DE102014204841A1

DE102014204841A1 - Kupplungsmodul

Info

Publication number: DE102014204841A1
Application number: DE102014204841.9A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Pichler; Daniel Prix; Dominik Schober
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-09-17
Also published as: WO2015136000A1

Abstract

Es wird ein Kupplungsmodul vorgeschlagen, welches eine Antriebskraft zwischen einer Ausgangswelle eines Verbrennungskraftmotors und einer Eingangswelle eines Getriebes verbindet und trennt, und wobei sich die Kupplung auf der Eingangswelle des Getriebes befindet, wobei die Kupplung eine Mehrscheiben-Trockenkupplung mit Innenlammellenträger und Außenlamellenträger ist, und am Außenlamellenträger ein Ventilator rotationsfest montiert ist und ein Sammler im Abstrom der Luft für das Sammeln von Abrieb vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kupplungsmodul, welches eine Antriebskraft zwischen einer Ausgangswelle eines Verbrennungskraftmotors und einer Eingangswelle eines Getriebes verbindet und trennt, und wobei sich die Kupplung auf der Eingangswelle des Getriebes befindet, wobei die Kupplung eine Mehrscheiben-Trockenkupplung mit Innenlammellenträger und Außenlamellenträger ist.
Stand der Technik
Eine Trockenkupplung ist eine Reibungskupplung, die den Reibungswiderstand zwischen Platten nutzt, um Kräfte zu übertragen. Dabei wird ein Drehmoment übertragen, abhängig von der Fläche, dem Material und dem Anpressdruck der Scheiben.
Während bei einem konventionellen Fahrzeug die Größe der Kupplungsscheiben nahezu beliebig ist, reicht beispielsweise in einem Motorrad im Allgemeinen der zur Verfügung stehende Raum nicht aus. Deshalb werden in Motorrädern Mehrscheiben-Kupplungen verwendet, in denen die Reibungswiderstände der Scheiben sich addieren. Auch für eine in einen Elektromotor integrierte Kupplung ist das Bauraumproblem vorhanden, so dass auch hier Mehrscheiben-Trockenkupplungen zum Einsatz kommen. Aus der DE 10 2013 210 366 A1 ist ein Hybridmodul in einem Fahrzeugantriebsstrang bekannt, umfassend, eine Kupplung, welche eine Antriebskraft zwischen einer Ausgangswelle eines Verbrennungskraftmotors und einer Eingangswelle eines Getriebes verbindet und trennt, und einen Elektromotor mit einem Rotor, wobei der Rotor mit einem Teil der Kupplung fix verbunden ist und wobei sich die Kupplung auf der Eingangswelle des Getriebes befindet, wobei die Kupplung eine Mehrscheiben-Trockenkupplung ist, wobei der Elektromotor und die Mehrscheiben-Trockenkupplung in nur einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Gerade in den Hybridlösungen sind Mehrscheiben-Trockenkupplungen wegen ihres geringen Platzverbrauchs optimal einsetzbar.
Die Trockenkupplung hat einen besseren Wirkungsgrad als eine Ölbadkupplung, da der direkte Kontakt der Reibscheiben nicht durch umgebende Kühlflüssigkeit gedämpft bzw. gemindert wird. Da aber die kühlende Wirkung des Ölbads entfällt, wird die Trockenkupplung wesentlich schneller heiß. Außerdem verursachen Trockenkupplungen ein relativ hohes Volumen an Abrieb, welches die ordentliche Funktion der Kupplung behindern kann. Im Stand der Technik wurde über eine Spaltdichtung verhindert, dass Abrieb in den Elektromotor gelangen kann. In nassen Kupplungssystemen erfüllt das Schmiermittel, im Allgemeinen das Schmieröl den Abtransport des Abriebs der Kupplung, wobei unterschiedliche Filter den Abrieb im Ölsumpf sammeln.
In einer trockenen Kupplung ist das Problem des Abriebs nicht gelöst. Allerdings sollte dieser Abtrieb möglichst rasch von den mechanisch beweglichen Bauteilen sowie von den Reibflächen entfernt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung den Abrieb aus dem Kupplungssystem zu entfernen und geeignet zu sammeln.
Gelöst wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Insbesondere wird die Aufgabe gelöst mit einem Kupplungsmodul, welches eine Antriebskraft zwischen einer Ausgangswelle eines Verbrennungskraftmotors und einer Eingangswelle eines Getriebes verbindet und trennt, und wobei sich die Kupplung auf der Eingangswelle des Getriebes befindet, wobei die Kupplung eine Mehrscheiben-Trockenkupplung mit Innenlammellenträger und Außenlamellenträger ist, und am Außenlamellenträger ein Ventilator rotationsfest montiert ist und ein Sammler im Abstrom der Luft für das Sammeln von Abrieb vorgesehen ist. Durch diese Ausgestaltung des Kupplungsmoduls ist eine ordentliche Funktion des Kupplungssystems auch bei sehr hohen Verschleißvolumen gegeben. Dadurch, dass der Abrieb abgesammelt wird, wird das Kupplungsverhalten über die Lebensdauer stabilisiert.
Ein Vorteil der Trockenkupplung liegt im höheren Reibwert, wodurch kleinere Aktuierungskräfte bei Betätigung der Trockenkupplung und/oder eine kleinere Dimensionierung bei den Bauteilen möglich ist. Vorzugsweise ist im Normalbetrieb die Getriebeeingangswelle über die Kupplung mit dem Verbrennungskraftmotor verbunden. Dies ist vor allem bei Hybridfahrzeugen mit E-Antrieb von Vorteil, da beim Boosten (Zuschalten des Elektromotors zum Verbrennungskraftmotor) und Rekuperation keine permanente Zustellkraft der Aktuatoreinheit erforderlich ist.
Es ist von Vorteil, dass der Außenlamellenträger mindestens eine Öffnung für einen Luftdurchfluss durch die Kupplungslamellen oder, dass der Außenlamellenträger sowohl eine Öffnung für den Zustrom von Luft als auch eine Öffnung für den Abstrom aufweist. Durch die Verwendung des Außenlamellenträgers für den Zustrom als auch für den Abstrom der Luft wird der Einbau zusätzlicher Komponenten vermieden und das Bauteil klein und leicht gehalten.
Ein besonders hohes Maß der Integration wird erzielt indem der Außenlamellenträger mit einem Bereich des Gehäuses einen Ansaugkanal bildet.
Es ist von Vorteil, dass der Ventilator sich in einem Drehraum dreht, der Drehraum zu dem Sammler benachbart angeordnet ist. Dadurch kann der Abrieb direkt von der Stelle, an dem er angesaugt wird, in den Sammler transportiert werden. Vorteilhafterweise ist das Kupplungsmodul in einem Hybridmodul angeordnet, integriert im Gehäuse des Elektromotors, wodurch ein zusätzliches Gehäuse für die Kupplung entfallen kann.
Erfindungsgemäß ist der Abstrom an einer Flüssigkeitskühlung entlangführbar. Die Luftzirkulation entlang einer Flüssigkeitskühlung, zum Beispiel einer Wasserkühlung, führt zu einer zusätzlichen Kühlung der Kupplung und des Aktuatorsystems. Das wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass der Abstrom gekühlt dem Zustrom zumischbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Mehrscheiben-Trockenkupplung innerhalb des Rotors angeordnet. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauweise des Hybridmoduls ermöglicht.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Aktuierung der Kupplung hydraulisch. Dabei wirkt ein Ringkolben der beim Lösen der Kupplung von der Eingangswelle des Getriebes hydraulisch beaufschlagt wird, auf eine Druckplatte, die sich vom Lamellenpaket löst und wodurch sich das Lammellenpaket öffnet und den Elektromotor vom Verbrennungskraftmotor trennt. Vorspannfedern gewährleisten einerseits ein Rückstellen der Druckplatte, bei Deaktivieren des Ringkolbens, und andererseits einen Spielausgleich des Lamellenpakets aufgrund des Reibverschleißes der Lamellen.
Es ist jedoch auch denkbar, dass jede dem Fachmann bekannte Art der Aktuierung (z.B.: pneumatisch, mechanisch, elektromechanisch) verwendet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist diese als Add-on Lösung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verbaubar. Dies bedeutet, dass das Modul an beiden Seiten eine identische Anschlussgeometrie aufweist, also zwischen Motor und Getriebe verbaut werden kann. Ist kein Modul zwischen Getriebe und Motor vorgesehen, so ist das Getriebe mittels normaler Kupplung direkt an den Motor montiert.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass Fahrzeuge nachträglich mit diesem Hybridmodul nachgerüstet bzw. alternativ ausgerüstet werden können.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine Lösung im Stande der Technik
2 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus
3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt
Im Folgenden ist zunächst eine Lösung aus dem Stand der Technik dargestellt. In 1 ist als Beispiel ein Hybridmodul 10 dargestellt, welches im Wesentlichen einen Elektromotor 20, einen Rotor 21 und einen Stator 22 umfassend, sowie eine Mehrscheiben-Trockenkupplung 30, wobei der Elektromotor 20 und die Mehrscheiben-Trockenkupplung 30 in einem gemeinsamen Gehäuse 11 angeordnet sind, und wobei die Mehrscheiben-Trockenkupplung 30 innerhalb des Rotors 21 und des Außenlamellenträgers 31 des Elektromotors 20 angeordnet ist. Das Blechpaket des Rotors 21 und der Außenlamellenträger 31 sind miteinander, z.B.: über einen Presssitz, fest verbunden. Eine Spaltdichtung 60 trennt den Bereich der Mehrscheiben-Trockenkupplung 30 vom Bereich des Elektromotors 20, um zu verhindern, dass der Abrieb, der aufgrund des Reibverschleißes des Lamellenkupplungspakets 32 entsteht, in den Bereich des Elektromotors 20 eindringen kann. Die Mehrscheiben-Trockenkupplung 30 umfasst im Wesentlichen einen Außenlamellenträger 31, welcher zur Aufnahme eines Außenlamellenpakets dient, einem Innenlamellenträger 33 zur Aufnahme eines Innenlamellenpakets dient. Der Innenlamellenträger 33 ist mit der Ausgangswelle 40 der Verbrennungskraftmaschine, z.b. durch Laserschweißen oder Kondensator-Schweißen, verbunden. Ein Ringkolben 34, welcher hydraulisch aktuierbar ist, löst bei Trennung den Elektromotor 20 vom Verbrennungskraftmotor über eine Druckplatte 37 das Lammellenpaket 32, wodurch eine Verbindung der Ausgangswelle 40 des Verbrennungskraftmotors mit der Eingangswelle 50 des Getriebes unterbrochen ist. Die Eingangswelle 50 des Getriebes und die Ausgangswelle 40 des Verbrennungsmotors sind koaxial ausgerichtet, Elektromotor 20 und Mehrscheiben-Trockenkupplung 30 sind ebenfalls koaxial zur Eingangswelle 50 des Getriebes und der Ausgangswelle 40 des Verbrennungsmotors ausgerichtet. Bei Deaktivierung des Ringkolbens 34 stellen Vorspannfedern 36 die Druckscheibe 37 in ihre Ausgangsposition, wodurch die Außen- und Innenlamellenpakete wieder reibschlüssig verbunden sind, und die Ausgangswelle 40 des Verbrennungskraftmotors mit der Eingangswelle 50 des Getriebes wieder verbunden wird.
Anhand der 2 wird die erfindungsgemäße Lösung beispielhaft an einem Hybridmodul 10 dargestellt. 3 ist dabei ein vergrößerter Ausschnitt der 2.
In den 2 und 3 ist das erfindungsgemäße Kupplungsmodul mindestens bestehend aus einer Mehrscheiben-Trockenkupplung 30 und einem Sammler 62 dargestellt. Bei der Mehrscheiben-Trockenkupplung 30 sind die Außenlamellen an einem Außenlamellenträger 31 drehfest befestigt, wobei der Außenlamellenträger 31 mit dem Rotor 22 des Elektromotors verbunden ist. Die Bauteile sind in einem Gehäuse 11 in einem Lagerraum angeordnet.
Der Außenlamellenträger 31 weist für die Zuluft 64 eine Zustromöffnung 66 auf, durch die die Zuluft 64 in das Gehäuse einströmen kann. Weiterhin weist der Außenlamellenträger 31 eine Ausnehmung auf, so dass zwischen dem Außenlamellenträger 31 und einem inneren Gehäuseteil ein Ansaugkanal 67 entsteht. Auf der Zustromöffnung 66 gegenüberliegenden Seite des Moduls ist ein Ventilator 61 am Außenlamellenträger 31 angebracht. Der Ventilator ist mit dem Außenlamellenträger 31 fest verbunden und dreht sich mit diesem um die Eingangs- bzw Ausgangswelle. Für den Ventilator 61 ist ein Drehraum 71 vorgesehen, der in Durchbrüchen des Lagerraums zum Gehäuse hin mündet. Ein Sammler 62 ist räumlich nahe an den Durchbrüchen angeordnet. Der Sammler 62 weist ein Filter 63 auf, durch das die Luft als Abluft 65 strömt. Damit durchströmt die Zuluft 64 in die Mehrscheiben-Trockenkupplung 30. Der Ventilator 61 generiert einen Unterdruck im Bereich der Kupplungslamellen. Dadurch wird Luft über die Zustromöffnung 66 angesaugt und durchströmten die Kupplungslamellen. Der entstehende Luftsog transportiert den Abrieb von den Lamellen weg durch den Ansaugkanal 67 sowie den Drehraum 71 in den Sammler 62. Im Sammler wird der Abrieb von der transportierenden Luft getrennt und sammelt sich am Boden des Sammlers.
Die durchströmende Luft weist somit eine Transportfunktion für den Abrieb der Kupplungslamellen auf. Eine zusätzliche Funktion lässt sich dadurch realisieren, dass die Luft an einem im System vorhandenen Wasserkühlungssystem vorbeigeführt wird. Dazu wird Abluft 65 in einem Kühlkanal 68 des Gehäuses 11 geführt. Der Kühlkanal verläuft innerhalb des Gehäuses in der Nähe der Wasserkühlung 70. Dadurch wird die Abluft 65 gekühlt. Die gekühlte Luft wird anschließend wieder in das System der Zuluft 64 eingespeist.
Damit erfüllt die durchströmende Luft eine zusätzliche Funktion, nämlich die der Kühlung der Kupplungslamellen.
Die Position des Ventilators muss nicht an der Zustromöffnung 66 gegenüberliegenden Seite des Moduls am Außenlamellenträger 31 angebracht sein. Der Ventilator kann auch an geeigneter Position näher an den Kupplungslamellen angebracht sein. Auch ein Ventilator, der sich nahe an der Zustromöffnung 66 am Außenlamellenträger befindet kann den gewünschten erfindungsgemäßen Luftstrom erzeugen.
Bezugszeichenliste

10: Hybridmodul
11: Gehäuse
20: Elektromotor
21: Rotor
22: Stator
30: Mehrscheiben-Trockenkupplung
31: Außenlamellenträger
32: Lamellenpaket
33: Innenlamellenträger
34: Ringkolben
35: Ausrücklager
36: Vorspannfedern
37: Druckplatte
40: Ausgangswelle
50: Eingangswelle
60: Spaltdichtung
61: Ventilator
62: Sammler
63: Filter
64: Zuluft
65: Abluft
66: Zustromöffnung
67: Ansaugkanal
68: Kühlkanal
70: Wasserkühlung
71: Drehraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013210366 A1 [0003]

Claims

Kupplungsmodul, welches eine Antriebskraft zwischen einer Ausgangswelle (40) eines Verbrennungskraftmotors und einer Eingangswelle (50) eines Getriebes verbindet und trennt, und wobei sich die Kupplung auf der Eingangswelle (50) des Getriebes befindet, wobei die Kupplung eine Mehrscheiben-Trockenkupplung (30) mit Innenlammellenträger (33) und Außenlamellenträger (31) ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenlamellenträger (31) ein Ventilator (61) rotationsfest montiert ist und ein Sammler (62) in der Abluft (65) für das Sammeln von Abrieb vorgesehen ist.
Kupplungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass und der Außenlamellenträger (31) mindestens eine Öffnung (66, 67) für einen Luftdurchfluss durch die Kupplungslamellen aufweist.
Kupplungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenlamellenträger sowohl eine Öffnung für die Zuluft (64) als auch eine Öffnung für die Abluft (65) aufweist.
Kupplungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenlamellenträger (31) mit einem Bereich des Gehäuses einen Ansaugkanal (67) bildet.
Kupplungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (61) sich in einem Drehraum (71) dreht.
Kupplungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehraum (71) zu dem Sammler (62) benachbart angeordnet ist.
Kupplungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluft (65) an einer Flüssigkeitskühlung (70) entlangführbar ist.
Kupplungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluft (65) gekühlt der Zuluft (64) zumischbar ist.
Kupplungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuierung der Mehrscheiben-Trockenkupplung (30) hydraulisch erfolgt.
Kupplungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsmodul in einem Hybridmodul (10) angeordnet ist.
Kupplungsmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridmodul (10) als Add-on Lösung in einem Antriebsstrang verbaut werden kann, wozu das Hybridmodul (10) und/oder das Gehäuse an beiden Enden eine identische Anschlussgeometrie zu Motor und Getriebe, zu dessen Wellen aufweist.