DE102013221984A1

DE102013221984A1 - Elektromagnetisch aktuierbare Kupplung

Info

Publication number: DE102013221984A1
Application number: DE201310221984
Authority: DE
Inventors: Christian Paar
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-03-19
Also published as: WO2015039856A1

Abstract

Beschrieben wird eine Elektromagnetisch aktuierbare Kupplung zum Kuppeln zweier gleichachsiger Wellen (W1, W2) , wobei die eine Welle (W1) mit einer Kupplungsnabe (N), die zweite Welle (W2) mit einem Kupplungskorb (K) drehfest verbunden ist, zwischen Kupplungsnabe (N) und Kupplungskorb (K) angeordnete Kupplungsscheiben (KS) abwechselnd an der Kupplungsnabe (N) und am Kupplungskorb (K) angelenkt sind, mit einer Ankerplatte (AP), einer Ankerscheibe, welche durch eine mit Strom beaufschlagbaren Spule (SP) zum Druckaufbau zwischen den Scheiben (KS) betätigbar ist, wobei die Spule (SP) gehäusefest innerhalb der Kupplungnabe (N) angeordnet ist, wobei der Spule (SP) ein gehäusefester Spulenkörper (SK) zugeordnet ist, wobei der Spulenkörper (SK) über zwei Luftspalte (LS1, LS2) einen magnetischen Kreis bildend mit der Ankerplatte (AP) zusammenwirkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetisch aktuierbare Kupplung nach der Art von Anspruch 1.
Bei Kraftfahrzeugen mit Parallel-Hybrid-Antrieb kann die Verbrennungskraftmaschine vollständig vom Antriebsstrang abgekoppelt werden. Dies erfolgt zur Vermeidung von Schleppverlusten bei Rekuperation oder rein elektrischer Fahrt. Die Verbrennungskraftmaschine ist mittels einer schaltbaren Mehrscheibenkupplung mit dem Antriebsstrang verbunden. Die Mehrscheibenkupplung wird über einen elektromagnetischen Aktuator betätigt. Dieser elektromagnetische Aktuator bewirkt bei Strombeaufschlagung ein Schließen der Kupplung – die Scheiben werden zusammengedrückt, was eine Drehmomentübertragung ermöglicht.
Aus der DE 11 2005 002 200 B4 ist eine Kombination eines elektrischen Antriebes mit einer Mehrscheibenkupplung bekannt. Die Mehrscheibenkupplung ist innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet.
Bekannte elektromagnetische Aktuatoren bei einer Mehrscheibenkupplung weisen eine Spule mit einem Spulenkörper auf. Durch die Spule wird eine Ankerplatte betätigt, welche den zur Drehmomentübertragung erforderlichen Druck auf das Scheibenpaket ausübt. Ein Teil der Scheiben ist dabei an einer Kupplungsnabe einer Welle angelenkt, der andere Teil der Scheiben an einem Kupplungskorb der weiteren Welle.
Die DE 472 567 C zeigt eine Mehrscheibenkupplung der beschriebenen Art, bei der die Spule zur Betätigung der Ankerplatte, eine Ankerscheibe, konzentrisch um die Kupplung angeordnet ist. Die magnetischen Kraftlinien durchdringen das Lamellenpaket, der Magnetkreis weist somit eine Vielzahl von Luftspalten auf.
Die DE 548 119 C weist eine Spule im inneren der Kupplungsnabe auf. Die Spule wirkt auf die Ankerplatte, den Ankerring. Da die Spule innerhalb der Kupplungsnabe mitdrehend angeordnet ist, muss der zur Erregung der Spule notwendige Strom mittels eines Übertragers-Schleifringe – zugeführt werden. Eine mitdrehend angeordnete Spule zeigt ebenfalls die DE 819 187 C .
Eine statische Spule als Aktuator für eine Mehrscheibenkupplung zeigt die DE 1 203 550 B . Die Spule ist dem Lamellenpaket seitlich zugeordnet. Die Lamellen werden vom Magnetfeld nicht durchdrungen – im Unterschied zu der Anordnung nach der DE 1 218 229 B .
Eine statische Spule konzentrisch innerhalb der Kupplungsnabe ist aus der DE 1 400 091 A1 und der DE 1 400 084 A1 bekannt. Die magnetischen Kraftlinien durchdringen einen Spulenkörper, der zum Teil statisch, zu Teil mitdrehend (Nabenteil) ausgeführt ist. Weiterhin bestehen zur Ankerplatte zwei Luftspalte.
Es liegt die Aufgabe zu Grunde, eine elektromagnetisch aktuierbare Kupplung in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Form bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine elektromagnetisch aktuierbare Kupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist eine elektromagnetisch aktuierbare Kupplung zum Kuppeln zweier gleichachsiger Wellen vorgesehen, wobei die eine Welle mit einer Kupplungsnabe, die zweite Welle mit einem Kupplungskorb drehfest verbunden ist, zwischen Kupplungsnabe und Kupplungskorb angeordnete Kupplungsscheiben abwechselnd an der Kupplungsnabe und am Kupplungskorb angelenkt sind, mit einer Ankerplatte, einer Ankerscheibe, welche durch eine mit Strom beaufschlagbaren Spule zum Druckaufbau zwischen den Scheiben betätigbar ist, wobei die Spule gehäusefest innerhalb der Kupplungnabe angeordnet ist, wobei der Spule ein gehäusefester Spulenkörper zugeordnet ist, wobei der Spulenkörper über zwei, vorzugsweise ausschließlich zwei Luftspalte einen magnetischen Kreis bildend mit der Ankerplatte zusammenwirkt.
Als Weiterführung der Erfindung ist insbesondere vorgesehen:

– der Spulenkörper wirkt über insgesamt, ausschließlich zwei Luftspalte mit der Ankerplatte zusammen.
– die Ankerplatte weist einen Zylindermantel auf, der die Spule an ihrer Außenseite, an der zur Kupplungsnabe weisenden Seite umgibt.
– das stirnseitige Ende des Zylindermantels bildet mit dem Ende des Spulenkörpers einen Luftspalt, der zweite Luftspalt ist gebildet durch die Ankerplatte und das der Ankerplatte gegenüberliegende Ende des Spulenkörpers.
– der Spulenkörper ist im Profil L-förmig ausgebildet.
– der L-förmig profilierte Spulenkörper trägt die Spule, die Wicklungen an der langen Seite des Profils, das kurze Ende des Profils am der Ankerplatte gegenüberliegenden Seite.
– der Spulenkörper ist im Profil U-förmig ausgebildet, wobei die beiden Schenkel des U-Profils die Spule, die Wicklungen umgeben und die beiden Luftspalte durch die Enden der Schenkel und der Ankerplatte gebildet werden.

Des Weiteren erfolgt die Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
1 zeigt eine Mehrscheibenkupplung mit einer elektrischen Maschine, einem Elektromotor. Die gezeigte Kupplungseinheit ist in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb angeordnet und dient bspw. dem Kuppeln einer Verbrennungskraftmaschine an den Antriebsstrang. Der Elektromotor ist hierbei direkt mit dem Antriebsstrang verbunden.
Über die Kupplung kann eine erste Welle W1 und eine zweite Welle W2 gekuppelt werden. Die beiden Wellen W1, W2 sind gleichachsig, d.h. fluchten miteinander. Die Kupplung nebst der elektrischen Maschine ist in einem Gehäuse GH angeordnet, welches über Lager L1, L2 die erste und die zweite Welle W1, W2 lagert. Die fluchtenden Wellen W1, W2 sind zusätzlich über ein drittes Lager L3 zueinander gelagert. Die Welle W1 ist bspw. mit einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine verbunden, die Welle W2 mit dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges.
Die Kupplung besteht aus einer mit der Welle W1 drehfest verbundenen Kupplungsnabe N sowie einem mit der Welle W2 drehfest verbundenem Kupplungskorb K. An Kupplungsnabe N und Kupplungskorb K sind in bekannter Weise abwechselnd Kupplungsscheiben KS angelenkt. An einem Ende der Kupplungsnabe N ist drehfest eine ringförmige Druckplatte DP angebracht. Am andere Ende der Kupplungsnabe N sitzt eine axial verschiebbare, ringscheibenförmige Ankerplatte AP, über welche ein Druckaufbau bewirkt wird, bei dem sich die an der Druckplatte DP abstützenden Kupplungsscheiben KS reibend gepresst werden, so dass letztlich ein Drehmoment zwischen Welle W1 und W2 übertragbar ist.
Die ringscheibenförmige Ankerplatte AP ist durch Schlitze, Freiräume in das Innere der Kupplungsnabe N hindurchgeführt und dort als flächige Scheibe einer Spule SP gegenüberliegend angeordnet. Die Achse der Spule SP entspricht der der Wellen W1, W2, der der Nabe N, des Kupplungskorbes K sowie der Kupplungsscheiben KS. Die Hindurchführung der Ankerplatte AP vom Inneren der Nabe N in den Außenraum, den Kupplungsscheiben KS gegenüberliegend, erfolgt über speichenförmige Stege, welche Schlitze in der Nabe durchgreifen.
Die gehäusefeste Spule SP liegt mit der Innenseite auf einem L-förmigen Profil auf, welches einen Spulenkörper SPK bildet. Die Ankerplatte AP weist innerhalb der Kupplungsnabe N einen Zylindermantel ZM auf, der die Spule SP konzentrisch umgibt. Die von der Spule SP bei Stromfluss erzeugten magnetischen Kraftlinien laufen somit durch den aus magnetisierbarem Material gefertigtem Spulenkörper SPK, des innerhalb der Nabe N liegenden Teils der Ankerplatte AP sowie dem Zylindermantel ZM – wie die Ankerplatte AP und der Spulenkörper SPK ebenfalls aus magnetisierbarem Material. Die magnetischen Kraftlinien überbrücken dabei zwei Luftspalte LS1, LS2 – einen Luftspalt LS1 zwischen dem in Achsrichtung stirnseitigen Ende des Spulenkörpers SPK und dem gegenüberliegenden Teil der Ankerplatte AP sowie einen großen Luftspalt LS2 zwischen dem in Achsrichtung stirnseitigen Ende des Zylindermantels ZM und dem radialen Außenbereich des Spulenkörpers SPK. Der Kraftlinienverlauf ist in 4 wiedergegeben.
Bei Stromfluss durch die Wicklungen der Spule SP wird die Ankerplatte AP axial in Richtung des Paketes der Kupplungsscheiben KS verschoben und baut so einen Druck in dem Scheibenpaket auf – die Kupplung schließt – Drehmomentübertragung. Ist die Spule SP stromfrei, so wird die Ankerplatte AP durch die Kraft eines nicht dargestellten Federmittels vom Paket der Kupplungsscheiben weg bewegt – die Bewegungsrichtungen sind durch den Doppelpfeil angegeben. Die Ankerplatte AP nebst dem Zylindermantel ZM ist durch nicht dargestellte Führungsmittel innerhalb der vorgesehenen Bewegungsstrecke beweglich gelagert.
Der Kupplungskorb K weist an seinem Außenumfang einen Rotor R auf, der mit einem Stator ST innerhalb des Gehäuses GH zusammenwirkt und eine elektrische machine, einen Elektromotor, eine Generatoreinheit bildet. Dieser Elektromotor ist über den Kupplungskorb K direkt mit der Welle W2 verbunden. Bei offener upplung kann diese elektrische Maschine direkt die Welle W2 treiben bzw. von der Welle W2 getrieben als Generator Strom erzeugen.
Bei der Ausführung nach 2 ist der Luftspalt LS2 schmal ausgebildet, indem der radiale Teil des L-förmigen Profils des Spulenkörpers SPK bis auf den Außenradius des Zylindermantels ZM geführt ist und dadurch der Luftspalt LS2 zwischen der axialen Stirnseite des Zylindermantels ZM und dem gegenüberliegenden Bereich des Spulenkörpers SPK gebildet wird. Die weiteren Teile der gezeigten Anordnung sowie die Funktion der Kupplung sind an Hand der 1 beschrieben worden.
Die Ausführung nach 3 sieht einen als U-Profil ausgebildeten, die Spule SP, die Wicklungen der Spule SP umgebenden Spulenkörper SPK vor. Die beiden in Achsrichtung der Ankerplatte AP zugewandten Stirnseiten des Spulenkörpers SPK bilden mit der Ankerplatte AP zwei Luftspalte LS1, LS2. Die weiteren Teile der gezeigten Anordnung und die Funktion der Kupplung sind an Hand der 1 beschrieben worden. Die Bewegung zum Betätigen der Kupplung, das Pressen der Kupplungsscheiben KS erfolgt hier durch die Bewegung der Ankerscheibe AP alleine (ein Zylindermantel ist ja nicht vorhanden) – entsprechend ist der Doppelpfeil der Beweglichkeit der Ankerscheibe AP zugeordnet.
Bezugszeichenliste

W1

Welle

W2

Welle

L1

Lager

L2

Lager

L3

Lager

GH

Gehäuse

N

Nabe, Kupplungsnabe

K

Korb, Kupplungskorb

KS

Kupplungsscheibe

DP

Druckplatte

AP

Ankerplatte, Ankerscheibe

SP

Spule, Wicklung

SPK

Spulenkörper (L- bzw. U-förmig)

ZM

Zylindermantel (Ankerplatte AP)

LS1

Luftspalt

LS2

Luftspalt

R

Rotor

ST

Stator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112005002200 B4 [0003]
DE 472567 C [0005]
DE 548119 C [0006]
DE 819187 C [0006]
DE 1203550 B [0007]
DE 1218229 B [0007]
DE 1400091 A1 [0008]
DE 1400084 A1 [0008]

Claims

Elektromagnetisch aktuierbare Kupplung zum Kuppeln zweier gleichachsiger Wellen (W1, W2), wobei die eine Welle (W1) mit einer Kupplungsnabe (N), die zweite Welle (W2) mit einem Kupplungskorb (K) drehfest verbunden ist, zwischen Kupplungsnabe (N) und Kupplungskorb (K) angeordnete Kupplungsscheiben (KS) abwechselnd an der Kupplungsnabe (N) und am Kupplungskorb (K) angelenkt sind, mit einer Ankerplatte (AP), einer Ankerscheibe, welche durch eine mit Strom beaufschlagbaren Spule (SP) zum Druckaufbau zwischen den Scheiben (KS) betätigbar ist, wobei die Spule (SP) gehäusefest innerhalb der Kupplungnabe (N) angeordnet ist, wobei der Spule (SP) ein gehäusefester Spulenkörper (SK) zugeordnet ist, wobei der Spulenkörper (SK) über zwei Luftspalte (LS1, LS2) einen magnetischen Kreis bildend mit der Ankerplatte (AP) zusammenwirkt.
Elektromagnetisch aktuierbare Kupplung nach Anspruch 1, der Spulenkörper (SK) wirkt über insgesamt zwei Luftspalte (LS1, LS2) mit der Ankerplatte (AP) zusammen.
Elektromagnetisch aktuierbare Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, die Ankerplatte (AP) weist einen Zylindermantel (ZM) auf, der die Spule (SP) an ihrer Außenseite, an der zur Kupplungsnabe (N) weisenden Seite umgibt.
Elektromagnetisch aktuierbare Kupplung nach Anspruch 3, das stirnseitige Ende des Zylindermantels (ZM) bildet mit dem Ende des Spulenkörpers (SK) einen Luftspalt (LS2), der zweite Luftspalt (LS1) ist gebildet durch Ankerplatte (AP) und das der Ankerplatte (AP) gegenüberliegende Ende des Spulenkörpers SK).
Elektromagnetisch aktuierbare Kupplung wenigstens nach Anspruch 1 oder 2, der Spulenkörper (SK) ist im Profil L-förmig ausgebildet.
Elektromagnetisch aktuierbare Kupplung wenigstens nach Anspruch 5, der L-förmig profilierte Spulenkörper (SK) trägt die Spule (SP), die Wicklungen an der langen Seite des Profils, das kurze Ende des Profils an dem der Ankerplatte (AP) gegenüberliegenden Seite.
Elektromagnetisch aktuierbare Kupplung wenigstens nach Anspruch 1 oder 2, der Spulenkörper ist im Profil U-förmig ausgebildet, wobei die beiden Schenkel des U-Profils die Spule, die Wicklungen umgeben und die beiden Luftspalte durch die Enden der Schenkel und der Ankerplatte gebildet werden.