 52 über die Bogenzahnkupplung 40 mit der Abtriebswelle 10 gekoppelt.
Radial innerhalb der Bogenzahnkupplung 40 sowie axial unmittelbar benachbart zum Verbindungsfortsatz 13 ist die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 des Hybridmoduls 3 angeordnet. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 umfasst ein Rotationslager 20 zur Drehlagerung der Abtriebswelle 10 um eine Rotationsachse 2 der Drehmomentübertragungseinrichtung 1. Das Rotationslager 20 ist dazu über seinen Außenring und über ein Anlageelement 24 drehfest mit dem Wandabschnitt 72 des Gehäuses 70 verbunden.
Die Rotationsachse 2 der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 entspricht dabei der Rotationsachse 4 des Hybridmoduls 3.
Zudem ist die Abtriebswelle 10 an ihrem ausgangsseitigen Anschlussbereich 11 über eine Hirth-Verzahnung 35 mit einem Ausgangselement 30 zwecks Ankopplung an eine Getriebeeingangswelle 83 verbunden. Die Ausgangswelle 10 bildet dabei entsprechend eine Seite 36 der Hirth-Verzahnung 35 aus, wobei das Ausgangselement 30 eine andere Seite 37 der Hirth-Verzahnung 35 ausbildet.
Das Ausgangselement 30 umfasst zudem einen ersten radialen Anschlagbereich 31 zur radialen Anlage des Ausgangselements 30 an einem ersten Abschnitt 14 der Abtriebswelle 10. Zum Ankoppeln an die Getriebeeingangswelle 83 weist das Ausgangselement 30 eine radiale Profilverzahnung 33 auf, welche mit einer radialen Profilverzahnung 34 der Getriebeeingangswelle 83 in Eingriff steht, so dass eine drehfeste Verbindung zwischen Abtriebswelle 10 und Getriebeeingangswelle 83 realisiert ist. Die Getriebeeingangswelle 83 bildet dabei radial innerhalb in Bezug zu den radialen Profilverzahnungen 33, 34 radial innen einen zweiten radialen Anschlagbereich 32 aus, mit welchem die Getriebeeingangswelle 83 radial an einem zweiten Abschnitt 15 der Abtriebswelle 10 angelegt ist.
-
Ein von der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestelltes Drehmoment wird demnach über den Schwingungsdämpfer 82 auf die Eingangswelle 80 und damit an die Eingangsseite 61 der Kupplungseinrichtung 60 übertragen. Bei geschlossener Kupplungseinrichtung 60 wird das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine weiter an den Rotorträger 52 geleitet, wobei das Drehmoment anschließend über die Bogenzahnkupplung 40 an die Abtriebswelle 10 und damit über deren ausgangsseitigen Anschlussbereich 11 und das Ausgangselement 30 an die Getriebeeingangswelle 83 übertragen wird.
In umgekehrter Richtung kann bei Betrieb der elektrischen Maschine 50 eine angeschlossene Verbrennungskraftmaschine gestartet werden, wobei das Drehmoment der elektrischen Maschine 50 vom Rotorträger 52 über die Kupplungseinrichtung 60 auf die Eingangswelle 80 und damit zum Schwingungsdämpfer 82 und einer mit diesem fest verbundenen Kurbelwelle (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine übertragen wird.
Bei geöffneter Kupplungseinrichtung 60 kann ein von der elektrischen Maschine 50 zur Verfügung gestelltes Drehmoment über den Rotorträger 52 zur Ausgangsseite geleitet werden.
Ein radialer Versatz zwischen der Rotationsachse 4 des Hybridmoduls 3 und einer Rotationsachse 5 der Getriebeeingangswelle 83 als Eingangselement der Getriebeeinheit ist dabei mittels der Bogenzahnkupplung 40 ausgeglichen, wobei durch die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 eine Koaxialität zwischen der Rotationsachse 4 des Hybridmoduls 3 und der Rotationsachse 5 der Getriebeeingangswelle 83 gewährleistet wird.
-
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Hybridmoduls 3 im Bereich der Drehmomentübertragungseinrichtung 1, wie sie in 1 dargestellt ist. Zunächst ist ersichtlich, dass die Bogenzahnkupplung 40 ein Verbindungselement 41 umfasst, wobei das Verbindungselement 41 an seiner radialen Außenseite 43 eine Außenverzahnung 42 aufweist. Das Verbindungselement 41 ist als eine Hülse ausgeführt, was bedeutet, dass das Verbindungselement 41 im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist.
-
In die Außenverzahnung 42 des Verbindungselements 41 greift dabei jeweils eine hier nicht dargestellte Innenverzahnung des Verbindungsfortsatzes 13 der Abtriebswelle 10 sowie eine hier nicht dargestellte Innenverzahnung des axialen Rotorträgerabschnitts 53 des Rotorträgers 52. Die Innenverzahnung der Abtriebswelle 10 ist somit über die Außenverzahnung 42 des Verbindungselements 41 mit der Innenverzahnung des Rotorträgers 52 im Wesentlichen drehfest verbunden.
Eine jeweilige Innenverzahnung bzw. die Außenverzahnung 42 ist dabei ballig ausgeführt, damit bei radialem Versatz die miteinander gekoppelten Wellen im Eingriff bleiben.
Zudem weist die Bogenzahnkupplung 40 in axialer Richtung beidseitig Dichtungselemente 44 auf, so dass die Bogenzahnkupplung 40 zwecks Befüllung mit einem Schmiermittel axial beidseitig flüssigkeitsdicht gegenüber dem Rotorträger 52 bzw. der Abtriebswelle 10 abgedichtet ist.
Des Weiteren ist in 2 der Aufbau der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 klar ersichtlich.
Das auf der Abtriebswelle 10 angeordnete Rotationslager 20 ist als einreihiges Kugellager ausgestaltet und umfasst einen Innenring 21 sowie einen relativ dazu drehbaren Außenring 22.
Die axiale Position des Innenrings 21 des Rotationslagers 20 auf der Abtriebswelle 10 ist eingangsseitig durch einen Verbindungsfortsatz 13 bzw. einen dazu benachbarten Absatz begrenzt und getriebeseitig durch einen fest auf der Abtriebswelle 10 angeordneten Haltering 94 begrenzt, so dass die axiale Position des Innenrings 21 und damit die axiale Position des Rotationslagers 20 fest definiert ist.
Der Außenring 22 des Rotationslagers 20 ist mit einem vom Außenring 22 ausgebildeten radialen Abschnitt 23 in axialer Richtung an einer vom Anlageelement 24 definierten Anlageebene 25 abgestützt. Die Anlageebene 25 verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse 2 der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 bzw. der Rotationsachse 4 des Hybridmoduls 3.
Eine Federeinrichtung 26, ausgestaltet als Tellerfeder, realisiert eine kraftschlüssige Fixierung des Rotationslagers 20 in seiner radialen Position an der Anlageebene 25 des Anlageelements 24. Dazu stützt sich die Federeinrichtung 26 am Anlageelement 24 ab und wirkt mit einer ständigen Kraft in axialer Richtung auf die der Anlageebene 25 axial gegenüberliegende Seite des radialen Abschnitts 23 des Außenrings 22, so dass Rotationslager 20 und Anlageelement 24 dauerhaft aneinander anliegen.
Das Anlageelement 24 ist axial benachbart zum Stützlager 91 auf dem Wandabschnitt 72 über eine Schraubverbindung 28 mechanisch fest angeordnet. Diese mechanisch feste Anordnung wird realisiert, indem ein hier nicht dargestelltes Befestigungs-Werkzeug durch eine Befestigungsöffnung 93 im Verbindungsfortsatz 13 hindurch geführt wird und in eine Befestigungsverzahnung 27 auf der radialen Außenseite des Anlageelements 24 eingreift zwecks Übertragung einer Drehbewegung an das Anlageelement 24 und damit einer Ausbildung der Schraubverbindung 28. Die Befestigungsöffnung 93 wird nach der Montage flüssigkeitsdicht verschlossen.
Bei der Montage wird zum Ausgleich eines Radialversatzes zwischen der Abtriebswelle 10 und der Getriebeeingangswelle (hier nicht dargestellt) durch die Bogenzahnkupplung 40 die Abtriebswelle 10 zunächst verkippt und dabei zur Getriebeeingangswelle schief gestellt. Deren Rotationsachsen 4, 5 sind somit zunächst nicht koaxial.
Die radiale Position des Rotationslagers 20 wird nun während der Montage derart verändert, dass die Schiefstellung der Abtriebswelle 10 revidiert wird. Dazu wird der Außenring 22 des Rotationslagers 20 bei Montage der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 auf der Anlageebene 25 radial verschoben und in seiner finalen Position durch die Federeinrichtung 26 gehalten.
Eine damit gewährleistete Koaxialität zwischen Abtriebswelle 10 und Getriebeeingangswelle bzw. zwischen deren Rotationsachsen 4, 5 ermöglicht einen spannungsfreien Anschluss der Getriebeeingangswelle mittelbar über das Ausgangselement (nicht dargestellt) an die Abtriebswelle 10.
-
Mit der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung sowie dem Hybridmodul lässt sich in konstruktiv einfacher Weise bei geringen axialen Bauraumanforderungen ein Ausgleich eines Radialversatzes mit Gewährleistung der Koaxialität der miteinander zu koppelnden Wellen kombinieren.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Drehmomentübertragungseinrichtung
- 2
- Rotationsachse der Drehmomentübertragungseinrichtung
- 3
- Hybridmodul
- 4
- Rotationsachse des Hybridmoduls
- 5
- Rotationsachse der Getriebeeingangswelle
- 10
- Abtriebswelle
- 11
- ausgangsseitiger Anschlussbereich
- 12
- eingangsseitiger Bereich der Abtriebswelle
- 13
- Verbindungsfortsatz der Abtriebswelle
- 14
- erster Abschnitt der Abtriebswelle
- 15
- zweiter Abschnitt der Abtriebswelle
- 20
- Rotationslager
- 21
- Innenring des Rotationslagers
- 22
- Außenring des Rotationslagers
- 23
- radialer Abschnitt des Außenrings
- 24
- Anlageelement
- 25
- Anlageebene
- 26
- Federeinrichtung
- 27
- Befestigungsverzahnung
- 28
- Schraubverbindung
- 30
- Ausgangselement
- 31
- erster radialer Anschlagbereich des Ausgangselements
- 32
- zweiter radialer Anschlagbereich der Getriebeeingangswelle
- 33
- radiale Profilverzahnung des Ausgangselements
- 34
- radiale Profilverzahnung der Getriebeeingangswelle
- 35
- Hirth-Verzahnung
- 36
- eine Seite der Hirth-Verzahnung
- 37
- andere Seite der Hirth-Verzahnung
- 40
- Bogenzahnkupplung
- 41
- Verbindungselement
- 42
- Außenverzahnung
- 43
- radiale Außenseite des Verbindungselements
- 44
- Dichtungselement
- 50
- elektrische Maschine
- 51
- Rotor
- 52
- Rotorträger
- 53
- axialer Rotorträgerabschnitt
- 54
- Drehmoment-Übertragungseinrichtung
- 55
- Stator
- 60
- Kupplungseinrichtung
- 61
- Eingangsseite der Kupplungseinrichtung
- 62
- Ausgangsseite der Kupplungseinrichtung
- 63
- Kupplungsscheibe
- 64
- Kupplungsbetätigungseinrichtung
- 65
- Drucktopf
- 70
- Gehäuse
- 71
- Gehäusewand
- 72
- Wandabschnitt
- 80
- Eingangswelle
- 81
- Stützhülse
- 82
- Schwingungsdämpfer
- 83
- Getriebeeingangswelle
- 90
- Wälzlager
- 91
- Stützlager
- 92
- mechanische Anlage
- 93
- Befestigungsöffnung
- 94
- Haltering