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Die
Erfindung betrifft eine schaltbare Kupplungseinrichtung, insbesondere
in Scheibenbauweise mit zumindest einem ersten und einem zweiten, reibflächentragende
und/oder reibflächenbildende Elemente umfassenden Kupplungsteil,
die wenigstens mittelbar durch eine, über einen Druckraum
mit Druckmittel beaufschlagbare Stelleinrichtung in Wirkverbindung
bringbar sind.
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Die
Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein
Hybridsystem, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen
mit zumindest zwei Antriebsmaschinen, die über eine Kraftübertragungsvorrichtung
mit weiteren Übertragungseinheiten koppelbar sind, wobei
eine Einrichtung zur Gewährleistung/Trennung des Kraftflusses
zwischen der ersten Antriebsmaschine und dem Antriebsstrang vorgesehen
ist, umfassend eine schaltbare Kupplungseinrichtung mit einem ersten
Kupplungsteil und einem zweiten Kupplungsteil, die über
eine mit Druckmittel betätigbare Stelleinrichtung wenigstens
mittelbar miteinander in Wirkverbindung bringbar sind.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang
für ein Hybridsystem.
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Bei
den bekannten Antriebssträngen mit einer schaltbaren druckmittelbetätigbaren
Kupplungseinrichtung zum wahlweisen Verbinden oder Trennen einer
Antriebsmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine von einem
Antriebstrang in Form einer Lamellenkupplung wird diese mittels
zumindest eines Kolbenelementes mit einem diesen zugeordneten geschlossenen,
mit Druckmittel beaufschlagbaren und auch als Kolbenraum bezeichneten Druckraum
betätigt. In einer alternativen Ausführung ist
eine Düse oder eine Blende zur Verbindung zwischen dem
mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolbenraum und dem übrigen,
die reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden
Elemente umgebenden Kupplungsraum vorgesehen. Das bedeutet, dass
im ersten Fall kein Kühlölstrom zur Kühlung
der reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden Elemente
zur Verfügung steht oder der sich über die Blende
oder Düse ausbildende Kühlölstrom zwischen
den dadurch miteinander verbundenen, mit Druckmittel, insbesondere
Fluid beaufschlagbaren Druckräumen nicht proportional zum
eigentlichen Kühlbedarf verhält. Dies führt
zu einer erhöhten thermischen Belastung der Kupplung und
Verringerung der Verfügbarkeit sowie zu Energieverlusten.
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In
Hybridsystemen, in welchen zumindest zwei unterschiedliche Antriebsmaschinen
vorgesehen sind, über die der Antrieb wahlweise oder aber gemeinsam
erfolgen kann, wobei zumindest eine geeignet ist, in einer ersten
Betriebsweise als Antriebsmaschine und in einer zweiten Betriebsweise
als Maschine zur Umwandlung der Bremsenergie in eine andere Energieform
zum Zweck der Zwischenspeicherung und/oder als Antriebsenergie für
weitere Verbraucher zu fungieren, können derartige Kupplungseinrichtungen,
welche als Einrichtung zur Unterbrechung/Realisierung des Kraftflusses
zwischen der ersten Antriebsmaschine und dem Antriebstrang vorgesehen
werden, nicht ohne erheblichen Mehraufwand hinsichtlich der Deckung
des Kühlbedarfs betrieben werden.
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Ein
derartiges Hybridsystem ist beispielsweise in der Druckschrift
DE 103 10 831 A1 30 dargestellt. Dieses offenbart eine
Kraftübertragungsvorrichtung, die zwischen zwei Antriebsmaschinen
und einem nachgeordneten Verbraucher in Form eines Getriebes angeordnet
ist. Zur vollständigen Entkoppelung der ersten Antriebsmaschine
vom Antriebsstrang ist zwischen dieser und der Kraftübertragungsvorrichtung
eine Einrichtung zur Unterbrechung/Realisierung des Kraftflusses
vorgesehen, die in Form einer schaltbaren Kupplungseinrichtung ausgeführt
ist, welche auch als Motorkupplung oder Trennkupplung bezeichnet
wird. Die zweite Antriebsmaschine ist als elektrische Maschine ausgebildet, deren
Rotor drehfest mit der Kraftübertragungsvorrichtung verbunden
ist. Die Kraftübertragungsvorrichtung umfasst zumindest
ein Anfahrelement, vorzugsweise in Form einer hydrodynamischen Komponente und
eine Einrichtung zur zumindest teilweisen Umgehung des Kraftflusses über
die hydrodynamische Komponente. Diese ist vorzugsweise in Form einer reibschlüssigen
schaltbaren Kupplungseinrichtung ausgeführt, welche auch
als Überbrückungskupplung bezeichnet wird und
im Kraftfluss eine Umgehung der hydrodynamischen Komponente ermöglicht.
Das nachgeordnete Getriebe, welches in der Regel als Schaltgetriebe
ausgeführt ist, ist durch eine Mehrzahl von druckmittelbetätigten
Schaltelementen charakterisiert. Als mögliche Grundbetriebsweisen
eines derartigen Antriebsstranges werden im Traktionsbetrieb nachfolgende
Betriebsweisen angesehen, welche durch weitere Unterbetriebsweisen
modifizierbar sind:
- – Fahren, insbesondere
motorisches Fahren mit Kraftfluss von der ersten Antriebsmaschine,
insbesondere Verbrennungskraftmaschine über einen ersten
und/oder zweiten Leistungszweig der Kraftübertragungsvorrichtung
bei geschlossener Einrichtung zur Unterbrechung/Realisierung des Kraftflusses
zwischen der ersten Antriebsmaschine und der Kraftübertragungsvorrichtung
- – Fahren, insbesondere elektrisches Fahren mit Kraftfluss
von der zweiten Antriebsmaschine, insbesondere elektrischen Maschine über
einen ersten und/oder zweiten Leistungszweig der Kraftübertragungsvorrichtung
bei geöffneter/getrennter Einrichtung zur Unterbrechung/Realisierung
des Kraftflusses zwischen der ersten Antriebsmaschine und der Kraftübertragungsvorrichtung
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Im
Zustand „elektrisches Fahren” steht der Verbrennungsmotor
und die elektrische Maschine läuft. Es besteht also eine
Differenzdrehzahl an der schaltbaren Kupplungseinrichtung, insbesondere zwischen
den einzelnen Kupplungsteilen, wodurch Reibungswärme entsteht.
In diesem Fahrmodus steht im Druckraum zur Beaufschlagung der Stelleinrichtung
der schaltbaren Kupplungseinrichtung jedoch nur ein geringer Druck
oder gar kein Druck an, so dass auch nur ein kleiner Kühlölstrom
mit sehr geringer Kühlleistung entstehen kann.
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Im
Zustand „Fahren mit Verbrennungsmotor” drehen
sich sowohl der Verbrennungsmotor als auch die elektrische Maschine.
Die Nasskupplung ist geschlossen, es bestehen dort keine Drehzahldifferenzen,
folglich keine Reibungsverluste und keine Wärmeentwicklung.
Andererseits strömt aber bei der Verwendung einer Blende
oder Düse der maximale Kühlölstrom, da
in diesem Betriebsmodus der höchste Öldruck im
Kolbenraum ansteht. Daraus folgt, dass auch beim Einsatz einer Kühlblende
zur Kupplungskühlung der Kühlölstrom
immer entgegengesetzt proportional zum eigentlichen Kühlbedarf
ist.
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In
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 040 117 A1 ist
des Weiteren eine Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug
zum Einbau zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Fahrzeuggetriebe
beschrieben, welche eine elektrische Maschine mit einem Rotor und
einem Stator aufweist und als Motor oder Generator betreibbar ist.
Radial innerhalb der elektrischen Maschine ist mindestens eine schaltbare
Kupplung angeordnet und das Fahrzeuggetriebe weist eine Getriebeeingangswelle
und ein Getriebegehäuse auf. Kühlmittel, beispielsweise Kühlöl,
wird im Wesentlichen zur Kühlung der Kupplung durch eine
zentrale Kühlmittelversorgung vom Getriebe zur Hybridantriebseinheit
zu- und abgeführt. Der zentralen Kühlmittelversorgung
schließt sich ein im Wesentlichen geschlossener Kühlmittel-Kreislauf an,
in welchem im Bereich der Kupplung ein Druckausgleichraum vorgesehen
ist, welcher vom Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs
durchströmbar ist. Das Kühlmittel ist auf beiden
Seiten des Kolbenelementes vorgesehen. Auch hier ist die Versorgung
mit Kühlmittel im Wesentlichen von den am Kolbenelement herrschenden
Druckverhältnissen abhängig.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Antriebsstrang für
ein Hybridsystem bereitzustellen, bei dem sich der in den einzelnen
Betriebsweisen erforderliche Kühlbedarf und die tatsächlich
zur Verfügung stehende Kühlleistung der schaltbaren Kupplungseinrichtung
zur Gewährleistung/Trennung des Kraftflusses zwischen der
ersten Antriebsmaschine und dem Antriebsstrang weitgehend entsprechen.
Die erfindungsgemäße Lösung soll sich
dabei durch einen geringen konstruktiven Aufwand auszeichnen.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 17 und
24 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
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Eine
erfindungsgemäß ausgeführte schaltbare
Kupplungseinrichtung, insbesondere in Scheibenbauweise in Form einer
reibschlüssigen Nasskupplung mit zumindest einem ersten
und einem zweiten, reibflächentragende und/oder reibflächenbildende
Elemente umfassenden Kupplungsteil, die wenigstens mittelbar durch
eine über einen Druckraum mit Druckmittel beaufschlagbare
Stelleinrichtung in Wirkverbindung bringbar sind, ist dadurch gekennzeichnet,
dass im Funktionszustand der schaltbaren Kupplungseinrichtung „Geöffnet” Mittel
zur Erzeugung einer Kühlölströmung zu
den reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden
Elementen der einzelnen Kupplungsteile vorgesehen sind.
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Beim
Einsatz der schaltbaren Kupplungseinrichtung in Hybridsystemen kann
dadurch in besonders vorteilhafter Weise die an den mit Relativdrehzahl
zueinander rotierenden Kupplungsteilen, insbesondere den einzelnen
reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden
Elementen entstehende Reibwärme bei geöffneter
Kupplungseinrichtung und angetriebenem zweiten Kupplungsteil gezielt
abgeführt werden, so dass die thermische Beanspruchung
relativ gering gehalten werden kann.
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Die
Mittel zur Erzeugung einer Kühlölströmung
umfassen dazu zumindest eine strömungstechnische Verbindung
zwischen dem zur Betätigung, insbesondere zum Schließen
der schaltbaren Kupplungseinrichtung ohnehin mit Druckmittel beaufschlagbaren,
an der Stelleinrichtung, insbesondere einem Kolbenelement wirksamen
Druckraum und der Umgebung der einzelnen Kupplungsteile sowie Mittel zur
Steuerung der Fluidströmung über die derart geschaffene
strömungstechnische Verbindung. Das der schaltbaren Kupplung
zugeordnete Betriebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem
ist dazu derart ausgeführt und ausgelegt, dass auch im
geöffneten Zustand der schaltbaren Kupplungseinrichtung und
damit der Öffnen-Endlage des Kolbenelementes der Druckraum
nie vollständig druckfrei ist, sondern immer ein geringer
Druck vorhanden ist. Dieser wird durch eine Mindestbefüllung
mit Fluid mit einem Mindestdruck gewährleistet. Der Mindestdruck
bietet ferner Vorteile im Fall einer erforderlichen Neubeaufschlagung
der Stelleinrichtung der schaltbaren Kupplungseinrichtung.
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Die
Stelleinrichtung umfasst dazu zumindest ein Kolbenelement, das an
einem der beiden Kupplungsteile und/oder einem drehfest mit diesem
verbundenen Element in axialer Richtung unter Ausbildung des mit
Druckmittel beaufschlagbaren Druckraumes verschiebbar geführt
ist. Die strömungstechnische Verbindung wird über
zumindest eine Öffnung, insbesondere Durchlassöffnung
im Kolbenelement oder eine Ausnehmung im Druckraum, insbesondere
der Wandung des Kolbenelementes, vorzugsweise im Kolbenboden erzeugt,
deren Durchlassquerschnitt steuerbar ist. Dabei ist zumindest eine, vorzugsweise
ist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Öffnungen
vorgesehen. Die Mittel zur Steuerung der Fluidströmung
in Abhängigkeit der Stellung des Kolbenelementes können
gemäß einer ersten Ausführung zumindest
eine steuerbare Ventileinrichtung, insbesondere eine Drossel umfassen,
die in der Verbindung integriert und entsprechend des Betätigungsdruckes
am Kolbenelement angesteuert wird. Dies setzt jedoch eine aktive
Steuerung voraus.
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Demgegenüber
ist eine weitere vorteilhafte Ausführung dadurch charakterisiert,
dass ein Element zum Verschließen der einzelnen Öffnung und/oder
Ausnehmung vorgesehen ist, welches vorzugsweise von einem Element
der schaltbaren Kupplungseinrichtung, vorzugsweise einem reibflächentragenden
oder reibflächenbildenden Element der schaltbaren Kupplungseinrichtung
gebildet wird. In einer besonders vorteilhaften Ausführung
wird diese Funktion von der Randlamelle übernommen. Auf eine
separate Ventileinrichtung kann verzichtet werden und es wird die
ohnehin vorhandene Kupplungskonfiguration zur Änderung
des Durchlassquerschnittes genutzt.
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Um
eine vollständig selbsttätige Anpassung des über
die Verbindung erzeugbaren Kühlmedienstromes zu gewährleisten,
mündet in einer besonders vorteilhaften Ausführung
die einzelne Öffnung, insbesondere Durchlassöffnungen
im Bereich der an den reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden Elementen
wirksamen Kolbenfläche am Kolbenelement und die Steuerung
des Durchlassquerschnittes erfolgt durch die Steuerung der durch
die wirksamen Kolbenfläche an den Kupplungsteilen aufbringbaren Anpresskraft.
D. h. mit größer werdendem Anpressdruck wird die
Durchgangsöffnung aufgrund der Anpressung an ein Element
der schaltbaren Kupplungseinrichtung, insbesondere die End- oder
Randlamelle verschlossen. Es bedarf keiner zusätzlichen
Maßnahmen innerhalb der strömungsmäßigen
Verbindung und der Kühlmedienstrom wird automatisch beim
Schließen der Kupplung verringert, während dieser
durch Freigabe des Durchlassöffnungsquerschnittes entsprechend
der Stellung des Kolbenelementes freigegeben wird. Es ist lediglich
die Geometrie der Durchlassöffnung auf die Größe
des erforderlichen Kühlmedienstromes in der Öffnen-Endlage
der Stelleinrichtung abzustimmen. Diese Lösung stellt eine
besonders kostengünstige und einfach realisierbare Ausführung
dar, die auch in bestehenden Kupplungseinrichtungen einfach nachrüstbar
ist.
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Das
Kolbenelement der Stelleinrichtung kann dabei unter Ausbildung des
mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckraumes am zweiten Kupplungsteil
oder einem mit diesem drehfest verbundenen Bauteil in axialer Richtung
geführt werden. Der zweite Kupplungsteil umfasst dazu vorzugsweise
einen Außenlamellenträger, der an einem rotierbaren Gehäuseteil
angeordnet ist oder mit diesem eine integrale Baueinheit bildet,
wobei das Kolbenelement am Gehäuse, einer mit dem Gehäuse
drehfest verbundenen Wandung oder einem drehfest mit diesem verbundenen
Element in axialer Richtung verschiebbar geführt ist.
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In
einer alternativen Ausführung kann das Kolbenelement auch
am ersten Kupplungsteil oder einem mit diesem drehfest verbundenen
Bauteil in axialer Richtung geführt werden.
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Damit
das Kolbenelement in der Stellung „Geöffnet” und
damit dem Funktionszustand der schaltbaren Kupplungseinrichtung „Geöffnet” mit
geringem Druck beaufschlagt werden kann, ohne zu einem Schließen
der schaltbaren Kupplungseinrichtung zu führen, ist eine
Einrichtung zur Erzeugung einer entgegengesetzt zur Druckkraft über
die Druckkammer ausgerichteten Betätigungskraft, insbesondere
einer Vorspannkraft vorgesehen. Diese umfasst im einfachsten Fall
ein Vorspannelement, welches am Kolbenelement wirksam ist und sich
an einem der Kupplungsteile oder einem mit diesem drehfest verbundenen
Anschlusselement abstützt. Das Vorspannelement umfasst
je nach Zuordnung zur Stelleinrichtung eine Tellerfedereinrichtung
oder eine Druck- oder Zugfedereinrichtung-, die vorzugsweise direkt die
Stelleinrichtung der schaltbaren Kupplungseinrichtung beaufschlagt.
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Ein
Antriebsstrang für ein Hybridsystem, insbesondere für
den Einsatz in Fahrzeugen mit zumindest zwei Antriebsmaschinen,
die über eine Kraftübertragungsvorrichtung mit
weiteren Übertragungseinheiten koppelbar sind, wobei eine
Einrichtung zur Gewährleistung/Trennung des Kraftflusses
zwischen der ersten Antriebsmaschine und dem Antriebsstrang vorgesehen
ist, umfasst in vorteilhafter Weise eine schaltbare Kupplungseinrichtung
mit einem ersten Kupplungsteil und einem zweiten Kupplungsteil, die über
eine mit Druckmittel betätigbare Stelleinrichtung wenigstens
mittelbar miteinander in Wirkverbindung bringbar sind, und die gemäß einem
der Ansprüche 1 bis 16 ausgeführt ist. Beim alleinigen
Antrieb über die zweite Antriebsmaschine kann dadurch in
besonders vorteilhafter Weise die maximale Kühlleistung zur
Verfügung gestellt werden, während diese entsprechend
dem verringerten Erfordernis beim Schließen der schaltbaren
Kupplungseinrichtung abnimmt.
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Bezüglich
des Aufbaus der Kraftübertragungsvorrichtung selbst besteht
eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese umfasst vorzugsweise
zumindest ein Anfahrelement, besonders bevorzugt eine hydrodynamische
Komponente und eine Einrichtung zur Umgehung der hydrodynamischen
Komponente im Kraftfluss, wobei in besonders vorteilhafter Weise Kraftübertragungseinvorrichtung
und schaltbare Kupplungseinrichtung aus einem gemeinsamen Betriebsmittelsteuer-
und Führungssystem mit Druckmittel versorgt werden können.
Die Kraftübertragungsvorrichtung kann zumindest als Zwei-
oder Dreikanaleinheit ausgeführt sein. Im ersten Fall umfasst
diese zumindest zwei Anschlüsse, einen ersten mit einem
Arbeitsraum der hydrodynamischen Komponente gekoppelten Anschluss
und einen zweiten mit einem von einem Gehäuse am Außenumfang
der hydrodynamischen Komponente begrenzten und mit Betriebsmittel
befüllbaren Raum gekoppelten Anschluss. Bei Ausführung
als Dreikanaleinheit ist ein weiterer dritter, mit einem dem Kolbenelement
zugeordneten und beliebig mit Druckmittel beaufschlagbaren Raum
gekoppelter Anschluss vorgesehen.
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Der
Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung kann dabei von
einer zumindest die Kraftübertragungsvorrichtung, vorzugsweise
auch die schaltbare Kupplungseinrichtung in Form der Motorkupplung
umschließenden Gehäuseglocke und von dieser gebildeten
oder mit dieser drehfest gekoppelten Wandungen zwischen schaltbarer
Kupplungseinrichtung und Kraftübertragungseinheit zur Begrenzung der
Druckräume von schaltbarer Kupplungseinrichtung und Kraftübertragungsvorrichtung
gebildet werden. Dadurch kann die Bauteilanzahl gering gehalten werden
und die Funktionskonzentration auf einige wenige Bauteile erfolgen.
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Der
erfindungsgemäße Antriebsstrang ist in besonders
vorteilhafter Weise für den Einsatz in Hybridsystemen geeignet,
deren erste Antriebsmaschine von einer Verbrennungskraftmaschine
gebildet wird und deren zweite Antriebsmaschine von einer sowohl
motorisch als auch generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine
gebildet wird. Andere Antriebskonzepte zur Realisierung der ersten
und/oder zweiten Antriebsmaschine sind ebenfalls denkbar.
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Die
erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend
anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes
dargestellt:
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1a und 1b verdeutlichen
anhand eines Axialschnittes durch eine erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung
den Aufbau und die Funktionsweise dieser;
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2 verdeutlicht
einen Ausschnitt aus einem Axialschnitt eines erfindungsgemäß ausgeführten
Antriebsstranges mit einer erfindungsgemäßen schaltbaren
Kupplungseinrichtung.
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Die 1a verdeutlicht
in schematisiert vereinfachter Darstellung den Aufbau und die Funktion einer
erfindungsgemäß ausgeführten schaltbaren Kupplungseinrichtung 10,
insbesondere in Form einer reibschlüssigen Nasskupplung 11,
wie sie zwischen einer ersten Antriebsmaschine 12 und dem Antriebsstrang 13 in
Fahrzeugen zum Einsatz gelangen kann, anhand eines Axialschnittes
durch diese. Die Nasskupplung 11 ist in Scheibenbauweise,
insbesondere in Lamellenbauweise ausgeführt, umfassend
zumindest einen ersten Kupplungsteil 10E, der wenigstens
mittelbar drehfest mit der ersten Antriebsmaschine 12 verbindbar
ist und einen zweiten Kupplungsteil 10A, der mit dem restlichen
Antriebsstrang in Richtung zu den Rädern gekoppelt ist.
Erster und zweiter Kupplungsteil 10E, 10A sind
wenigstens mittelbar miteinander über eine Stelleinrichtung 14 in
Wirkverbindung bringbar. Der erste und der zweite Kupplungsteil 10E, 10A umfassen
dazu zumindest einen Lamellenträger und an diesem in axialer
Richtung verschiebbar angeordnete Lamellen 1E und 1A jeweils
für den ersten und zweiten Kupplungsteil 10E, 10A,
welche als reibflächentragende beziehungsweise reibflächenbildende
Elemente fungieren. Unter Reibflächen werden dabei Flächenbereiche
verstanden, die Bestandteil einer Reibpaarung zwischen unterschiedlichen
Bauelementen sein können. Diese können entweder
direkt an der jeweiligen Lamelle ausgebildet sein oder aber durch
eine Beschichtung oder einen zusätzlichen Belag an dieser ausgebildet
werden. Die Nasskupplung 11 ist hydraulisch betätigbar.
Dazu umfasst diese eine Stelleinrichtung 14 mit zumindest
einem Betätigungselement in Form zumindest eines Kolbenelementes 3,
welches mit Druckmittel, insbesondere einem Fluid beaufschlagbar
ist. Die Druckmittelbeaufschlagung erfolgt über einen,
dem Kolbenelement 3 zugeordneten Druckraum 8.
Dieser kann beliebig mit einem Druck beaufschlagt werden, wobei
der Druck in der Regel proportional zum Anpressdruck des Kolbenelementes 3 an
den einzelnen Kupplungslamellen 1E und 1A ist.
Das Kolbenelement 3 ist dabei vorzugsweise am zweiten Kupplungsteil 10A oder
einem mit diesem drehfest verbundenen Element in axialer Richtung verschiebbar
geführt. Die Führung erfolgt vorzugsweise nicht
direkt am zweiten Kupplungsteil 10A, sondern an den drehfest
mit diesen gekoppelten Elementen. Im dargestellten Fall handelt
es sich bei diesem um ein mit dem Lamellenträger in Form
eines Außenlamellenträgers des zweiten Kupplungsteils 10A drehfest
verbundenen Ge häuse 15, das die Kupplungsteile 10E, 10A in
axialer und radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung unter Ausbildung
eines die Kupplungsumgebung bildenden Innenraumes 20 und
zur Aufnahme des Kolbenelementes 3 umschließt,
wobei die Abstützung im Bereich des Innenumfanges 16 des
Kolbenelementes 3 an einer drehfest mit dem Gehäuse 15 verbundenen
Nabe 17 erfolgt. Der Druckraum 8 wird dabei im
dargestellten Fall vom Kolbenelement 3, insbesondere der
Stirnseite 22 des Kolbenelementes 3 und dem mit
dem zweiten Kupplungsteil 10A gekoppelten Gehäuse 15 beziehungsweise
einem drehfest mit diesem gekoppelten Element, insbesondere einer
Wandung beziehungsweise Druckraumtrennung bildenden Zylinderteil 6 begrenzt.
Der zweite Kupplungsteil 10A, insbesondere der Außenlamellenträger
kann auch als bauliche Einheit mit dem Gehäuse 15 ausgeführt
werden. Der die einzelnen Lamellen 1E und 1A aufnehmende
und vom Innenumfang 18 des Gehäuses 15 sowie
der dem Druckraum 8 gegenüberliegenden Stirnseite 19 des
Kolbenelementes 3 begrenzte Innenraum 20 bildet
die Kupplungsumgebung. Um auch im getrennten Zustand, das heißt
im geöffneten Zustand der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 einen
Kühlölstrom zu erzeugen, was insbesondere beim
Einsatz in Hybridsystemen von besonderem Vorteil ist, da die Lamellen
in der Betriebsweise „elektrisches Fahren” mitgeschleppt
werden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass
die Funktionsstellung „Geöffnet” des
Kolbenelementes 3 immer noch durch einen geringen Druck
im Druckraum 8 charakterisiert ist beziehungsweise im Druckraum 8 noch Druckmittel,
insbesondere in Form von Öl vorhanden ist. Zur Erzeugung
eines Kühlmedienstromes ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
eine strömungsmäßige Verbindung zwischen
dem Druckraum 8 und dem die Kupplungsumgebung bildenden
Innenraum 20 vorzusehen, welche hier mit 21 bezeichnet
ist. Vorzugsweise erfolgt die strömungstechnische Verbindung 21 zwischen
dem Druckraum 8 und dem Innenraum 20 direkt durch
das Kolbenelement 3 hindurch. Im einfachsten Fall sind Öffnungen 2 in
Form von Durchlassöffnungen vorgesehen, die sich zwischen den
einander gegenüberliegenden Stirnseiten 19, 22 des
Kolbenelementes 3 erstrecken. Die Anordnung erfolgt derart,
dass die einzelne Öffnung 2 an der Stirnseite 19 im
Bereich der an den einzelnen Kupplungsteilen 10E, 10A wirksamen
Kolbenfläche 31 mündet.
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Um
bei geringer Druckbeaufschlagung das Kolbenelement 3 in
seiner Funktionsstellung zu halten, die dem Zustand „Geöffnet” der
schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 entspricht, ist die
Ausführung in der 1a in
vorteilhafter Weise dadurch charakterisiert, dass die über
die Beaufschlagung des Druckraumes 8 erzeugte Kraft im
Gleichgewicht mit einer Vorspannkraft steht. Diese wird über
eine Einrichtung 32 zur Erzeugung einer der Druckkraft
im Druckraum 8 entgegengesetzt ausgerichteten Betätigungskraft,
umfassend zumindest ein Vorspannelement insbesondere zumindest eine
Federeinheit 7 aufgebracht, indem das Kolbenelement 3 mittels
dieser von den Kupplungslamellen 1E und 1A abgehoben
wird. In dem zwischen dem Kol benelement 3 und dem Gehäuse 15 beziehungsweise
dem mit diesem drehfest verbundenen Zylinderteil 6 gebildeten Druckraum 8 herrscht
ein geringer Öldruck, welcher an der Stirnseite 22,
eine Kraft erzeugt, die kleiner als die Rückstellkraft
der Federeinheit 7 ist. Die Stelleinrichtung 14 der
schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 ist im Funktionszustand „Geöffnet” somit
nicht drucklos. Das Kühlmedium in Form von Öl
wird durch einen Anschluss A1 zum Druckraum 8, insbesondere eine Ölflussbohrung 4 zugeführt.
In diesem Betriebszustand der Nasskupplung 11 kann dabei
das Betriebsmedium, insbesondere Öl, aus dem Druckraum 8 durch
eine Öffnung 2 zu und durch die Lamellen 1E und 1A fließen.
Die Öffnung 2 stellt die Verbindung 21 her.
Der Ölfluss erfolgt zum Zwecke der Kühlung. Überschüssiges Öl
kann durch einen weiteren Anschluss A2 an den Innenraum 20,
insbesondere in Form zumindest einer Ölabflussbohrung 5 einem
Betriebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem zugeführt
werden, insbesondere zu einem Pumpensumpf, einem Ölkühler
oder einer Pumpe abfließen.
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Der
Kühlmedienstrom ist in 1b, für
die in 1a beschriebene Kupplungseinrichtung 10,
dargestellt.
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Im
Funktionszustand „Geschlossen” der reibschlüssigen
Nasskupplung 11 wird der Ölzufluss durch den Anschluss
A1, insbesondere die Ölzuflussbohrung 4 soweit
erhöht, dass das Kolbenelement 3 entgegen der
Federkraft der Federeinheit 7 in Richtung der Lamellen 1E, 1A der
einzelnen Kupplungsteile 10E und 10A verschoben
wird und diese aneinander drückt. Dadurch wird die Wirkverbindung zwischen
diesen hergestellt und aufgrund des vorherrschenden Reibschlusses
frei von Relativbewegungen zwischen den einzelnen Lamellen das erforderliche
Drehmoment übertragen. Gleichzeitig wird erfindungsgemäß die
Verbindung 21 deaktiviert, im einfachsten Fall durch Verschließen
der Öffnung 2. Die Öffnung 2 ist
dabei in besonders vorteilhafter Weise derart angeordnet und ausgerichtet,
dass diese im geschlossenem Zustand der schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 durch
Anlegen des Mündungsbereiches an der wirksamen Kolbenfläche 31 an
der Kolbenstirnseite 19 an einer der Lamellen, insbesondere
der Endlamelle 1.1, anliegt. Dadurch wird der im geöffneten
Zustand über die Öffnung 2 erzeugte Kühlmedienstrom
unterbrochen. Dieser Funktionszustand ist dadurch charakterisiert,
dass kaum Kühlmedium benötigt wird, da die durch
Reibkräfte erzeugte Wärme in diesem Funktionszustand
relativ gering ist.
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In
den Zwischenstellungen, insbesondere im schlupfenden Betrieb der
schaltbaren Kupplungseinrichtung 10 und der dadurch bedingten
Kolbenstellung des Kolbenelementes 3, ist dann die Öffnung 2 nur
teilweise oder bedingt geschlossen. Dadurch wird über diese
ein geringerer Kühlmedienstrom erzeugt als im geöffneten
Zustand. Dieser Kühlmedienstrom ist dann dem Zustand der
Reibkräfte angepasst. Je höher die mögliche
Reibarbeit, je höher der Kühlmedien, insbesondere
Kühlölstrom.
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Die 2 verdeutlicht
eine besonders vorteilhafte Anwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten
schaltbaren Kupplungseinrichtung 10, insbesondere reibschlüssigen
Nasskupplung 11 in einem Antriebsstrang 13 für
ein Hybridsystem 9 für den Einsatz in Fahrzeugen.
Dieser umfasst eine erste Antriebsmaschine 12, welche in
besonders vorteilhafter Ausführung in Form einer Verbrennungskraftmaschine 23 ausgebildet
ist und eine weitere zweite Antriebsmaschine oder Antriebseinheit 24,
welche zumindest als Motor- und/oder Generator betreibbare elektrische
Maschine 25, deren Rotor 25.1 drehfest mit dem
Antriebsstrang 13 verbunden ist, ausgeführt ist.
Die Kopplung der einzelnen Antriebsmaschinen 12 und 24 mit
einem Verbraucher, insbesondere in Form eines Getriebes 26 des
Antriebsstranges 13 und den mit diesem gekoppelten restlichen
Bestandteilen bis zu den Rädern erfolgt über eine
Kraftübertragungsvorrichtung 27, umfassend einen
Eingang E und einen Ausgang A und zumindest ein dazwischen angeordnetes
Anfahrelement 28 und gegebenenfalls eine weitere Vorrichtung
T2 zur Dämpfung von Schwingungen. Das Anfahrelement 28 kann
als hydrodynamische Komponente 29 oder als Kupplung 30,
insbesondere schaltbare Kupplungseinrichtung ausgebildet sein. Die
hydrodynamische Komponente 29 ist in besonders vorteilhafter
Weise als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler ausgeführt.
Dieser dient der gleichzeitigen Wandlung von Drehzahl und Drehmoment
in einem vordefinierten Verhältnis zueinander. Der hydrodynamische
Drehzahl-/Drehmomentwandler umfasst dazu zumindest ein im Kraftfluss
zwischen einer der Antriebsmaschinen 12, 24 und
dem Verbraucher 26 in Form des Getriebes als Pumpenrad
P fungierendes Primärrad und ein als Turbinenrad T fungierendes
Sekundärrad sowie zumindest ein Reaktionsglied in Form
eines Leitrades, welches ortsfest oder aber drehbar gelagert sein
kann. Ferner ist es denkbar, die hydrodynamische Komponente auch
als hydrodynamische Kupplung auszubilden. In diesem Fall umfasst
diese lediglich ein als Pumpenrad P fungierendes Primärrad
und ein als Turbinenrad T fungierendes Sekundärrad. Die hydrodynamische
Kupplung ist frei von einem Leitrad und dient lediglich der Drehzahlwandlung
bei unverändert übertragenem Moment. Die Kraftübertragungsvorrichtung 27 umfasst
dann ferner eine schaltbare Kupplungseinrichtung 30 zur
Umgehung des Kraftflusses über die hydrodynamische Komponente 29,
um eine Nutzung der Leistungsübertragung über die
hydrodynamische Komponente lediglich in den Bereichen hohen Wirkungsgrades
zu ermöglichen und diese in den Betriebsbereichen, die
im Zusammenwirken mit dem Betriebsbereich der entsprechenden Antriebsmaschine
durch einen schlechten Wirkungsgrad charakterisiert sind, zu überbrücken. Derartige
schaltbare Kupplungseinrichtungen werden in Form von reibschlüssigen
Kupplungen, vorzugsweise Lamellenkupplungen, ausgeführt.
Diese sind mit Schlupf betreibbar. Denkbar ist es jedoch auch, synchron
schaltbare Kupplungen einzusetzen. Der Kraftfluss kann dabei entweder
jeweils von einer der Antriebsmaschinen 12 oder 24 über
die Kraftübertragungsvorrichtung 27 zum Getriebe 26 geführt werden
oder aber von beiden gemeinsam, indem die beiden Antriebsmaschinen 12, 24 parallel
betrieben werden. Um eine alleinige Kraftübertragung über
die zweite Antriebsmaschine 24 zum Verbraucher in Form
des Getriebes 26 zu ermöglichen, ist zwischen der
ersten Antriebsmaschine 12, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine 23,
und der Kraftübertragungsvorrichtung 27 eine Einrichtung
zur wahlweisen Unterbrechung des Kraftflusses vorgesehen, welche
vorzugsweise in Form einer schaltbaren Kupplungseinrichtung 10,
insbesondere einer reibschlüssigen Nasskupplung 11 gemäß der 1a, 1b ausgeführt
ist. Diese Kupplungseinrichtung 10 wird dabei auch als
Motorkupplung bezeichnet und dient der Unterbrechung oder Realisierung
eines Kraftflusses zwischen der ersten Antriebsmaschine 12 und
dem nachgeordneten Antriebsstrang 13. Der erste Kupplungsteil 10E ist
dabei wenigstens mittelbar drehfest mit der ersten Antriebsmaschine 12 verbunden,
während der zweite Kupplungsteil 10A wenigstens
mittelbar drehfest mit dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 27 verbunden
ist. Im dargestellten Fall erfolgt die Kopplung des ersten Kupplungsteils 10E mit
der ersten Antriebsmaschine 12 über eine Vorrichtung
T1 zur Dämpfung von Schwingungen, insbesondere eine elastische
Kupplung. Die Kopplung des zweiten Kupplungsteils 10A mit
dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 27 erfolgt
vorzugsweise direkt, insbesondere durch integrale Ausbildung des
Außenlamellenträgers mit dem Gehäuse 15.
Bezüglich der konkreten Ausführung der einzelnen
Verbindungen bestehen dabei eine Vielzahl von Möglichkeiten.
Die konstruktive Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung 27 erfolgt
dabei in der Regel derart, dass diese kein eigenständiges
Gehäuse aufweist, sondern die Pumpenradschale PS, welche
am Pumpenrad P ausgebildet ist, drehfest mit einer Gehäuseglocke 34 verbunden ist,
die sich in axialer Richtung unter Ausbildung eines Innenraumes 35 zur
Aufnahme der schaltbaren Kupplungseinrichtung 30 erstreckt,
wobei je nach Ausgestaltung die Gehäuseglocke 34 derart
ausgeführt sein kann, dass diese das Gehäuse 15 der schaltbaren
Kupplungseinrichtung 10 mitbildet. In diesem Fall ist lediglich
innerhalb der Gehäuseglocke 34 eine Zwischenwandung
zur Unterteilung der einzelnen Druckräume zwischen der
Kraftübertragungsvorrichtung 27 und der schaltbaren
Kupplungseinrichtung 10 in Form einer Druckraumtrennung
vorzusehen, die vom Zylinderteil 6 gebildet werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist in besonders
vorteilhafter Weise in einer Ausführung eines Antriebsstranges 13 in
Form eines Hybridsystems 9 mit einer Kraftübertragungsvorrichtung 27 in
Zweikanalbauweise einsetzbar. Dies bedeutet, dass diese zumindest
zwei Anschlüsse A3 und A4 aufweist und die Betriebsmittelführung
in den einzelnen Betriebsweisen derart erfolgt, dass die Betätigung
der schaltbaren Kupplungseinrichtung 30 über die
Druckverhältnisse an den beiden Anschlüssen A3,
A4 steuerbar ist. Der erste Anschluss A3 ist mit einem von der hydrodynamischen
Komponente 29 gebildeten Arbeitsraum verbunden, während
der zweite Anschluss A4 mit einem zwischen dem Außenumfang
der hydrodynamischen Komponente 29 und der Kopplung des
Pumpenrades P mit dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 27 verbundenen
Gehäuseglocke 34 gebildeten Innenraum 35 verbunden
ist. Je nach Betriebsweise der Kraftübertragungsvorrichtung 27 wird
die hydrodynamische Komponente 29 dabei entweder zentripedal
oder zentrifugal durchströmt. Im ersten Fall erfolgt die
Betriebsmittelführung quasi über den zweiten Anschluss
A4 zwischen den einzelnen Kupplungsteilen der schaltbaren Kupplungseinrichtung 30 unter
Erzeugung eines entsprechenden Öffnungsdruckes für
die Kupplungseinrichtung 30 zum Außenumfang der
hydrodynamischen Komponente 29 unter Befüllung
dieser und Erzeugung eines Strömungskreislaufes im Arbeitsraum.
In der zweiten Betriebsweise der Kraftübertragungsvorrichtung 27 wird
die hydrodynamische Komponente zentrifugal durchströmt,
wobei der Druck an der Stelleinrichtung der schaltbaren Kupplungseinrichtung 30 erhöht
wird und die schaltbare Kupplungseinrichtung 30 geschlossen
wird. Beide Betriebsweisen können sowohl mit der ersten
Antriebsmaschine 12 als auch der zweiten Antriebsmaschine 24 gefahren
werden. In einer hier nicht dargestellten Weiterentwicklung kann
die Kraftübertragungsvorrichtung 27 auch in Dreikanalbauweise
ausgeführt sein. In diesem Fall kann die Stelleinrichtung
der schaltbaren Kupplungseinrichtung 30 über einen, dieser
zugeordneten, mit einem beliebigen Druck beaufschlagbaren Druckraum
betätigt werden.
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- 1E,
- 1A
Kupplungslamellen
- 1.1
- Endlamelle
- 2
- Öffnung,
Durchlassöffnung
- 3
- Kolbenelement
- 4
- Ölzuflussbohrung
- 5
- Ölabflussbohrung
- 6
- Zylinderteil
- 7
- Federeinheit
- 8
- Druckraum
- 9
- Hybridsystem
- 10
- schaltbare
Kupplungseinrichtung
- 10E
- erster
Kupplungsteil
- 10A
- zweiter
Kupplungsteil
- 11
- Nasskupplung
- 12
- erste
Antriebsmaschine
- 13
- Antriebsstrang
- 14
- Stelleinrichtung
- 15
- Gehäuse
- 16
- Innenumfang
- 17
- Nabe
- 18
- Innenumfang
- 19
- Stirnseite
- 20
- Innenraum
- 21
- Verbindung
- 22
- Stirnseite
- 23
- Verbrennungskraftmaschine
- 24
- zweite
Antriebsmaschine
- 25
- elektrische
Maschine
- 25.1
- Rotor
- 26
- Getriebe
- 27
- Kraftübertragungsvorrichtung
- 28
- Anfahrelement
- 29
- hydrodynamische
Komponente
- 30
- schaltbare
Kupplungseinrichtung
- 31
- wirksame
Kolbenfläche
- 32
- Einrichtung
zur Erzeugung einer der Druckkraft im Druckraum entgegengesetzt
gerichteten Kraft
- 34
- Gehäuseglocke
- 35
- Innenraum
- A1–A4
- Anschlüsse
- A
- Ausgang
- E
- Eingang
- P
- Pumpenrad
- T
- Turbinenrad
- T1,
T2
- Vorrichtung
zur Dämpfung von Schwingungen
- PS
- Pumpenradschale
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10310831
A1 [0006]
- - DE 102006040117 A1 [0009]