Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang.

Im Automobilbereich geht der Trend immer mehr zu Hybridfahrzeugen, die neben einem herkömmlichen Verbrennungsmotor einen weiteren Antrieb aufweisen, beispielsweise einen Elektroantrieb. Die beiden Antriebe werden typischerweise über ein sogenanntes Hybridmodul mit einem Antriebsstrang gekoppelt, sodass das von den Antrieben erzeugte Drehmoment an eine gemeinsame Abtriebsachse des Hybridfahrzeugs übertragen werden kann. Die beiden Antriebe haben unterschiedliche optimale Betriebspunkte, weshalb zumindest der Verbrennungsmotor in gewissen Betriebsbereichen vom Antriebsstrang entkoppelt wird. Dies geschieht typischerweise über eine Trennkupplung.

Aus Komfortgründen wird bevorzugt, dass die vom Verbrennungsmotor erzeugten Schwingungen möglichst stark gedämpft werden. Hierfür ist ein Dämpfungssystem zur Schwingungsdämpfung vorgesehen. All diese Komponenten benötigen Bauraum, der jedoch nur begrenzt zur Verfügung steht, da sich die Fahrzeugkarosserie eines Hybridfahrzeugs nicht von derjenigen eines konventionellen Fahrzeugs unterscheidet. Der nur begrenzt vorhandene Bauraum hat entsprechende Auswirkungen auf die Dimensionierung des weiteren Antriebs, sodass dessen Leistung begrenzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hybridmodul zu schaffen, mit dem es möglich ist, einen Verbrennungsmotor und einen weiteren Antrieb auf kleinstem Raum an einen Antriebsstrang zu koppeln.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang gelöst, mit einem Antrieb, insbesondere einem Elektroantrieb, einem ersten Koppelabschnitt zur Koppelung des Hybridmoduls an ein Getriebe und einem zweiten Koppelabschnitt zur Koppelung des Hybridmoduls an einen Verbrennungsmotor, wobei der zweite Koppelabschnitt eine Schaltungsanordnung mit wenigstens zwei Schaltelementen umfasst, die eine Ausgangs- und eine Schaltposition einnehmen können.

Der Grundgedanke der Erfindung ist es, die Koppelung des Hybridmoduls an den Verbrennungsmotor durch eine Schaltungsanordnung zu realisieren, die weniger Bauraum benötigt als die üblicherweise verwendete Trennkupplung. Der eingesparte Bauraum kann beispielsweise für den weiteren Antrieb zur Verfügung stehen, sodass dieser leistungsfähiger ausgestaltet sein kann. Ferner schafft das Hybridmodul Bauraum für eine dem eigentlichen Getriebesatz vorgeschaltete Reibanfahrkupplung oder ein vorgelagertes integriertes Anfahrelement. Mit diesem Anfahrelement kann unter Schlupf angefahren werden, das heißt, dass über den Verbrennungsmotor und/oder den Elektromotor eine Drehzahl erzeugt wird, die größer als die Abtriebsdrehzahl ist, die null ist. Der Verbrennungsmotor kann über den Hybrid-Elektromotor oder eine separate Starteinrichtung gestartet werden. Der Wandler für Automatikgetriebe-Antriebsstränge kann entfallen.

Ein Aspekt der Erfindung sieht ein Dämpfungssystem für Drehschwingungen vor, das insbesondere wenigstens ein Zweimassenschwungrad und/oder ein Fliehkraftpendel umfasst. Über das Dämpfungssystem können die von dem Verbrennungsmotor ausgehenden Schwingungen wirkungsvoll gedämpft werden, sodass der Antriebsstrang geringeren Drehungleichförmigkeiten ausgesetzt ist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Hybridmoduls, insbesondere des zweiten Koppelabschnitts, kann das Dämpfungssystem umfangreicher ausgebildet sein, sodass die auftretenden Schwingungen noch besser unterdrückt werden können.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Schaltungsanordnung einen Aktuator auf, der wenigstens eines der Schaltelemente betätigt, insbesondere elektrohydraulisch oder elektromechanisch betätigt. Die Schaltungsanordnung weist einen elektromechanischen oder elektrohydraulischen Schaltaktuator auf, mit dem wenigstens eines der Schaltelemente autark gegenüber dem Hauptgetriebe, also unabhängig von diesem, betätigt werden kann.

Insbesondere sind die Schaltelemente in einer Kammer gekoppelt, in der ein Schmiermittel aufgenommen ist. Die Schaltelemente sind somit geschmiert, wodurch reibungsbedingte Verschleißerscheinungen über die Benutzungsdauer des Hybridmoduls vermindert werden. Die Kammer kann derart ausgebildet sein, dass genügend Schmiermittel vorhanden ist, um die Schaltelemente über ihre gesamte Lebensdauer zu schmieren. Als Schmiermittel kommt insbesondere ein Öl oder ein Fett infrage.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Schaltelemente zueinander formschlüssig ausgebildet sind, insbesondere als Klauenelemente. In der Schaltposition können so große Kräfte übertragen werden, da die Schaltelemente über eine große Fläche aneinander anliegen. Dies reduziert die Verschleißerscheinungen an den Schaltelementen.

Ferner können die Schaltelemente im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet sein, wobei das eine Schaltelement das andere Schaltelement in der Schaltposition umfangsseitig zumindest teilweise umschließt. Hierdurch ist sichergestellt, dass die beiden Schaltelemente über eine große Wirkfläche miteinander zusammenwirken, wodurch die Koppelung schnell erreicht werden kann und die Drehmomentübertragung entsprechend günstig ist.

Insbesondere können die Schaltelemente konusförmig ausgebildet sein, sodass sie beim Übergang von der Ausgangsposition in die Schaltposition sanfter ineinander fahren.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Schaltelemente mit Reibflächen versehen sind. Über die Reibflächen wird ein Reibmoment erzeugt, das die Koppelung und die Drehmomentübertragung verbessert. Die Reibflächen können auch zur Synchronisierung des Schaltvorgangs verwendet werden.

Insbesondere weist die Schaltungsanordnung wenigstens ein Federelement auf, das zwischen einem der Schaltelemente und dem Dämpfungssystem vorgesehen ist. Das Federelement stellt sicher, dass das Hybridmodul den Antriebsstrang an einen der beiden Antriebe koppelt, wenn der Aktuator ausfällt. Hierbei kann es sich insbesondere um den Verbrennungsmotor handeln, der mit dem Antriebsstrang gekoppelt wird, wenn das Elektroniksystem des Hybridfahrzeugs ausfällt.

Die Schaltungsanordnung ist über das Federelement normalerweise geschlossen, also in der„normally closed" Stellung.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Koppelabschnitte als Teil einer Welle-Nabe-Verbindung ausgebildet. Das Hybridmodul kann somit in einfacher Weise mit einem Getriebe und dem Verbrennungsmotor gekoppelt werden. Das Hybridmodul ist hierdurch insbesondere baukastenförmig ausgebildet und kann bei unterschiedlichen Antriebssträngen verwendet werden.

Ferner kann bei dem Hybridmodul ein schaltbares Freilaufen vorgesehen sein, sodass der Verbrennungsmotor und der weitere Antrieb vom Abtriebsstrang abgekoppelt werden können.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figur, auf die Bezug genommen wird.

In der einzigen Figur ist ein Hybridmodul 10 schematisch gezeigt, welches an einen Verbrennungsmotor 12 gekoppelt ist.

Das Hybridmodul 10 weist einen weiteren Antrieb 14 in Form eines Elektroantriebs auf, der Teil des Hybridmoduls 10 ist. Das Hybridmodul 10 ist derart ausgebildet, dass sowohl der Elektroantrieb 14 als auch der Verbrennungsmotor 12 gleichzeitig mit einem Antriebsstrang 16 gekoppelt sein können. Das Hybridmodul 10 weist an einem ersten axialen Ende einen ersten Koppelabschnitt 18 auf, über den das Hybridmodul 10 mit einem nicht dargestellten Getriebe gekoppelt werden kann. Um das Hybridmodul 10 vom Getriebe entkoppeln zu können, weist der erste Koppelabschnitt 18 eine anfahrfähige Trennkupplung 20 mit einer höheren dynamischen Auslegung auf, also eine Anfahrkupplung, die höhere Reibleistungen ertragen kann. Wenn die Trennkupplung 20 teilweise in den Bauraum des Hybridmoduls, des Elektromotor-Rotors, rein ragen soll, ist sie als eine nasse Reibkupplung auszuführen.

Bei dem Getriebe kann es sich um ein Automatik-, ein Halbautomatik-, ein Doppelkupplungs- oder ein manuelles Getriebe handeln.

Am anderen axialen Ende weist das Hybridmodul 10 einen zweiten Koppeiabschnitt 22 auf, über den das Hybridmodul 10 mit dem Verbrennungsmotor 12 gekoppelt ist. Im Bereich des zweiten Koppelabschnitts 22 ist zudem ein Dämpfungssystem 24 vorgesehen, das in der gezeigten Ausführungsform als Zweimassenschwungrad ausgebildet ist und die Schwingungen des Verbrennungsmotors 12 dämpft.

Alternativ kann das Dämpfungssystem 24 ein Fliehkraftpendel aufweisen, welches auch zusätzlich zum Zweimassenschwungrad vorgesehen sein kann.

Der zweite Koppelabschnitt 22 umfasst ferner eine Schaltungsanordnung 26, die ein Gehäuse 28 aufweist, in dem wenigstens zwei Schaltelemente 30, 32 angeordnet sind. Über die beiden Schaltelemente 30, 32 kann der Verbrennungsmotor 12 an den Antriebsstrang 16 gekoppelt werden, sodass das vom Verbrennungsmotor 12 erzeugte Drehmoment an den Antriebsstrang 16 übertragen werden kann, insbesondere an die Abtriebsachse. Das Gehäuse 28 ist insbesondere als eine Kammer ausgebildet, in der ein Schmiermittel aufgenommen ist, wodurch die darin befindlichen Schaltelemente 30, 32 geschmiert sind.

Die Schaltelemente 30, 32 können formschlüssig ausgebildet sein, beispielsweise als Klauenelemente, sodass die Kraftübertragung vom Verbrennungsmotor 12 auf den Antriebsstrang 16 gewährleistet ist.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform können die Schaltelemente 30, 32 zylinderförmig ausgebildet sein, sodass sie sich über jeweils gegenüberliegende Umlaufflächen in der Schaltposition kontaktieren.

Ferner können die Schaltelemente 30, 32 generell mit Reibflächen versehen sein, sodass gewisse Drehmomente auch schlupfend übertragen werden können. Nach Sicherstellung einer nur noch minimalen Relativdrehzahl können dann die Schaltelemente die eigentliche Drehmomentübertragung per Formschluss sicherstellen.

In der Figur sind die Schaltelemente 30, 32 in ihrer Ausgangsposition gezeigt. Um die beiden Schaltelemente 30, 32 in ihre Schaltposition zu überführen, ist ein Aktuator 34 vorgesehen, der Teil der Schaltungsanordnung 26 ist. Der Aktuator 34 beaufschlagt wenigstens eines der beiden Schaltelemente 30, 32 direkt oder indirekt, sodass sie in Eingriff kommen, wodurch der Verbrennungsmotor 12 mit dem Antriebsstrang 16 gekoppelt ist. Der Aktuator 34 ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses 28 angeordnet.

Der Aktuator 34 kann elektrohydraulisch oder elektromechanisch angetrieben werden, sodass die Regelung zur Einsteuerung der Schaltelemente 30, 32 entsprechend fein ist.

In der gezeigten Ausführungsform ist das zweite Schaltelement 32 ferner an einem Halteelement 36 angebracht, das zum einen vom Aktuator 34 beaufschlagt werden kann und zum anderen zumindest ein Federelement 38 aufweist. Über das Federelement 38 wird die „Normally-Closed"-Funktion sichergestellt, sodass das Abkoppeln des Verbrennungsmotors 12 aktiv geschehen muss, wenn beispielsweise das Elektroniksystem des Hybridfahrzeugs ausfällt, wodurch der Verbrennungsmotor 12 automatisch über das Federelement 38 mechanisch an das Hybridmodul 10 und den Antriebsstrang 16 gekoppelt wird.

Die beiden Koppelabschnitte 18, 22 können insbesondere als Teil einer Welle-Nabe-Verbindung ausgebildet sein, sodass das Hybridmodul 10 in einfacher Weise mit dem Verbrennungsmotor 12 und dem im Antriebsstrang 16 angeordneten Getriebe gekoppelt werden können. Hierdurch ist insbesondere ein Baukastenprinzip des Hybridmoduls 10 möglich, sodass dieses mit verschiedenen Getrieben und Antriebssystemen gekoppelt werden kann.

Ferner kann das Hybridmodul separat getestet werden. Der EOL-Test (End of Line) kann problemlos erfolgen.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Hybridmoduls 10 ist wie folgt:

Das Hybridfahrzeug, welches ein derartiges Hybridmodul 10 aufweist, wird in einer ersten Fahrsituation, beispielsweise einem Anfahren, nur über den Elektroantrieb 14 angetrieben. Hierzu ist der Verbrennungsmotor 12 vom Antriebsstrang 16 entkoppelt, wie in der Figur dargestellt.

Der Aktuator 34 beaufschlagt hierzu das Halteelement 36 entgegen den Federdruck des Federelements 38, sodass die beiden Schalteiemente 30, 32 außer Eingriff sind. Hierdurch ist der Verbrennungsmotor 12 vom Antriebsstrang 16 entkoppelt.

Wird das Elektrofahrzeug nun derart beschleunigt, dass der Elektroantrieb 14 die benötigte Leistung nicht mehr stellen kann, so wird der Verbrennungsmotor 12 an den Antriebsstrang 16 gekoppelt. Der Aktuator 34 wird innerhalb eines erforderlichen Drehzahlfensters für den Schaltvorgang ausgeregelt, sodass das Halteelement 36 mit dem daran angeordneten Schaltelement 32 durch den Federdruck des Federelements 38 axial verfahren wird, wodurch die Schaltelemente 32, 30 in Eingriff geraten. Hierdurch ist der Verbrennungsmotor 12 an den Antriebsstrang 16 gekoppelt.

Der Elektromotor 14 ist in dieser Position weiterhin mit dem Antriebsstrang 16 gekoppelt und wird nun als Generator betrieben, sodass der Verbrennungsmotor 12 gleichzeitig ein Speichermedium des Elektroantriebs 14 lädt, beispielsweise eine Batterie auflädt.

Der Elektromotor 14 kann aber auch parallel zum Verbrennungsmotor 12 ein Antriebsmoment beisteuern, also„boosten".

Über das Dämpfungssystem 24 werden in dieser Fahrsituation die Schwingungen des Verbrennungsmotors 12 gedämpft, sodass die vom Verbrennungsmotor 12 ausgehenden Schwingungen im Antriebsstrang 16 weitestgehend unterdrückt sind.

Aufgrund des geringeren Platzbedarfs der Schaltungsanordnung 26 im Vergleich zu einer Trennkupplung kann der Elektroantrieb 14 und/oder das Dämpfungssystem 24 größer ausgebildet werden, sodass die Leistungsfähigkeit des Elektroantriebs 14 oder die Dämpfungseigenschaften des Dämpfungssystems 24 verbessert werden.

Das Hybridmodul 10 ist ferner aufgrund der einfachen Ausgestaltung der Koppelabschnitte 18, 22 baukastenartig ausgebildet, sodass es sowohl für Inline- sowie für Front-Quer-Antriebsstränge verwendet werden kann.

Generell ist somit ein Hybridmodul 10 mit einem geringerem axialen Bauraum geschaffen.