DE102010007198A1 - Doppelkupplungsgetriebe - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe für ein Fahrzeug, sowie ein Verfahren zur aktiven Luftkühlung einer trockenen Doppelkupplung mit zwei Teilkupplungen in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben.
- Während des Betriebes, gerade bei Anfahrvorgängen, entsteht innerhalb einer trockenen Doppelkupplung eine signifikante Wärmemenge. Diese Wärmemenge hängt unter anderem ab von der innerhalb der aktiven Kupplung bzw. den aktiven Kupplungen einzustellenden Schlupfdrehzahl(en), sowie von der Zeit über die eine Drehzahldifferenz vorliegt.
- Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Kühlmethoden für trockene Reibungskupplungen bekannt. So ist bekannt, kühle Umgebungsluft der Kupplung zuzuführen. Vorgeschlagen wurden beispielsweise temperaturabhängige Öffnungsmechanismen für die Kupplungsglocke.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Doppelkupplungsgetriebe sowie ein Verfahren zur Kühlung einer trockenen Doppelkupplung anzugeben, welches die spezifischen Gegebenheiten der Doppelkupplung ausnutzt, um eine Kühlwirkung zu erreichen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Doppelkupplungsgetriebe für ein Fahrzeug mit zwei Teilgetrieben und einer mit Eingangswellen dieser Teilgetriebe verbundenen Doppelkupplung mit zwei trockenen Teilkupplungen und mit einer Luftfördereinrichtung, die mit der Kupplungsscheibe zumindest einer der Kupplungen verbunden oder an dieser ausgeformt ist.
- Weiterhin kann eine Anpressplatte zumindest einer der Teilkupplungen luftfördernde Elemente, wie Lüfterschaufeln, Bohrungen oder Strömungskanäle aufweisen.
- Insbesondere können die Kupplungsscheiben beider Teilkupplungen Luftfördereinrichtungen aufweisen oder mit jeweils einer Luftfördereinrichtung verbunden sein.
- Als Luftfördereinrichtung kann ein Lüfterrad vorgesehen sein, das mit der zugehörigen Kupplungsscheibe verbunden ist. Entsprechend kann eine Materialwahl und eine optimierte Strömungsgestaltung des Lüfterrades unabhängig von den konstruktiven und herstellungstechnischen Randbedingungen der Kupplungsscheibe ausgewählt werden.
- Die vorgenannte Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht gelöst durch ein Verfahren zur aktiven Luftkühlung einer trockenen Doppelkupplung mit zwei Teilkupplungen in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben, wobei in einem ersten der beiden Teilgetriebe eine Gangstufe eingelegt und die entsprechend zugehörige Teilkupplung zumindest teilweise geschlossen wird, so dass eine Antriebskraft auf ein Antriebselement übertragen wird und wobei in dem entsprechend zweiten Teilgetriebe eine Gangsstufe bei zumindest teilgeöffneter Teilkupplung dieses Teilgetriebes eingelegt wird, so dass eine Kupplungsscheibe der diesem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Teilkupplung mit einer anderen Drehzahl als der Motordrehzahl rotiert und wobei die Kupplungsscheibe der diesem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Teilkupplung eine Luftfördereinrichtung antreibt, mit der ein Konvektionsluftstrom erzeugt wird.
- Hierbei kann eine im zweiten Teilgetriebe eingelegte Gangstufe entsprechend einer gewünschten Kühlleistung ausgewählt werden.
- Die vorliegende Erfindung schlägt außerdem ein Doppelkupplungsgetriebe für ein Fahrzeug mit zwei Teilgetrieben und einer mit Eingangswellen dieser Teilgetriebe verbundenen Doppelkupplung mit zwei trockenen Teilkupplungen vor, wobei die Kupplungsscheibe zumindest einer der Teilkupplungen eine Luftfördereinrichtung aufweist oder mit einer Luftfördereinrichtung verbunden ist und wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist zur Durchführung des vorstehend dargelegten Verfahrens zur aktiven Luftkühlung einer trockenen Doppelkupplung.
- Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:
-
1 eine perspektivische Teilansicht einer Doppelkupplung mit einer aktiven Luftkühlung der Kupplung, mittels eines Lüfterrades auf bzw. an der Kupplungsscheibe sowie Lüfterschaufeln/Bohrungen/Strömungskanälen an der Anpressplatte der motorseitigen Teilkupplung, -
2 eine Schnittdarstellung der Doppelkupplung nach1 , -
3 eine perspektivische Darstellung des Schnittes nach2 , -
4 eine weitere perspektivische Darstellung im Bereich des Schnittes nach2 , -
5 eine perspektivische Darstellung einer Anpressplatte mit schaufelförmigen Fräsungen, -
6 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Anpressplatte mit radialen Bohrungen, -
7 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes der Doppelkupplung nach den1 bis4 mit einer Anpressplatte mit Lüfterschaufeln, -
8 eine perspektivische Darstellung eines Radiallüfterrades, das als luftförderndes Element an der Kupplungsscheibe vorgesehen sein kann, -
9 eine perspektivische Darstellung von Teilkomponenten der Doppelkupplung nach den1 bis4 mit Fokus auf die Lüfterschaufeln des Lüfterrades, -
10 eine Schnittdarstellung der perspektivischen Darstellung nach9 . - Bei bekannten Doppelkupplungen wird der maximal zu erwartende Wärmeeintrag normalerweise durch die konstruktiv vorgegebene Größe der Gussmassen in Zentral- und Anpressplatten berücksichtigt. Der begrenzte Bauraum für die Doppelkupplung begrenzt allerdings die mögliche Größe der Gussmassen. Der Reibwert an der Kupplungsscheibe hängt jedoch von der Temperatur der Kupplungsscheibe und der Anpressplatte ab. Somit wird das maximal zu übertragende Drehmoment über die maximal zulässige Temperatur und damit über die Größe der Gussmassen als Wärmesenke begrenzt.
- Es wird vorliegend daher vorgeschlagen, eine aktive Luftkühlung in Doppelkupplungssystemen vorzusehen, aufgrund deren die Temperaturen von Kupplungsscheibe und Anpressplatte reduziert werden können, wodurch der Reibwert der Kupplungsscheiben steigt und mehr Drehmoment mit gleicher Anpresskraft übertragen werden kann.
- Unter einer aktiven Luftkühlung wird vorliegend eine interne Luftzirkulation zwischen kühlerer Kupplungsglocke und wärmerer Kupplung verstanden. Ziel ist vorliegend also die Konvektion an den Kupplungselementen: Anpressplatte, Kupplungsscheibe und Zentralplatte zu erhöhen, um die sich stauende Wärme aus den Gussmassen abführen zu können.
- Die aktive Luftkühlung ermöglicht es, entweder die Gussmassenvolumina von Anpressplatte und/oder Zentralplatte zu reduzieren oder mehr Drehmoment mit gleicher Anpresskraft zu übertragen, da der Reibwert an den Kupplungsscheiben aufgrund der erzeugbaren Abkühlung steigt.
- Als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der aktiven Luftkühlung wird vorliegend vorgeschlagen, luftfördernde Elemente an der Kupplungsscheibe und/oder an der Anpressplatte zumindest einer der Teilkupplungen der Doppelkupplung vorzusehen, wobei unterschiedliche luftfördernde Elemente kombiniert oder einzeln auch mit Kupplungsscheibe bzw. Anpressplatte integriert werden können.
-
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Doppelkupplung mit Blick auf den Verbindungsbereich der Doppelkupplung mit dem Antrieb bzw. einer Torsionsdämpfungseinheit, wie einem Zweimassenschwungrad, welches zwischen Antrieb und Doppelkupplung angeordnet werden kann. - Die Verbindung zwischen Zweimassenschwungrad und Doppelkupplung
1 bildet der Zahnkranz2 , der mit einem Mitnehmerring3 der Doppelkupplung1 vernietet ist. Der Mitnehmerring3 weist mehrere am Umfang verteilte Fußbereiche4 auf, welche mit einer Zentralplatte5 verbunden sind. Die Zentralplatte5 bildet den gemeinsamen Widerlagerbereich für die beiden Teilkupplungen K1 und K2 der Doppelkupplung1 . Von der Lehre der vorliegenden Erfindung sind auch Doppelkupplungskonstruktionen mit separaten Widerlagerbereichen für die Teilkupplungen umfasst. - Der Mitnehmerring umfasst vorliegend zusätzlich Ausnehmungen
6 , die Luftdurchlässe für den aufgrund aktiver Luftkühlung innerhalb der Doppelkupplung intern zirkulierenden Luftstrom bilden. - Als Luftförderpumpe wirkt das Lüfterrad
7 . Dieses Lüfterrad kann auf einer Nabe der Kupplungsscheibe der antriebsseitigen Teilkupplung K1 angeordnet sein. Eine Verbindung zwischen Lüfterrad7 und Nabe der Kupplungsscheibe der Teilkupplung K1 kann durch eine Verzahnung8 (Innenverzahnung am Lüfterrad7 sowie Außenverzahnung an der Nabe der Kupplungsscheibe der Teilkupplung K1) erfolgen. Auch andere Arten der Verbindung, wie beispielsweise Aufpressen, Kleben, Vernieten, Verlöten, Verschweißen etc., sind verwendbar und hängen letztlich nur von der Materialpaarung zwischen Lüfterrad und Antriebsnabe sowie dem jeweiligen Anwendungsgebiet und den dazugehörigen Betriebsparametern ab. - Alternativ zur Verbindung von Lüfterrad und Nabe der Kupplungsscheibe ist auch eine Verbindung mit anderen Bereichen der Kupplungsscheibe, beispielsweise an der Vernietungsstelle zwischen Nabe und äußeren Trägerelementen der Kupplungsbeläge, über die vorgenannte Verbindungsmethoden möglich.
- Weiterhin alternativ zur Verbindung von Lüfterrad und Nabe der Kupplungsscheibe kann das Lüfterrad auch integral mit der Nabe der Kupplungsscheibe ausgebildet sein, wie dies in
2 dargestellt ist. So umfasst in diesem Ausführungsbeispiel das Lüfterrad einen Nabenbereich sowie Lüfterschaufeln9 , welche an einer Außenfläche des im Grundsatz zylindrischen Nabenbereiches des Lüfterrades7 angeordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schaufeln des Lüfterrades in den Nabenbereich des Lüfterrades eingesteckt bzw. auf andere Weise mit diesem verbunden. Der Nabenbereich des Lüfterrades wiederum ist einstückig mit der Nabe der Kupplungsscheibe ausgebildet. - Bei geöffneter Teilkupplung K1 liegen unterschiedliche Drehzahlen zwischen der Kupplungsscheibe der Teilkupplung K1 und der Kupplung
1 vor. Diese Drehzahldifferenz wird aufgrund des Lüfterrades7 genutzt, um einen vorzugsweise turbulenten Luftstrom innerhalb der Kupplungsglocke zu generieren. Die Erzeugung des Luftstromes kann noch dadurch unterstützt werden, dass eine Anpressplatte der antriebsseitigen Teilkupplung K1 mit luftfördernden Elementen10 ausgebildet wird, wie z. B. mit Bohrungen oder mit den in1 gezeigten schaufelförmigen Einfräsungen bzw. mit schaufelartigen Bereichen. - Über das mit der Kupplungsscheibe verbundene Lüfterrad
7 und die luftfördernden Elemente10 wird kühlere Luft aus der Kupplungsglocke angesaugt und zwischen Kupplungsscheibe und Anpressplatte/Zentralplatte sowie zwischen Anpressplatte und Mitnehmerring gefördert. Diese aktive Luftkühlung ermöglicht es, entweder Gussmassenvolumen von Anpressplatte und/oder Zentralplatte zu reduzieren oder mehr Drehmoment mit gleicher Anpresskraft zu übertragen, da der Reibwert an der Kupplungsscheibe bei Abkühlung steigt. - In
2 ist dieser aktiv erzeugte Luftvolumenstrom durch die Pfeile11 bis14 angedeutet, wobei der Pfeil11 den aus der Kupplungsglocke angesaugten Kühlluftstrom über das Lüfterrad7 , der Pfeil12 den zwischen Mitnehmerring3 und Anpressplatte15 der Teilkupplung K1 geförderten Teilkühlluftstrom, der Pfeil13 den zwischen Anpressplatte15 und Kupplungsscheibe der Teilkupplung K1 geförderten Teilkühlluftstrom und14 den erwärmten und an die Kupplungsglocke zurückgeförderten Volumenstrom darstellen. - In
2 zeigt der Bereich X denjenigen Bereich der Teilkupplung K1, an dem die Wärmemenge entsteht. - In
2 ist außerdem die Zentralplatte16 sowie die Kupplungsscheibe17 der Teilkupplung K1 dargestellt. - Bei dem in
2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lüfterrad7 unmittelbar an der Nabe18 der Kupplungsscheibe ausgebildet. So sind die Lüfterschaufeln9 unmittelbar an einem verlängerten Bereich der Nabe der Kupplungsscheibe17 angeordnet. - Die Nabe der Kupplungsscheibe
17 wiederum ist mit der Getriebeeingangswelle19 eines Doppelkupplungsgetriebes verbunden. - Der in den
1 und2 dargestellte Aufbau des Ausführungsbeispieles nach1 und2 ist in3 nochmals verdeutlicht, wobei insbesondere auch die integrale Ausbildung des Lüfterrades an der Nabe der Kupplungsscheibe17 der Teilkupplung K1 ersichtlich ist. Außerdem ist in3 nochmals die Ausbildung der Anpressplatte mit luftfördernden Elementen10 erkennbar. - Eine weitere Darstellung dieses Bereiches ist
4 entnehmbar. Gerade aus den2 bis4 sind die Bauraumbegrenzungen einer Doppelkupplung und dementsprechend die Vorteile der aktiven Luftkühlung gemäß der vorliegenden Lehre ersichtlich. -
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anpressplatte15 der Teilkupplung K1, welche schaufelförmige Fräsungen aufweist. -
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anpressplatte15 mit radialen Bohrungen20 . -
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anpressplatte15 mit schaufelförmigen Bereichen21 als luftfördernde Elemente. -
8 zeigt ein Radiallüfterrad22 welches mit der Kupplungsscheibe der Teilkupplung K1 als Lüfterrad verbindbar ist. -
9 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das Verhältnis des Lüfterrades gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den1 bis4 zur Kupplungsscheibe17 der Teilkupplung K1. -
10 zeigt die Ausführung nach9 in einer perspektivischen Schnittdarstellung zur weiteren Verdeutlichung des Ausführungsbeispieles. - Vorstehend wurde die Ausbildung der Doppelkupplung mit Lüfterrad für die antriebsseitige Teilkupplung K1 beschrieben. Die vorstehende Lehre ist jedoch auch unmittelbar auf die Teilkupplung K2 (d. h. die getriebeseitige Teilkupplung) übertragbar. Dementsprechend kann auch an der Kupplungsscheibe der Teilkupplung K2 ein Lüfterrad angeordnet werden. Außerdem kann auch die Anpressplatte der Teilkupplung K2 luftfördernde Elemente aufweisen.
- Die vorliegende Lehre beschreibt eine aktive interne Luftkühlung, durch die Anpressplatte/Mitnehmerring/Zentralplatte und die Kupplungsscheibe gekühlt wären.
- Diese Kühlung ist insbesondere vorteilhaft, da in einem Doppelkupplungsgetriebe der nicht genutzte Teilantriebsstrang zur Erzeugung des Luftstromes genutzt werden kann. Dies gelingt indem im nicht genutzten Teilantriebsstrang ein Gang vorgewählt wird, welcher insbesondere einer gewünschten Kühlleistung entspricht. Die Kupplung des nicht genutzten Teilantriebsstranges ist zumindest teilweise geöffnet, so dass eine Drehzahldifferenz zwischen der Kupplungsscheibe der Teilkupplung des nicht genutzten Antriebsstranges und der übrigen Kupplung (d. h. den mit der Motordrehzahl drehenden Teilen der Kupplung) vorliegt. Folglich kann die geöffnete Teilkupplung über eine Gangauswahl des nicht genutzten Teilgetriebes zur Kühlung herangezogen werden, wobei die Kühlleistung einstellbar ist.
-
- 1
- Doppelkupplung
- 2
- Zahnkranz
- 3
- Mitnehmerring
- 4
- Fußbereiche
- 5
- Zentralplatte
- 6
- Ausnehmungen
- 7
- Lüfterrad
- 8
- Verzahnung
- 9
- Lüfterschaufeln
- 10
- Anpressplatte
- 11
- Luftvolumenstrom
- 12
- Luftvolumenstrom
- 13
- Luftvolumenstrom
- 14
- Luftvolumenstrom
- 15
- Anpressplatte
- 16
- Zentralplatte
- 17
- Kupplungsscheibe
- 18
- Nabe
- 19
- Getriebeeingangswelle
- 20
- Bohrungen
- 21
- schaufelförmige Bereiche
- 22
- Radiallüfterrad
- K1
- Teilkupplung
- K2
- Teilkupplung
Claims (7)
- Doppelkupplungsgetriebe für ein Fahrzeug mit zwei Teilgetrieben und einer mit Eingangswellen dieser Teilgetriebe verbundenen Doppelkupplung mit zwei trockenen Teilkupplungen, und mit zumindest einer Luftfördereinrichtung, die mit der Kupplungsscheibe einer der Kupplungen verbunden oder an dieser ausgeformt ist.
- Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 1, wobei eine Anpressplatte zumindest einer der Teilkupplungen luftfördernde Elemente, wie Lüfterschaufeln, Bohrungen oder Strömungskanäle, aufweist.
- Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kupplungsscheiben beider Teilkupplungen Luftfördereinrichtungen aufweisen oder mit jeweils einer Luftfördereinrichtung verbunden sind.
- Doppelkupplungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als Luftfördereinrichtung ein Lüfterrad vorgesehen ist.
- Verfahren zur aktiven Luftkühlung einer trockenen Doppelkupplung mit zwei Teilkupplungen in einem Antriebstrang eines Fahrzeuges mit einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben, wobei in einem ersten der beiden Teilgetriebe eine Gangstufe eingelegt und die entsprechend zugehörige Teilkupplung zumindest teilweise geschlossen wird, so dass eine Antriebskraft auf ein Antriebselement übertragen wird, und wobei in dem entsprechend zweiten Teilgetriebe eine Gangstufe bei zumindest teilgeöffneter Teilkupplung dieses Teilgetriebes eingelegt wird, so dass eine Kupplungsscheibe der diesem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Teilkupplung mit einer anderen Drehzahl als der Motordrehzahl rotiert, und wobei die Kupplungsscheibe der diesem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Teilkupplung eine Luftfördereinrichtung antreibt, mit der ein Konvektionsluftstrom erzeugt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine im zweiten Teilgetriebe eingelegte Gangstufe entsprechend einer gewünschten Kühlleistung ausgewählt wird.
- Doppelkupplungsgetriebe für ein Fahrzeug mit zwei Teilgetrieben und einer mit Eingangswellen dieser Teilgetriebe verbundenen Doppelkupplung mit zwei trockenen Teilkupplungen, wobei die Kupplungsscheibe zumindest einer der Teilkupplungen eine Luftfördereinrichtung aufweist oder mit einer Luftfördereinrichtung verbunden ist, und wobei eine Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur aktiven Luftkühlung einer trockenen Doppelkupplung gemäß Anspruch 1 oder 2 vorgesehen ist.
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