DE102014213818A1 - Antriebsanordnung - Google Patents

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Christoph Maier
Rolf Meinhard
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung mit einem Eingangselement zur Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit einer elektrischen Maschine, und mit einem Ausgangselement zur Verbindung der Antriebsanordnung mit einer Getriebeeingangswelle eines nachgeordneten Getriebes, wobei als Anfahrelement eine Reibungskupplung vorgesehen ist, welche den Rotor der elektrischen Maschine mit dem Ausgangselement koppelt und mit einer Klauenkupplung, welche die Verbrennungskraftmaschine bei geschlossener Reibungskupplung mit dem Eingangselement der Reibungskupplung koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Tellerfeder zum Beaufschlagen der Reibungskupplung und eine zweite Tellerfeder zur Betätigung der Klauenkupplung vorgesehen sind, welche seriell von einem Aktuator betätigbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Elektromotor.
  • Antriebsanordnungen für Hybridfahrzeuge sind beispielsweise durch die ältere Anmeldung der Anmelderin bekannt geworden, bei welcher eine Klauenkupplung und eine Reibungskupplung vorgesehen sind. Bei dieser Antriebsanordnung wird die Reibungskupplung als Anfahrkupplung eingesetzt. Die Antriebsanordnung wird dabei bei einem Hybridfahrzeug eingesetzt, wobei die Motoreneinheit aus einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Maschine besteht. Dabei wird die Motoreneinheit über die Reibungskupplung als Anfahrkupplung an die Getriebeeingangswelle des nachgeschalteten Getriebes gekoppelt. Dabei ist die elektrische Maschine mit ihrem Rotor fest an der Schwungmasse der Reibungskupplung, wie an der Gegendruckplatte der Reibungskupplung, angebunden. Die Verbrennungskraftmaschine, welche gemäß Stand der Technik mit einem konventionellen Starter und mit einem nachgeschalteten Zweimassenschwungrad ausgerüstet ist, kann optional mit dem Antriebstrang verbunden werden. Zugmomente der Verbrennungskraftmaschine werden über eine Freilaufkupplung auf die Schwungmasse der Anfahrkupplung übertragen. Über diesen Freilauf kann sich die Verbrennungskraftmaschine selbst an den Antriebsstrang synchronisieren und ankoppeln. Schubmomente der Verbrennungskraftmaschine werden über eine schaltbare Klauenkupplung übertragen.
  • Die Klauenkupplung ermöglicht bei eingerückter Anfahrkupplung eine optionale Ankopplung der Schubmomente der Verbrennungskraftmaschine den Antriebsstrang beispielsweise als Motorbremse bei Bergabfahrten oder als Parkbremse im Stillstand des Fahrzeugs. Dabei wird vorausgesetzt, dass beim Einrücken der Klauenkupplung annähernd Drehzahlgleichheit zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Abtrieb, also der Getriebeeingangswelle, vorliegt.
  • Dabei werden zur Betätigung der beiden Kupplungen zwei Aktuatoren vorgesehen, was relativ viel Bauraum benötigt und auch mit hohen Kosten verbunden ist.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung zu schaffen, welche eine Betätigung der beiden Kupplungen mit nur einem Aktuator erlaubt.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung mit einem Eingangselement zur Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit einer elektrischen Maschine, und mit einem Ausgangselement zur Verbindung der Antriebsanordnung mit einer Getriebeeingangswelle eines nachgeordneten Getriebes, wobei als Anfahrelement eine Reibungskupplung vorgesehen ist, welche den Rotor der elektrischen Maschine mit dem Ausgangselement koppelt und mit einer Klauenkupplung, welche die Verbrennungskraftmaschine bei geschlossener Reibungskupplung mit dem Eingangselement der Reibungskupplung koppelt, wobei eine erste Tellerfeder zum Beaufschlagen der Reibungskupplung und eine zweite Tellerfeder zur Betätigung der Klauenkupplung vorgesehen sind, welche seriell von einem Aktuator betätigbar sind. Dadurch kann ein Aktuator eingesetzt werden, um die beiden Kupplungen zu betätigen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Klauenkupplung geschlossen wird oder schließbar ist, wenn die Reibungskupplung eingerückt ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Tellerfeder die Reibungskupplung im unbetätigten Zustand in einem eingerückten Zustand hält.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die zweite Tellerfeder die Klauenkupplung im unbetätigten Zustand in einem eingerückten Zustand hält.
  • Aus Bauraumgründen ist es vorteilhaft, wenn ein Topf vorgesehen ist, welcher die Klauenkupplung betätigt, wobei der Topf eine Ausnehmung in der Reibungskupplung durchgreift.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Topf vorgesehen ist, welcher die Klauenkupplung betätigt, wobei der Topf die Reibungskupplung umgreift. So kann die Kupplung einfacher ausgebildet werden.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die elektrische Maschine achsparallel zur Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und über einen Riementrieb mit der Antriebsanordnung verbunden ist.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die erste Tellerfeder und die zweite Tellerfeder auf der Getriebeseite der Antriebsanordnung angeordnet sind. Dadurch kann die Betätigung durch den einen Aktuator einfacher ausfallen.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Freilauf der Klauenkupplung radial innerhalb der Riemenscheibe angeordnet ist. So lässt sich eine bauraumsparende Lösung finden.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Reibungskupplung eine selbstnachstellende Kupplung zur Verschleißnachstellung ist.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Klauenkupplung mit einem Sägezahnprofil mit einseitig senkrechten Flanken ausgebildet ist. dies hat den Vorteil, dass eine einfache Gestaltung vorgenommen werden kann, weil nur Schubmomente der Verbrennungskraftmaschine über die Verzahnung übertragen werden. Dies bringt in Kombination mit dem Freilauf Vorteile, da im Vergleich zu anderen Verzahnungsprofilen die Gefahr reduziert ist, dass die Klauenkupplung beim Schließen gegen den Freilauf verspannen würde.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert:
  • Dabei zeigt:
  • 1 eine Ansicht einer Antriebsanordnung im Halbschnitt, und
  • 2 eine weitere Ansicht der Antriebsanordnung.
  • Die 1 und 2 zeigen eine Antriebsanordnung 1 für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Maschine 2. Von der Verbrennungskraftmaschine ist dabei lediglich ein Teil der Kurbellwelle 3 gezeigt. Die elektrische Maschine 2 ist dabei achsparallel zur Verbrennungskraftmaschine angeordnet.
  • Die Antriebsanordnung 1 ist mit einem eingangsseitig angeordneten Schwingungsdämpfer 4 mit einem Eingangselement 5 und mit einem Ausgangselement 6 ausgebildet. Das Eingangselement 5 ist dabei mit der Kurbelwelle 3 einer Verbrennungskraftmaschine verbindbar. An das Ausgangselement 6 ist die Klauengegenverzahnung 21 der Klauenkupplung 7 angebunden. Der Verzahnungskörper 21 ist dabei ein feststehender Teil der Klauenkupplung und der Körper 8 der Klauenkupplung 7 ist der verlagerbare Teil.
  • Die elektrische Maschine 2 über eine Riemenscheibe 9 und ein Riemenband 10 mit der Kupplungsdruckplatte 20 der Reibungskupplung 22 verbunden.
  • Die Antriebsanordnung 1 zeichnet sich durch zwei Kupplungen, eine Reibkupplung 13 sowie eine Klauenkupplung 7, aus, welche beide passiv mittels einer Kombination zweier Tellerfedern 11, 12 geschlossen sind. Die beiden Tellerfedern sind dabei derart vorgespannt, dass die Kupplungen 7, 13 im unbetätigten Zustand eingerückt sind.
  • Betätigt, wie ausgerückt, werden die beiden Kupplungen mittels einer unidirektional wirkenden Ausrückvorrichtung 14, wie beispielsweise einer hydrostatischen Ausrückvorrichtung mit einem axial verlagerbaren Ausrücklager, welches von einem Hydraulikkolben beaufschlagt wird. Die Ausrückvorrichtung 14 dient dazu, dass die beiden Kupplungen 7, 13 sequentiell über den Ausrückweg des Ausrücklagers hinweg betätigt, wie ausgerückt werden.
  • In einem ersten Hub wird die Klauenkupplung 5 und in einem zweiten Hub wird die Reibungskupplung 13 geöffnet. Die Klauenkupplung 5 dient insbesondere zur Übertragung der Schubmomente der Verbrennungskraftmaschine und ist daher mit einer Sägezahnverzahnung versehen, deren steile Flanken nur eine geringe Zuhaltekraft erfordern.
  • Um die beiden Kupplungen passiv geschlossen zu halten, werden die beiden Tellerfedern 11, 12 kombiniert, welche jeweils eine der Kupplungen mittels Federkraft schließen. Die Kraft der Tellerfeder 12, welche die Klauenkupplung 7 schließt, stützt sich an den Zungen der Reibkupplungstellerfeder 11 ab. Das Kraftniveau der Tellerfeder 12 ist verglichen mit dem Kraftniveau der Tellerfeder 11 eher gering, da die Kraft zum Zuhalten der Klauenkupplung 7 je nach gewählter Zahngeometrie deutlich geringer ist als die Anpresskraft in der Reibungskupplung 13.
  • Die Tellerfeder 12 ist so verbaut und vorgespannt, dass sie sich beim Schließen der Klauenkupplung 7 entspannt und ihre Kraft bei geschlossener Klauenkupplung 7 im Bereich ihres Kraftmaximums liegt. Da sich die Tellerfeder 12 an den Zungen der Tellerfeder 11 abstützt, ist die Anpresskraft und damit das übertragbare Drehmoment in der Reibkupplung 13 aufgrund der Zungenvorlast reduziert.
  • Da die Klauenkupplung 7 jedoch nur dann geschlossen wird, wenn nur Schubmoment der Verbrennungskraftmaschine übertragen wird, kann ein geringeres übertragbares Drehmoment akzeptiert werden.
  • Rückt die Ausrückvorrichtung 14, wie Aktuator, um den ersten, die Klauenkupplung 7 öffnenden Weg aus, wird die Tellerfeder 12 gespannt und ihr Kraftniveau fällt in den Bereich des Kraftminimums. So kann der Einfluss Kraft der Tellerfeder 12 auf die Anpresskraft in der Reibungskupplung 13 bei geöffneter Klauenkupplung 7 gering gehalten werden. Da von der Betätigungsvorrichtung nur Kräfte zum Schließen der Klauenkupplung 7 bereitgestellt werden, muss diese mittels Blattfedern aufgezogen werden. Diese Blattfedern dienen gleichzeitig zur Übertragung der in der Klauenkupplung 7 anliegenden Drehmomente in die Antriebsanordnung.
  • Im weiteren Betätigungshub, in dem die Reibungskupplung geöffnet wird, wird die Tellerfeder 12 mittels eines Anschlags 15 in der Betätigungsvorrichtung überbrückt und wandert im gespannten Zustand den weiteren Ausrückweg mit. Ein zweiter Anschlag 16 zwischen Betätigungsvorrichtung und dem Topf 17, welcher der Betätigung der Klauenkupplung 7 dient, wird freigegeben. Der Topf 17 wird von den Blattfedern 18, welche die Klauenkupplung 7 öffnen gegen den Kupplungsdeckel 19 gezogen und gehalten.
  • In der folgend dargestellten Variante ist eine Reibungskupplung 13 mit Verschleißnachstellung, auch SAC oder Self-Adjusting Clutch genannt, gewählt. Diese Reibungskupplung 13 erfordert bei Verschleiß einen deutlich geringeren Betätigungsweg als eine Kupplung ohne Verschleißnachstellung und ermöglich somit eine kompaktere Bauweise. Alternativ können auch andere Kupplungen mit Verschleißnachstellung eingesetzt werden, oder alternativ insbesondere bei ausreichendem Bauraum können auch Kupplungen ohne Verschleißnachstellung verwendet werden.
  • Die Klauenkupplung 7 wird über den Topf 17 betätigt, der auf der Seite der Ausrückvorrichtung einen Anschlag 16 zum Betätigungssystem aufweist, wobei der Topf durch eine Durchführung 22 in der Reibungskupplung 13 geführt wird. Dabei ist der Topf 16 auch mittels der Blattfedern 18 mit der Kupplungsdruckplatte 20 verbunden und er ist auch mit einem Verzahnungsring 8 der Klauenkupplung 7 verbunden. Bei ausreichendem Bauraum kann der Umgriff auch außerhalb der Kupplung vorgesehen werden.
  • Die elektrische Maschine 2 ist in der gezeigten Ausführung achsparallel dargestellt. Das Drehmoment der elektrischen Maschine 2 wird mittels eines Riementriebs mit dem Riemen 10 auf die Antriebsanordnung übertragen. Diese Bauweise benötigt zwar zusätzlichen Bauraum radial außerhalb der Kupplungsglocke, sie erspart jedoch axiale Baulänge. Alternativ dazu könnte aber auch eine koaxial angeordnete elektrische Maschine eingesetzt werden, innerhalb deren Rotor die Klauenkupplung angeordnet werden könnte, wobei dann bei entsprechenden radialen Abmaßen auch die Reibungskupplung entsprechend radial innerhalb des Rotors angeordnet werden könnte. Die Klauenkupplung 7 ist bei der gezeigten Ausführung radial innerhalb der Abtriebsriemenscheibe 9 angeordnet.
  • In der gezeigten Ausgestaltung wird die Klauenkupplung 7 über einen Topf 16 von der Tellerfeder 12 zugezogen.
  • Alternativ können auch deckelseitig Kipphebel vorgesehen werden, welche eine Richtungsumkehr der Betätigungskraft und somit ein Zudrücken der Klauenkupplung ermöglichen.
  • Alternativ zu einer sägezahnverzahnten Klauenkupplung 7 können auch andere formschlüssige Kupplungen eingesetzt werden, wie beispielsweise zwei radial verzahnte Kupplungskörper mit Schiebemuffe.
  • Mit 23 ist der Freilauf bezeichnet, welcher zwischen dem Ausgang des Drehschwingungsdämpfers und der Druckplatte 20 der Reibungskupplung 13 zur Übertragung von Zugmomenten vorgesehen ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsanordnung
    2
    elektrische Maschine
    3
    Kurbelwelle
    4
    Schwingungsdämpfer
    5
    Eingangselement
    6
    Ausgangselement
    7
    Klauenkupplung
    8
    Verzahnungsring
    9
    Riemenscheibe
    10
    Riemenband
    11
    Tellerfeder
    12
    Tellerfeder
    13
    Reibungskupplung
    14
    Ausrückvorrichtung, Aktuator
    15
    Anschlag
    16
    Anschlag
    17
    Topf
    18
    Blattfeder
    19
    Kupplungsdeckel
    20
    Kupplungsdruckplatte
    21
    Klauengegenverzahnung
    22
    Durchführung
    23
    Freilauf

Claims (10)

  1. Antriebsanordnung (1) mit einem Eingangselement zur Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit einer elektrischen Maschine (2), und mit einem Ausgangselement zur Verbindung der Antriebsanordnung mit einer Getriebeeingangswelle eines nachgeordneten Getriebes, wobei als Anfahrelement eine Reibungskupplung (13) vorgesehen ist, welche die elektrische Maschine (2) mit dem Ausgangselement koppelt und mit einer Klauenkupplung (7), welche die Verbrennungskraftmaschine bei geschlossener Reibungskupplung (13) mit dem Eingangselement der Reibungskupplung koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Tellerfeder (11) zum Beaufschlagen der Reibungskupplung (13) und eine zweite Tellerfeder (12) zur Betätigung der Klauenkupplung (7) vorgesehen sind, welche seriell von einem Aktuator (14) betätigbar sind.
  2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Tellerfeder (11) die Reibungskupplung (13) im unbetätigten Zustand in einem eingerückten Zustand hält.
  3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Tellerfeder (12) die Klauenkupplung (7) im unbetätigten Zustand in einem eingerückten Zustand hält.
  4. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Topf (17) vorgesehen ist, welcher die Klauenkupplung (7) betätigt, wobei der Topf (17) eine Ausnehmung (22) in der Reibungskupplung (13) durchgreift.
  5. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Topf (17) vorgesehen ist, welcher die Klauenkupplung (7) betätigt, wobei der Topf (17) die Reibungskupplung (13) umgreift.
  6. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) achsparallel zur Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und über einen Riementrieb mit der Antriebanordnung verbunden ist.
  7. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Tellerfeder (11) und die zweite Tellerfeder (12) auf der Getriebeseite der Antriebsanordnung (1) angeordnet sind.
  8. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (23) der Klauenkupplung (7) radial innerhalb der Riemenscheibe angeordnet ist.
  9. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (13) eine selbstnachstellende Kupplung zur Verschleißnachstellung ist.
  10. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenkupplung (7) mit einem Sägezahnprofil mit einseitig senkrechten Flanken ausgebildet ist.
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