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Die
Erfindung betrifft ein Kupplungssystem für Kraftfahrzeugantriebe
mit einer Kupplungseingangswelle und mindestens einer Getriebeeingangswelle,
die alle konzentrisch zu einer Kupplungsmittellinie angeordnet sind,
wobei die Getriebeeingangswelle über eine betätigbare
tauchgeschmierte Reibkupplung mit der Kupplungseingangswelle verbunden
ist, wobei die Reibkupplung ein zwischen einem auf einer Hauptnabe
fixierten Außenlamellenträger und einem Innenlamellenträger
liegendes Lamellenpaket umfasst, wobei das Lamellenpaket zum Kuppeln
direkt oder indirekt über mindestens einen Kolben eines
hydraulischen Stellglieds betätigt wird, wobei mindestens
ein Kolben einen Arbeitsraum von einem Ausgleichsraum trennt, wobei
der Kolben mit seiner radial außen liegenden Führungskontur
an einem zylindrischen Abschnitt einer an der Hauptnabe befestigten
Ausgleichsraumbegrenzungswandung abdichtend geführt ist
und wobei der Kolben mit seiner radial innen liegenden Führungskontur
im Bereich der Hauptnabe abdichtend geführt ist.
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Aus
der
EP 1 568 906 A1 ist
eine Doppelkupplung mit nebeneinander angeordneten, hydraulisch
einkuppelnd betätigten Lamellensätzen bekannt,
bei der pro Kolben ein Arbeitsraum und ein Ausgleichsraum vorhanden
sind. Der jeweilige Kolben trennt hierbei den Arbeitsraum vom Ausgleichsraum.
Die Zulauföffnung des Arbeitsraumes liegt hierbei – in
radialer Richtung gesehen bezogen auf die theoretische Rotationsachse
der Kupplung – auf einem kleineren Radius als die Überlauföffnung
des Ausgleichsraumes. Das hat zur Folge, dass die radiale Füllhöhe
des Ausgleichsraumes niedriger ist als die radiale Füllhöhe
des Ar beitsraumes. Damit kann die Befüllung des Ausgleichsraumes
die fliehkraftbedingte Stellkraft der Arbeitsraumbefüllung
nicht kompensieren.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungssystem
zu entwickeln, bei dem bei mindestens einer der Kupplungen die das Lösen
der Kupplung behindernde Wirkung der unter Fliehkrafteinfluss stehenden
Arbeitsraumbefüllung zu minimieren.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dazu ist der Kolben mit seiner radial innen liegenden Führungskontur
an einem an der Hauptnabe angeordneten Zylinderring abdichtend geführt.
Die radial innen liegende Ausgleichsraumbegrenzungswandung ragt
in den Bauraum des Zylinderrings hinein. Die Ausgleichsraumbegrenzungswandung
weist mindestens eine Überlaufausnehmung auf, deren kürzester
Abstand zur Kupplungsmittellinie kleiner ist als der Abstand der
Führungsfläche des Zylinderringes zur Kupplungsmittellinie.
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Bei
konventionellen Nasskupplungsgetrieben, im speziellen Doppelkupplungsgetrieben,
befinden sich die Arbeitsräume der Kolben bei laufendem Antriebsmotor
in Rotation. Dadurch entstehen in diesen Arbeitsräumen
zusätzlich zum statischen Arbeitsdruck ein der rotierenden Ölsäule
entsprechender Fliehöldruck. Dieser behindert ein schnelles
Lösen der entsprechenden Kupplung. Ein an den Kolben angrenzender,
nur mit Fliehöl befüllter Ausgleichsraum, wirkt
dem im Arbeitsraum vorhandenen Fliehöldruck entgegen, sofern
der Ausgleichsraum auf der Seite des Kolbens liegt, auf der der
Arbeitsraum nicht angeordnet ist.
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Gegenstand
der Erfindung ist es, bei wenigstens einer Kupplung des Kupplungssystems
den Arbeitsraum und den Ausgleichsraum zur Reduzierung des Fliehöleinflusses
aufeinander abzustimmen. Dabei entsteht eine bauraumsparende, radial
geschachtelte Anordnung von Arbeitsraum und Ausgleichsraum. Die
Schachtelung gewährleistet das Sicherstellen des benötigten
Fliehölausgleichs. Dazu ragt der Arbeitsraum des Ringkolbens
in den Ausgleichsraum hinein. Zusätzlich befindet sich
ein Überlauf des Ausgleichsraumes radial fast auf gleicher
Höhe wie die innere Ringkolbendichtung.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:
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1:
Teillängsschnitt durch eine Doppelkupplung;
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2: 1 mit
weiteren Details.
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1 zeigt
eine Doppelkupplung mit zwei tauchgeschmierten und -gekühlten
Reibkupplungen 50, 150. Diese kraftschlüssigen
Schaltkupplungen haben zwei radial hintereinander angeordnete Lamellenpakete 55, 155.
Demnach sitzt das erste Lamellenpaket 55 auf einem größeren
Radius als das zweite 155. Die beiden Kupplungen 50, 150 werden hydraulisch
geschlossen. Das Lösen der einzelnen Kupplung 50, 150 erfolgt über
Federelemente und/oder hydraulisch über entsprechende Zylinder-Kolben-Einheiten.
Die Federelemente 100, 200 sind z. B. mechanische
Federn, wie Schraubenfedern und/oder Membranfedern. Dieses Kupplungssystem
wird in der Regel in Personenkraftwagen eingesetzt.
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Das
Kupplungssystem sitzt zwischen einem mehrwelligen Schaltgetriebe
und dem Antriebsmotor des Fahrzeugs. Der Antriebsmotor ist in der
Regel ein Otto- oder Dieselmotor. Zwischen dem Antriebsmotor und
dem Kupplungssystem ist oft ein Ein- oder Zweimassenschwungrad 3 montiert.
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Da
das Kupplungssystem einen großen Durchmesser aufweist,
ist es in dem Getriebegehäusebereich angeordnet, der als
Getriebeglocke 10 bezeichnet wird.
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Das
Motordrehmoment gelangt von der Kurbelwelle auf das Schwungrad 3,
vgl. 1. Letzteres sitzt über eine drehstarre
Wellen-Naben-Verbindung 21 auf der Kupplungseingangswelle 20,
vgl. 1. Hinter der Wellen-Naben-Verbindung 21 verbreitert sich
die Kupplungseingangswelle 20 zur Ausbildung eines Mitnehmerscheibensitzes 22.
Der Mitnehmerscheibensitz 22 hat eine gemeinsame Montagefuge 23 mit
der auf ihm befestigten Mitnehmerscheibe 30. Der Radius
der Montagefuge 23 ist um maximal 45% größer
als der Wirkdurchmesser der Wellen-Naben-Verbindung 21.
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Die
z. B. tiefgezogene Mitnehmerscheibe 30 ist mit einem ersten
Außenlamellenträger 40 drehstarr verbunden,
der wiederum mit einem zweiten Außenlamellenträger 140 drehstarr
verbunden ist. Die Außenlamellenträger 40, 140 haben
zwei ringförmige Lamellentragabschnitte 58 und 158.
Der erste Außenlamellenträger 40 ist
an einer Hauptnabe 47 befestigt. Die Kombination aus Kupplungseingangswelle 20,
Mitnehmerscheibe 30, Außenlamellenträger 40, 140 und
Hauptnabe 47 rotieren mit der Motordrehzahl. Diese Teile 20, 30, 40, 140, 47 befinden sich
im dauernden Eingriff mit der Kurbelwelle des Antriebsmotors.
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Die
Kupplungseingangswelle 20 hat eine zentrale Bohrung 24,
in der wälzgelagert eine erste Getriebeeingangswelle 51 gelagert
ist. Auf dieser Getriebeeingangswelle 51 ist über
eine Wellen-Naben-Verbindung 52 ein erster Lamellenträgerflansch 53 angeordnet.
Am Lamellenträgerflansch 53 ist ein erster topfförmiger
Lamellenträger 54 angeschweißt. Zwischen
dem ersten Lamellenträger 54 und dem äußeren
Lamellentragabschnitt 58 des ersten Außenlamellenträgers 40 sind
die Lamellen 56, 57 der ersten Kupplung 50 angeordnet.
Dabei greifen Außenlamellen 56 formschlüssig
in die Profilierung des äußeren Lamellentragabschnittes 58 ein.
Die Außenlamellen 56 sind an diesem Lamellentragabschnitt 58 drehsteif
aber längsverschieblich gelagert. Die zwischen den Außenlamellen 56 sitzenden
Innenlamellen 57 sind auf vergleichbare Weise mit der Profilierung
des ersten Innenlamellenträgers 54 verbunden.
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Der
erste Außenlamellenträger 40 bildet zusammen
mit der Hauptnabe 47 einen Ausgleichsringzylinder 45 aus.
Nach 1 ist nach links seitlich versetzt zum Ausgleichsringzylinder 45 an
der Hauptnabe 47 eine im Teilquerschnitt im Wesentlichen
u-förmige Zylinderaußenwand 48 starr
angeordnet. Zwischen der Zylinderaußenwand 48 und
dem Ausgleichsringzylinder 45 ist ein aus Tiefziehblech
geformter, erster Ringkolben 61 angeordnet. Der Ringkolben 61 hat
einen Kolbenabschnitt 62 und einen Kraftübertragungsabschnitt 67.
Zwischen dem Kolbenabschnitt 62 und der Zylinderaußenwand 48 befindet
sich ein erster Arbeitsraum 80.
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Dieser
Arbeitsraum 80 wird mit Drucköl beaufschlagt,
um den Kraftübertragungsabschnitt 67 gegen das
erste Lamellenpaket 55 zu pressen. Dazu greift der Kraftübertragungsabschnitt 67 über
Finger 68 in den Innenraum 46 des ersten Außenlamellenträgers 40 ein.
Bei betätigter erster Kupplung 50 wird die Kupplungseingangswelle 20 über
den ersten Außenlamellenträger 40 und
den ersten Innenlamellenträger 54 mit der ersten
Getriebeeingangswelle 51 verbunden. Eines der auf dieser
Welle 51 angeordneten Gangräder kämmt
dann kraftübertragend mit einem Gangrad auf der Getriebeausgangswelle.
Die Gangräder und die Getriebeausgangswelle sind in 1 nicht
dargestellt.
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Zwischen
dem Kolbenabschnitt 62 und dem Ausgleichsringzylinder 45 des
ersten Außenlamellenträgers 40 befindet
sich ein erster, ölbefüllter Ausgleichsraum 90.
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Zwischen
dem Kraftübertragungsabschnitt 67 und dem ersten
Außenlamellenträger 40 sitzt als elastisches
Rückstellelement die Membranfeder 100. Sie löst
bei einer Druckentlastung des ersten Arbeitsraumes 80 die
Finger 68 vom ersten Lamellenpaket 55.
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In
der Hauptnabe 47 ist eine zweite Getriebeeingangswelle 151 z.
B. über zwei Nadellager gelagert. Diese als Hohlwelle ausgebildete
Getriebeeingangswelle 151 umgibt zumindest bereichsweise
die erste Getriebeeingangswelle 51. Am vorderen – zur Kupplungseingangswelle 20 hin
orientierten – Wellenende befindet sich eine Wellen-Naben-Verbindung 152, über
die ein zweiter Lamellenträgerflansch 153 drehstarr
auf der zweiten Getriebeeingangswelle 151 angeordnet ist.
Auf dem Lamellenträgerflansch 153 ist der Innenlamellenträger 154 der
zweiten Kupplung 150 befestigt.
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Zwischen
diesem zweiten Innenlamellenträger 154 und dem
ersten Innenlamellenträger 54 ist ein innerer
Lamellentragabschnitt 158 des zweiten Außenlamellenträgers 140 angeordnet.
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Er
ist am ersten Außenlamellenträger 40 angeschweißt.
Der zweite Innenlamellenträger 154 und der zweite
Außenlamellenträger 140 fixieren das zweite
Lamellenpaket 155 in bekannter Weise.
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Innerhalb
des Bauraumes des zweiten Innenlamellenträgers 154 ist
eine an der Hauptnabe 47 befestigte Ausgleichsraumbegrenzungswandung 191 angeordnet.
Die Begrenzungswandung 191 hat die Form eines einen zweiten
Ausgleichsraum 190 auf drei Seiten umgebenden Ringkanals.
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Zwischen
dem Ausgleichsraum 190 und dem ersten Außenlamellenträger 40 ist
ein zweiter Ringkolben 161 angeordnet. Der in einen Kolbenabschnitt 162 und
einen Betätigungsabschnitt 167 aufgeteilte Ringkolben 161 drückt – beim
Einkuppeln – mit dem Betätigungsabschnitt 167 auf
das zweite Lamellenpaket 155.
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Der
Kolbenabschnitt 162 schließt einen zweiten Arbeitsraum 180 ab,
der durch den ersten Außenlamellenträger 40 und
einen Zylinderring 181 gebildet wird. Er ist hierbei gegenüber
beiden Bauteilen 40, 181 mittels Lippendichtringen
abgedichtet. Der Kolbenabschnitt 62 des ersten Ringkolbens 61 hat
vergleichbare Dichtungen. Der Zylinderring 181 ist ebenfalls
auf der Hauptnabe 47 befestigt. Der Ringkolben 161 ist
auch gegenüber dem Ausgleichsraum 190 abgedichtet.
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Wird
die zweite Kupplung 150 betätigt, wird bei sich öffnender
erster Kupplung 50 der zweite Außenlamellenträger 140 mit
dem zweiten Innenlamellenträger 154 verbunden.
Das Motordrehmoment wird somit auf die zweite Getriebeeingangswelle 151 übertragen.
Entsprechende Gangräder leiten die Rotationsbewegung drehmomentverändert
auf die nicht dargestellte, den Antriebsstrang antreibende Getriebeausgangswelle
weiter.
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Im
zweiten Ausgleichsraum 190 sind eine Vielzahl von Federelementen 200,
z. B. in Form von Schraubendruckfedern, angeordnet. Sie stützen
sich zwischen dem zweiten Ringkolben 161 und der Begrenzungswandung 191 ab.
U. a. über die Federelemente 200 wird der Ringkolben 161 beim
Lösen der zweiten Kupplung 150 vom entsprechenden
Lamellenpaket 155 abgehoben.
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Die 2 zeigt
u. a. den mit Hydrauliköl 4 befüllten
Ausgleichsraum 190 der zweiten Kupplung 150. Dieser
Ausgleichsraum 190 wird von der Ausgleichsraumbegrenzungswandung 191,
dem Zylinderring 181 und dem zwischen den beiden letztgenannten
Bauteilen geführten Kolbenabschnitt 162 des Ringkolbens 161 begrenzt.
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Die
rinnen- oder kanalartige Ausgleichsraumbegrenzungswandung 191 umschließt
ringförmig die sie tragende Hauptnabe 47. Ihr
nach den 1 und 2 nach links
ausgerichteter Öffnungsquerschnitt wird beispielsweise
zu ca. 77% durch den Kolbenabschnitt 162 des Ringkolbens 161 verschlossen.
Die restliche Querschnittsfläche wird durch den Zylinderring 181 abgedeckt.
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Die
Ausgleichsraumbegrenzungswandung 191 hat beispielsweise
zwei zylindrische Bereiche. Der erste ist ein außen liegender
Führungsbereich 192, an dessen Innenwandung 193 der
Kolbenabschnitt 162 dichtend entlang gleitet. Der zweite
ist ein Ringbereich 194, der in der Nähe der Hauptnabe 47 angeordnet
ist und eine Vielzahl von Überlaufbohrungen 195 aufweist.
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Über
die Überlaufbohrungen 195 befüllt und entleert
sich der Ausgleichsraum 190. Das Entleeren findet beim
Betätigen der zweiten Kupplung 150 statt. Das über
die Überlaufbohrungen 195 durch den Ringkolben 161 verdrängte
Hydrauliköl 4 strömt in einen zwischen
der Ausgleichsraumbegrenzungswandung 191 und dem zweiten
Innenlamellenträger 154 gelegenen Spaltraum 5 in
weitgehend radialer Richtung ab. Es dient hierbei u. a. zur Kühlung
der Lamellenpakete 55, 155.
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Der
Zylinderring 181 hat einen zylindrischen Führungsbereich 182 und
einen diesen tragenden doppeltabgewinkelten Flanschbereich 184.
Letzterer ist zusammen mit der Ausgleichsraumbegrenzungswandung 191 drehstarr
an der Hauptnabe 47 befestigt. Der gesamte – radial
zwischen der Kupplungsmittellinie 9 und dem Zylinderring 181 gelegene – Hohlraum
wird als Bauraum des Zylinderrings 181 bezeichnet.
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Der
Führungsbereich 182 des Zylinderrings 181 weist
an seiner Außenkontur eine Führungsfläche 183 auf,
an der der Ringkolben 161 – den Arbeitsraum 180 und
den Ausgleichsraum 190 trennend – abdichtend entlanggleitet.
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Im
Ausgleichsraum 190 befindet sich eine unter Fliehkraft
stehende Ölmenge. Der große Radius 197 des
Ausgleichsraumes 190 wird durch die äußere
Führungsfläche 193 vorgegeben. Den kleinen Radius 198 des
Ausgleichsraumes 190 bestimmen die zur Kupplungsmittellinie 9 hin
orientierten Kanten der Überlaufausnehmungen 195.
Die rotierende wirksame Ölsäule des Ausgleichsraumes 190 erstreckt sich
in etwa vom kleinen Radius 198 bis zum großen Radius 197.
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Der
Arbeitsraum 180 des zweiten Ringkolbens 161 wird
radial nach außen durch eine kolbenseitige Führungsfläche 165 be grenzt.
An ihr gleitet eine im Außenlamellenträger 40 angeordnete
Dichtung 49 entlang. Der Radius 187 dieser Führungsfläche 165 ist
kleiner als der große Ausgleichsraumradius 197.
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Die
radial innen liegende Begrenzung des Arbeitsraumes 180 liegt
im Flanschbereich 184 des Zylinderringes 181.
Die Druckölzufuhr des Arbeitsraumes 180 erfolgt
auf dem Niveau des Radius 188. Die rotierende wirksame Ölsäule
des Arbeitsraumes 180 erstreckt sich somit in etwa vom
kleinen Radius 188 bis zum großen Radius 187.
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Durch
eine gezielte Wahl des Radius 198 lässt sich der
auf die Fläche des Kolbenabschnitts 162 zwischen
Radius 189 und 197 wirksame Rotationsdruck der
rotierenden Ölsäule, die sich zwischen Radius 198 und 197 im
Ausgleichsraum 190 ausbildet, abstimmen. Dadurch lässt
sich der im Arbeitsraum (180) entstehende Rotationsdruck,
der zu einem ungewollten Schließen der Kupplung führen kann,
zu 100% oder darüber ausgleichen.
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Ferner
ist es für bestimmte Anwendungen möglich, einen
Ausgleich des Rotationsdruckes nach der Erfindung nur zu einem bestimmten,
gewünschten Betrag kleiner als 100% vorzusehen.
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- 2
- Getrieberaum,
Getriebenassraum
- 3
- Zweimassenschwungrad,
Schwungrad
- 4
- Hydrauliköl,
Drucköl
- 5
- Spaltraum
- 9
- Kupplungsmittellinie
- 10
- Getriebegehäuse,
Gehäuseglocke
- 11
- Trennwand
- 20
- Kupplungseingangswelle
- 21
- Wellen-Naben-Verbindung
- 22
- Mitnehmerscheibensitz
- 23
- Montagefuge
- 24
- Bohrung,
zentral
- 30
- Mitnehmerscheibe
- 40
- erster
Außenlamellenträger der äußeren Kupplung
- 45
- Ausgleichsringzylinder,
Wandung des Ausgleichsraumes
- 46
- Innenraum
- 47
- Hauptnabe
- 48
- Zylinderaußenwand
- 49
- Dichtung
- 50
- erste
Reibkupplung, äußere Kupplung
- 51
- erste
Getriebeeingangswelle
- 52
- Wellen-Naben-Verbindung
- 53
- erster
Lamellenträgerflansch
- 54
- erster
Innenlamellenträger
- 55
- Lamellenpaket
- 56
- Außenlamellen
- 57
- Innenlamellen
- 58
- Lamellentragabschnitt,
außen
- 60
- erstes
Stellglied
- 61
- erster
Ringkolben, Kolben
- 62
- Kolbenabschnitt
- 67
- Kraftübertragungsabschnitt
- 68
- Finger
- 80
- erster
Arbeitsraum
- 90
- erster
Ausgleichsraum
- 100
- Federelement,
Rückholfeder, Membranfeder
- 140
- zweiter
Außenlamellenträger der inneren Kupplung
- 150
- zweite
Reibkupplung, innere Kupplung
- 151
- zweite
Getriebeeingangswelle
- 152
- Wellen-Naben-Verbindung
- 153
- zweiter
Lamellenträgerflansch
- 154
- zweiter
Innenlamellenträger
- 155
- Lamellenpaket
- 156
- Außenlamellen
- 157
- Innenlamellen
- 158
- Lamellentragabschnitt,
innen
- 160
- zweites
Stellglied
- 161
- zweiter
Ringkolben, Kolben
- 162
- Kolbenabschnitt
- 163
- Führungskontur,
radial außen liegend
- 164
- Führungskontur,
radial innen liegend
- 165
- Führungsfläche,
zylindrisch, außen liegend
- 167
- Betätigungsabschnitt
- 180
- zweiter
Arbeitsraum
- 181
- Zylinderring
- 182
- Führungsbereich
- 183
- Führungsfläche,
zylindrisch, innen liegend
- 184
- Flanschbereich
- 187
- Arbeitsraumradius,
groß
- 188
- Arbeitsraumradius,
klein
- 189
- Abstand
von (9) zu (183), Radius
- 190
- zweiter
Ausgleichsraum
- 191
- Ausgleichsraumbegrenzungswandung
- 192
- Führungsbereich,
außen liegen, Abschnitt
- 193
- Führungsfläche,
zylindrisch, außen liegend
- 194
- Ringbereich,
zylindrisch, innen liegender Bereich
- 195
- Überlaufausnehmungen,
Bohrungen
- 197
- Ausgleichsraumradius,
groß
- 198
- Ausgleichsraumradius,
klein
- 200
- Federelemente,
Rückholfedern, Schraubenfedern
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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