DE102010007198B4

DE102010007198B4 - Doppelkupplungsgetriebe mit Luftkühlung einer Doppelkupplung

Info

Publication number: DE102010007198B4
Application number: DE102010007198.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Vilkner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: DE102010007198A1

Abstract

Doppelkupplungsgetriebe für ein Fahrzeug mit zwei Teilgetrieben und einer mit Eingangswellen (19) dieser Teilgetriebe verbundenen Doppelkupplung (1) mit zwei trockenen Teilkupplungen (K1, K2), dadurch gekennzeichnet, dass luftfördernde Elemente an einer Anpressplatte (10, 15, 16) zumindest einer der Kupplungen (K1, K2) vorgesehen sind und die luftfördernden Elemente Strömungskanäle an der einer Kupplungsscheibe (17) zugewandten Seite der Anpressplatte (10, 15, 16) sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe für ein Fahrzeug 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.
Aus der US 3,018,864 ist eine Doppelkupplung mit einer Luftfördereinrichtung bekannt. Hier sind Lüfterschaufeln an einer Reibscheibe einer der Teilkupplungen vorgesehen.
Auch aus der DE 1 294 228 A ist die Verwendung von Belüftungsschrauben zur Erzeugung eines Kühlstromes bekannt. Die Belüftungsschrauben sind hier in der getriebeseitig angeordneten Kupplungsscheibe vorgesehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Doppelkupplungsgetriebe 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 gemäß den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1.
Weiterhin kann eine Anpressplatte zumindest einer der Teilkupplungen luftfördernde Elemente, wie Lüfterschaufeln oder Bohrungen 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, 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, es sich bei der Luftfördereinrichtung um ein Lüfterrad handelt und wobei eine Steuereinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur aktiven Luftkühlung einer trockenen Doppelkupplung vorgesehen ist. Hierbei wird in einem ersten der beiden Teilgetriebe eine Gangstufe eingelegt und die entsprechend zugehörige Teilkupplung zumindest teilweise geschlossen, so dass eine Antriebskraft auf ein Antriebselement übertragen wird und in dem entsprechend zweiten Teilgetriebe wird eine Gangstufe bei zumindest teilgeöffneter Teilkupplung dieses Teilgetriebes eingelegt, so dass eine Kupplungsscheibe der diesem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Teilkupplung mit einer anderen Drehzahl als der Motordrehzahl rotiert. Weiter treibt die Kupplungsscheibe der diesem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Teilkupplung eine Luftfördereinrichtung an, mit der ein Konvektionsluftstrom erzeugt wird. Eine im zweiten Teilgetriebe eingelegte Gangstufe wird dann entsprechend einer gewünschten Kühlleistung ausgewählt.
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 nach 1,
3 eine perspektivische Darstellung des Schnittes nach 2,
4 eine weitere perspektivische Darstellung im Bereich des Schnittes nach 2,
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 den 1 bis 4 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 den 1 bis 4 mit Fokus auf die Lüfterschaufeln des Lüfterrades,
10 eine Schnittdarstellung der perspektivischen Darstellung nach 9.
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 Lüftkühlung 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 Zahnkranz 2, der mit einem Mitnehmerring 3 der Doppelkupplung 1 vernietet ist. Der Mitnehmerring 3 weist mehrere am Umfang verteilte Fußbereiche 4 auf, welche mit einer Zentralplatte 5 verbunden sind. Die Zentralplatte 5 bildet den gemeinsamen Widerlagerbereich für die beiden Teilkupplungen K1 und K2 der Doppelkupplung 1. 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 Lüfterrad 7 und Nabe der Kupplungsscheibe der Teilkupplung K1 kann durch eine Verzahnung 8 (Innenverzahnung am Lüfterrad 7 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 Lüfterschaufeln 9, welche an einer Außenfläche des im Grundsatz zylindrischen Nabenbereiches des Lüfterrades 7 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 Lüfterrades 7 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 Elementen 10 ausgebildet wird, wie z. B. mit Bohrungen oder mit den in 1 gezeigten schaufelförmigen Einfräsungen bzw. mit schaufelartigen Bereichen.
Über das mit der Kupplungsscheibe verbundene Lüfterrad 7 und die luftfördernden Elemente 10 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 Pfeile 11 bis 14 angedeutet, wobei der Pfeil 11 den aus der Kupplungsglocke angesaugten Kühlluftstrom über das Lüfterrad 7, der Pfeil 12 den zwischen Mitnehmerring 3 und Anpressplatte 15 der Teilkupplung K1 geförderten Teilkühlluftstrom, der Pfeil 13 den zwischen Anpressplatte 15 und Kupplungsscheibe der Teilkupplung K1 geförderten Teilkühlluftstrom und 14 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 Zentralplatte 16 sowie die Kupplungsscheibe 17 der Teilkupplung K1 dargestellt.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lüfterrad 7 unmittelbar an der Nabe 18 der Kupplungsscheibe ausgebildet. So sind die Lüfterschaufeln 9 unmittelbar an einem verlängerten Bereich der Nabe der Kupplungsscheibe 17 angeordnet.
Die Nabe der Kupplungsscheibe 17 wiederum ist mit der Getriebeeingangswelle 19 eines Doppelkupplungsgetriebes verbunden.
Der in den 1 und 2 dargestellte Aufbau des Ausführungsbeispieles nach 1 und 2 ist in 3 nochmals verdeutlicht, wobei insbesondere auch die integrale Ausbildung des Lüfterrades an der Nabe der Kupplungsscheibe 17 der Teilkupplung K1 ersichtlich ist. Außerdem ist in 3 nochmals die Ausbildung der Anpressplatte mit luftfördernden Elementen 10 erkennbar.
Eine weitere Darstellung dieses Bereiches ist 4 entnehmbar. Gerade aus den 2 bis 4 sind die Bauraumbegrenzungen einer Doppelkupplung und dementsprechend die Vorteile der aktiven Luftkühlung gemäß der vorliegenden Lehre ersichtlich.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anpressplatte 15 der Teilkupplung K1, welche schaufelförmige Fräsungen aufweist.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anpressplatte 15 mit radialen Bohrungen 20.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anpressplatte 15 mit schaufelförmigen Bereichen 21 als luftfördernde Elemente.
8 zeigt ein Radiallüfterrad 22 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 den 1 bis 4 zur Kupplungsscheibe 17 der Teilkupplung K1.
10 zeigt die Ausführung nach 9 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.
Bezugszeichenliste

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

Doppelkupplungsgetriebe für ein Fahrzeug mit zwei Teilgetrieben und einer mit Eingangswellen (19) dieser Teilgetriebe verbundenen Doppelkupplung (1) mit zwei trockenen Teilkupplungen (K1, K2), dadurch gekennzeichnet, dass luftfördernde Elemente an einer Anpressplatte (10, 15, 16) zumindest einer der Kupplungen (K1, K2) vorgesehen sind und die luftfördernden Elemente Strömungskanäle an der einer Kupplungsscheibe (17) zugewandten Seite der Anpressplatte (10, 15, 16) sind.
Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 1, wobei eine Anpressplatte (15) zumindest einer der Teilkupplungen (K1, K2) luftfördernde Elemente (10), wie Lüfterschaufeln (9), Bohrungen (20), aufweist.
Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kupplungsscheiben (17) beider Teilkupplungen (K1, K2) mit jeweils einer Luftfördereinrichtung verbunden sind.
Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 3, wobei als Luftfördereinrichtung ein Lüfterrad (7) vorgesehen ist.
Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Luftfördereinrichtung mit der Kupplungsscheibe (17) einer der Kupplungen (K1, K2) verbunden ist und die Luftfördereinrichtung ein Lüfterrad (7) ist.
Doppelkupplungsgetriebe für ein Fahrzeug mit zwei Teilgetrieben und einer mit Eingangswellen (19) dieser Teilgetriebe verbundenen Doppelkupplung (1) mit zwei trockenen Teilkupplungen (K1, K2), wobei die Kupplungsscheibe (17) zumindest einer der Teilkupplungen (K1, K2) eine Luftfördereinrichtung aufweist oder mit einer Luftfördereinrichtung verbunden ist, es sich bei der Luftfördereinrichtung um ein Lüfterrad (7) handelt und wobei eine Steuereinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur aktiven Luftkühlung der trockenen Doppelkupplung (1) vorgesehen ist, bei dem in einem ersten der beiden Teilgetriebe eine Gangstufe eingelegt und die entsprechend zugehörige Teilkupplung (K1, K2) zumindest teilweise geschlossen wird, so dass eine Antriebskraft auf ein Antriebselement übertragen wird, wobei in dem entsprechend zweiten Teilgetriebe eine Gangstufe bei zumindest teilgeöffneter Teilkupplung (K2, K1) dieses Teilgetriebes eingelegt wird, so dass eine Kupplungsscheibe (17) der diesem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Teilkupplung (K2, K1) mit einer anderen Drehzahl als der Motordrehzahl rotiert, und wobei die Kupplungsscheibe (17) der diesem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Teilkupplung (K2, K1) das Lüfterrad (7) antreibt, mit dem ein Konvektionsluftstrom (12, 13) erzeugt wird, und wobei eine im zweiten Teilgetriebe eingelegte Gangstufe entsprechend einer gewünschten Kühlleistung ausgewählt wird.