Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebsmodul gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, derartige Antriebsmodule sind aus dem Stand der Technik und insbesondere aus der DE 10 2008 043 290 A1 bekannt.

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel eines Hybridfahrzeugs und dessen Antriebsstrangs beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf eine derartige Anwendung zu verstehen.

Für einen Hybridantriebsstrang in Kraftfahrzeugen werden wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Antriebsmaschine für den separaten oder gemeinsamen Antrieb des Fahrzeugs genutzt. Für diese Anwendungen haben sich unterschiedlichste Kombinationsmöglichkeiten der Antriebsmaschinen mit und ohne Getriebe herausgebildet. Vielen Kombinationsmöglichkeiten ist es gemein, dass diese innerhalb eines kleinen Bauraums angeordnet werden sollen und dennoch eine hohe Betriebssicherheit aufweisen müssen, daher kommt der Kompaktheit des Antriebs große Bedeutung zu.

Die DE 10 2008 043290 A1 schlägt einen Hybridantriebsmodul vor, bei welchem radial innerhalb des Rotors einer elektrischen Antriebsmaschine ein Planetengetrieberadsatz (Hohlrad, Sonnenrad, Planetenräder und Steg) angeordnet ist, wobei das Hohlrad dieses Radsatzes mit dem Rotor und der Planetenradträger mit einer Trennkupplung koppelbar sind. Der Abtrieb aus dem Hybridantriebsmodul hin zu einem Fahrzeuggetriebe, welches nicht mehr Gegenstand des Hybridantriebsmoduls ist, erfolgt über das Sonnenrad. Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Hybridantriebsmodul mit kompakten Aufbau anzugeben sowie einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug mit einem solchen Antriebsmodul.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung gemäß Anspruch 1, beziehungsweise durch einen Antriebsstrang gemäß Anspruch 11 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Im Sinne der Erfindung ist unter einem Hybridantriebsmodul eine Einrichtung zu verstehen, welche in einem Kraftfahrzeug für den Antrieb desselben einsetzbar ist und eine Planetenradstufe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad, einem Planetenradträger und wenigstens einem, gegenüber dem Planetenradträger drehbar gelagerten, Planetenrad aufweist, wobei das Sonnenrad dieser Planetenradstufe vorzugsweise drehfest mit dem Gehäuse des Hybridantriebsmoduls verbindbar ist, beziehungsweise mit diesem drehfest verbunden ist.

Vorzugsweise kämmt das wenigstens eine Planetenrad oder mehrere Planetenräder, zur Leistungsübertragung mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad. Weiter vorzugsweise kann auch eine Planetenradstufe mit wenigstens 2 miteinander zur Leistungsübertragung kämmenden Planetenrädern vorgesehen sein, wobei das eine Planetenrad mit dem Hohlrad und das andere Planetenrad mit der Sonne kämmt.

Im Sinne der Erfindung ist unter dem Kämmen von 2 Zahnrädern bzw. dem in Eingriff stehen von 2 Zahnrädern zu verstehen, dass diese beiden Zahnräder aufeinander abwälzen. Planetengetriebe im Allgemeinen sind aus dem Stand der Technik bekannt, vorzugsweise werden im Zusammenhang mit diesem Hybridantriebsmodul sogenannte Planetengetriebe mit Minus-Radsätzen verwendet, da insbesondere mit diesen ein guter Wirkungsgrad erreichbar ist. Weiter weist das Hybridantriebsmodul eine elektrische Antriebsmaschine auf. Vorzugsweise ist die elektrische Antriebsmaschine in mehreren Betriebsquadranten betreibbar, vorzugsweise wenigstens in einem motorischen und einem generatorischen Betriebsquadranten. Weiter vorzugsweise ist die elektrische Antriebsmaschine als ein Elektromotor/Generator ausgebildet. Eine derartige elektrische Antriebsmaschine weist insbesondere einen Rotor und einen Stator auf. Dabei ist der Rotor gegenüber dem Stator drehbar gelagert. Weiter vorzugsweise sind der Rotor und der Stator durch einen Luftspalt voneinander getrennt, wobei die Effizienz der Energieübertragung vom Stator auf den Rotor insbesondere von der Größe dieses Luftspalts abhängig ist, und insbesondere kleine Luftspalte bevorzugt werden. Aus diesem Zusammenhang ergibt sich insbesondere, dass der Rotor gegenüber dem Stator eine präzise und vorzugsweise auch steife, Lagerung aufweisen soll, um vorzugsweise einen kleinen Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator in radialer Richtung.

Vorzugsweise ist der Rotor der elektrischen Antriebsmaschine in drehmomentleitender Weise mit dem Hohlrad der Planetenradstufe verbindbar. Weiter vorzugsweise sind der Rotor und das Hohlrad wenigstens abschnittsweise formschlüssig oder kraftschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Weiter weist das Hybridantriebsmodul eine Trennkupplung auf, welche dazu eingerichtet ist, selektiv die Drehmomentübertragung, vorzugsweise von einem Verbrennungsmotor, auf den Planetenradträger zu unterbrechen. Damit ist die Trennkupplung vorzugsweise mit dem Planetenradträger verbindbar.

Vorzugsweise weist das Hybridantriebsmodul eine Struktur auf, bei welcher der Verbrennungsmotor mittels einer Trennkupplung mit dem Planetenradträger selektiv zur Drehmomentübertragung verbindbar ist. Weiter ist die elektrische Antriebsmaschine mittels ihres Rotors mit dem Hohlrad der Planetenradstufe koppelbar, wobei das Sonnenrad drehfest mit dem Gehäuse des Hybridantriebsmoduls verbindbar ist, beziehungsweise nicht drehbar gegenüber diesem gelagert ist. Vorzugsweise erfolgt die drehbare Lagerung des Hohlrads auf dem Planetenradträger, insbesondere ist somit die Lagerung durch geringe Drehzahlen belastet. Die Summation der vom Verbrennungsmotor und von der elektrischen Antriebsmaschine (Rotor) bereitstellbaren Antriebsleistung zu einer Summenleistung, welche an eine Getriebeeingangswelle insbesondere eines schalbaren Getriebes abgebbar ist, erfolgt, also insbesondere mittels der Planetenräder beziehungsweise mittels des Planetenradträgers. Insbesondere mittels dieser Konfiguration ist ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine ermöglicht

Geometrisch ist das Hohlrad derart angeordnet, dass dieses wenigstens abschnittsweise in radialer und in axialer Richtung innerhalb des Rotors der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist. Vorzugsweise ist wenigstens der zur Bewegungsübertragung auf eines der Planetenräder vorgesehene Verzahnungsbereich des Hohlrades, wenigstens abschnittsweise in radialer und in axialer Richtung innerhalb des Rotors angeordnet, weiter vorzugsweise ist dieser Bereich vollständig innerhalb des Rotors angeordnet.

Vorzugsweise ist das Sonnenrad der Planetenradstufe drehfest mit dem Getriebegehäuse verbunden und weiter vorzugsweise ist das Hohlrad der Planetenradstufe mit einer Hohlradlagerung drehbar gegenüber und auf dem Planetenradträger gelagert. Insbesondere durch eine derartige Lagerung ist ein besonders platzsparender und weiter vorzugsweise auch präziser Aufbau der Planetenradstufe ermöglicht, insbesondere ergibt sich auch eine geringe Drehzahl Belastung der einzelnen Lagerungen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Hohlradlagerung eine erste und eine zweite Lagerstelle auf, welche geometrisch voneinander beabstandet sind, vorzugsweise in axialer Richtung. Weiter vorzugsweise sind diese Lagerstellen in axialer Richtung auf unterschiedlichen Seiten des Hohlrades angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trennkupplung des Hybridantriebsmoduls mit einer Kupplungskraft in axialer Richtung beaufschlagbar. Die Trennkupplung ist insbesondere um eine Rotationsache rotierbar, wobei diese Achse vorzugsweise auch die Rotationsachse der Planetenradstufe darstellt, also diejenige Achse um welche der Planetenradträger rotierbar gelagert ist. Im Sinne der Erfindung bedeutet in axialer Richtung in Richtung dieser Rotationsachse und in radialer Richtung bedeutet in orthogonaler Richtung zu dieser Rotationsachse.

Vorzugsweise ist die Kupplungskraft dazu vorgesehen, die Kupplung zu steuern, insbesondere also von einem Betriebszustand in welchem kein Drehmoment durch die Trennkupplung übertragbar ist, in einen Zustand zu überführen, in welchem Drehmoment übertragbar ist. Dabei ist diese Kupplungskraft vorzugsweise durch einen Kupplungskolben aufbringbar. Vorzugsweise ist dieser Kupplungskolben als ein zylindrischer Kolben ausgebildet und weiter Vorzugsweise als ein Kreisringkolben.

Weiter vorzugsweise ist der Kupplungskolben in axialer Richtung auf der der Planetenradstufe zugewandten Seite der Trennkupplung angeordnet ist. Der Kupplungskolben ist somit geometrisch, bezogen auf die axiale Richtung, zwischen der Trennkupplung und der Planetenradstufe angeordnet. Insbesondere durch eine derartige Ausgestaltung der Trennkupplung und des Kupplungskolbens ist ein platzsparender Aufbau dieser ermöglicht. Vorzugsweise ist die Trennkupplung in radialer Richtung wenigstens abschnittsweise innerhalb des Rotors der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet und in axialer Richtung vorzugsweise wenigstens abschnittsweise von diesem überdeckt. Weiter vorzugsweise ist die Trennkupplung als nasslaufende Kupplung ausgebildet und bevorzugt ist dieser Getriebeöl zuführbar. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Trennkupplung als Lamellenkupplung ausgebildet. Vorzugsweise weist die Lamellenkupplung einen radial inneren und einen radial äußeren Kupplungskorb auf. Weiter vorzugsweise sind diese beiden Kupplungskörbe zur Drehmomentübertragung mittels Reibflächen von Kupplungslamellen miteinander selektiv verbindbar, insbesondere durch Aufbringen der Kupplungskraft auf die Kupplungslamellen. Vorzugsweise ist der radial äußere Kupplungskorb mit dem Planetenradträger in drehmomentleitender Weise verbindbar. Vorzugsweise ist der radial innere Kupplungskorb zur Verbindung mit einer weiteren Antriebsmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, eingerichtet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Lagerung wenigstens des Planetenradträgers wenigstens ein oder bevorzugt mehrere Axiallager auf. Vorzugsweise ist wenigstens eines dieser Axiallager in axialer Richtung geometrisch zwischen dem Sonnenrad, welches vorzugsweise gehäusefest angeordnet ist, und dem Planetenradträger angeordnet. Insbesondere durch das Aufbringen der Kupplungskraft durch den Kupplungskolben wird der Planetenradträger mit einer Axialkraft beaufschlagt, welche insbesondere durch ein derartiges Axiallager und damit durch das Getriebegehäuse aufnehmbar ist, so dass diese Kupplungskräfte insbesondere nicht an die Verbrennungskraftmaschine abgegeben werden. Weiter vorzugsweise weist der Planetenradträger drei in axialer Richtung voneinander beabstandete Axiallager auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Kupplungskolben und dem Planetenradträger ein erster Kolbenraum gebildet, vorzugsweise begrenzen der Kupplungskolben und der Planetenradträger diesen Kolbenraum wenigstens abschnittsweise und bevorzugt vollständig. Dabei ist im Sinne der Erfindung unter diesen Kolbenraum ein Hohlraum zu verstehen, der zum Bereitstellen der Kolbenkraft mit einem Hydraulikmedium befüllbar ist. Weiter vorzugsweise weist die Planetenradstufe einen Druckölkanal auf. Vorzugsweise ist der Druckölkanal dazu eingerichtet, ein Hydraulikmedium, insbesondere Getriebeöl, in diesen Kolbenraum zu leiten und den Kupplungskolben dadurch mit Druck zu beaufschlagen und die Kupplungskraft bereitzustellen. Insbesondere durch das Ausbilden des Kolbenraums zwischen dem Kupplungskolben und dem Planetenradträger sowie die Druckölversorgung durch einen, durch den Planetenradträger geführten, Druckölkanal, ist ein besonders platzsparender Aufbau ermöglicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der dem Kolbenraum abgewandten Seite des Kupplungskolbens ein Pumpenraum angeordnet. Vorzugsweise ist im Pumpenraum, dieser kann auch als Fliehölausgleichsraum aufgefasst werden, die Rückstellfeder für den Hydraulikkolben angeordnet. Weiter vorzugsweise ist mit dieser Rückstellfeder eine der Kupplungskraft entgegengerichtete Rückstellkraft auf den Kupplungskolben aufbringbar. Weiter vorzugsweise weist der Planetenradträger einen Schmiermittelkanal auf. Vorzugsweise ist dieser Schmiermittelkanal fluidleitend mit dem Pumpenraum verbunden sowie weiter vorzugsweise mit der Hohlradlagerung und/oder mit der Planetenradlagerung.

Weiter vorzugsweise weist der Schmiermittelkanal Ausgänge zur Lagerung (Planetenradlagerung), wenigstens eines der Planetenräder, auf einem Planetenradbolzen im Planetenradträger auf. Insbesondere durch die aktive Schmiermittelversorgung über diesen Pumpenraum ist ein besonders betriebssicheres Hybridantriebsmodul darstellbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die EM-Rotor bzw. Hohlradlagerung oder die Planetenradträgerlagerung oder beide als Wälzlagerungen ausgebildet und weisen somit, vorzugsweise jeweils wenigstens ein Wälzlager auf.

Vorzugsweise ist die Planetenradstufe des Hybridantriebsmoduls derart ausgelegt, dass diese eine Standübersetzung aus einem Bereich aufweist, welche größer ist als 1 ,25, bevorzugt größer ist als 1 ,45 und besonders bevorzugt größer ist als 1 ,55 und weiter ist dieser Bereich vorzugsweise kleiner als 2, bevorzugt kleiner als 1,75 und besonders bevorzugt kleiner als 1,65. Besonders bevorzugt ist die Standübersetzung des Planetengetriebes, wenigstens im Wesentlichen, 1,6.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hohlrad der Planetenradstufe mittels eines Hohlradträgers mit dem Rotor der elektrischen Antriebsmaschine verbindbar. Vorzugsweise ist dieser Hohlradträger mit dem Rotor oder mit dem Hohlrad oder mit beiden stoffschlüssig, bevorzugt kraftschlüssig oder besonders bevorzugt formschlüssig oder mit einer Kombination aus wenigstens 2 der genannten Verbindungsarten verbindbar.

Ein Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug weist wenigstens ein erfindungsgemäßes Hybridantriebsmodul auf sowie eine Verbrennungskraftmaschine. Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine, bzw. die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine, mit der Trennkupplung des Hybridantriebsmoduls in drehmomentleitender Weise verbindbar. Weiter vorzugsweise weist der Hybridantriebsstrang ein schaltbares Fahrzeuggetriebe auf, welches in drehmomentleitender Weise mit dem Planetenradträger des Hybridantriebsmoduls verbindbar ist. Weiter ist die diesem Fahrzeuggetriebe zuführbare Antriebsleistung an wenigstens eine antreibbare Fahrzeugachse abgebbar. Vorzugsweise weist das schaltbare Fahrzeuggetriebe unterschiedliche, vorzugsweise diskrete, Übersetzungsstufen auf, sogenannte Gänge. Insbesondere ist in Drehmomentübertragungsrichtung von der Verbrennungskraftmaschine auf die antreibbare Fahrzeugachse die Trennkupplung des Hybridantriebsmoduls zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Planetenradstufe angeordnet und weiter vorzugsweise ist das Hybridantriebsmodul in Drehmomentübertragungsrichtung vor dem schaltbaren Fahrzeuggetriebe angeordnet

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stator der elektrischen Antriebsmaschine in einem Getriebegehäuse des schaltbaren Fahrzeuggetriebes aufgenommen. Weiter vorzugsweise ist das schaltbare Fahrzeuggetriebe als automatisch schaltendes Getriebe bzw. als Automatikgetriebe mit wenigstens 2 weiteren Planetenradsätzen ausgebildet.

Weiter vorzugsweise ist der Getriebegehäuseabschnitt, in welchem der Stator aufgenommen ist und mit welchem dieser drehfest verbindbar ist, einstöckig mit dem weiteren Getriebegehäuse des schaltbaren Fahrzeuggetriebes ausgebildet.

Einzelne Merkmale werden nachfolgend anhand der teilweise schematisierten Figuren näher erläutert, dabei zeigt:

Fig. 1 : einen Längsschnitt durch ein Hybridantriebsmodul.

In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein Hybridantriebsmodul mit einer elektrischen Antriebsmaschine mit einem Stator (nicht dargestellt) und mit einem Rotor 1 dargestellt. Der Stator ist in dem Getriebegehäuse 22 des Fahrzeuggetriebes (nicht dargestellt) drehfest aufgenommen. Weiter ist der Rotor 1 mittels des Hohlradträgers 23 mit dem Hohlrad 3 der Planetenradstufe verbunden. Der Hohlradträger 23 und damit das Hohlrad 3 sind mittels der Hohlradlagerung 4 und 24 drehbar gegenüber dem Planetenradträger 25 gelagert. Die Hohlradlagerung weist ein erstes Wälzlager 4 und ein zweites Wälzlager 24 auf, dabei sind diese Wälzlager auf unterschiedlichen Seiten des Hohlrades 3, bezogen auf die axiale Richtung 30 angeordnet. Weiter ist das Hohlrad 3 sowohl in radialer Richtung 40 als auch in axialer Richtung 30 innerhalb des Rotors 1 angeordnet.

Zur Leistungsübertragung kämmt das Hohlrad 3 mit dem Planetenrad 6, welches mittels der Planetenradlagerung 29 drehbar auf dem Planetenradbolzen 7 und im Planetenradträger 25 gelagert ist. Das Planetenrad 6 kämmt zur Leistungsübertragung seinerseits mit dem Sonnenrad 5. Der Planetenradträger 25 weist eine Lagerung Axiallagerung 18a, b, c und eine Radiallagerung 19a, b, c auf, mit welcher dieser drehbar gegenüber dem Gehäuse 22 gelagert ist. Dabei sind die Lager 18a, b, c als Axialwälzlager- und die Lager 19a, b, c als Radialwälzlager ausgebildet.

An das Hybridantriebsmodul schließt sich in Richtung 21 ein Automatikgetriebe (nicht dargestellt) an, dieses ist zur Übertragung der Antriebsleistung in Richtung mindestens einer antreibbaren Fahrzeugachse (nicht dargestellt) vorgesehen. Zur Leistungsübertragung ist die Trennkupplung 8, in Richtung 20 mit einer Verbrennungskraftmaschine koppelbar. Die Trennkupplung 8 weist einen radial inneren (9) und einen radial äußeren (10) Kupplungskorb auf. Der innere und der äußere Kupplungskorb 8, 9 sind selektiv zur Drehmomentübertragung mittels der Kupplungslamellen 26 verbindbar.

Zur Beaufschlagung der Kupplungslamellen 26 mit einer Kupplungskraft, durch welche die Kupplungslamellen zusammengedrückt werden, ist ein Kupplungskolben 11 vorgesehen, der als Ringkolben ausgebildet ist Zum Aufbringen der Kupplungskraft ist der Kolbenraum 12 über den Druckölkanal 15 mit Öl befüllbar. Obersteigt die durch dieses öl auf den Kupplungskolben 11 aufgebrachte Kraft, die durch die Rückstellkraft 13 aufgebrachte Rückstellkraft, wirkt auf die Kupplungslamellen 26 die Kupplungskraft.

Die Rückstellfeder 13 ist im Fliehölausgleichsraum 14 angeordnet. Dem Fliehölausgleichsraum 14 ist über den Schmierölkanal 16a Getriebeöl zuführbar. Weiter ist mittels einer Entlastungskerbe am Innendurchmesser des Deckels 28 dem Fliehölausgleichsraum drucklos Getriebeöl bereitstellbar. Über wenigstens einen, oder über eine Vielzahl von ölkanälen 16b ist der Hohlradlagerung 4 Getriebeöl zur Schmierung dieser zuführbar.

Weiter ist es ermöglicht, mittels der ölkanäle 16b auch den Planetenradbolzen 7 und damit der Lagerung 29 der Planetenräder 6 zu schmieren.

Das Hybridantriebsmodul ist dabei wenigstens im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 27 angeordnet. Sowohl das Sonnenrad 5, und damit der Abtrieb in Richtung 21 auf das Automatikgetriebe, wie auch die Trennkupplung 8, sind koaxial zu der Rotationsachse 27 angeordnet.

Mitteis der Welle-Nabe-Verbindung 50 ist der Planetenradträger 25 mit der Getriebeeingangswelle 51 drehfest verbindbar. Der sogenannte Wandler- Support 52 dient zur Lagerung der Getriebeeingangswelle 51 sowie zur ölkanalgestaltung.