-
Die Erfindung betrifft eine Kupplung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, die zwischen einem ersten Antriebsaggregat, wie einer Verbrennungskraftmaschine, und einem zweiten Antriebsaggregat, wie einem Elektromotor, einbindbar ist, wobei die Kupplung ein rotierbares, etwa mit einem Rotor des Elektromotors verbundenes oder verbindbares Gehäuse aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses eine zur Übertragung von Leistung zwischen den beiden Antriebsaggregaten ausgelegte bzw. vorbereitete, schaltbare bzw. Drehmoment übertragende bzw. Drehzahl übertragende Leistungsübertragungseinrichtung vorhanden ist, mit einer Betätigungseinrichtung, welche einen Aktor, die eine elektrisch betätigbare Antriebseinrichtung oder eine elektrisch betätigbare Bremseinrichtung, etwa eine Wirbelstrombremse, ein mit dem Aktor drehmomentverbundenes Planetengetriebe und ein vom Planetengetriebe zum Öffnen und/oder Schließen der Leistungsübertragungseinrichtung bewegbares erstes Schaltbauteil aufweist.
-
Eine solche Kupplung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 222 110 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Kupplungseinrichtung mit einer Betätigungseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine bzw. eine Brennkraftmaschine, eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor und eine Getriebeeinrichtung, wobei die Kupplungseinrichtung in dem Antriebstrang zwischen der Brennkraftmaschine einerseits und der elektrischen Maschine sowie der Getriebeeinrichtung andererseits angeordnet ist, wobei die Kupplungseinrichtung und die Betätigungseinrichtung in den Rotor der elektrischen Maschine integriert sind.
-
Ferner kann zwischen der Getriebeeinrichtung und der elektrischen Maschine eine Anfahrkupplung, beispielsweise in Form einer Einscheibenkupplung, einer Mehrscheibenkupplung, eines Wandlers oder einer Doppelkupplung vorgesehen sein. Die Anfahrkupplung kann manuell oder automatisch betätigt werden.
-
Eine gattungsgemäße Kupplung wird auch als rotorintegrierte Kupplungseinrichtung, als Kupplung oder als rotorintegrierte Kupplung bezeichnet. Eine solche Kupplung weist ferner eine erste Seite und eine zweite Seite auf. Bei einem eingekuppelten (Kupplungs-) Zustand kann eine Leistung zwischen der ersten und der zweiten Seite übertragen werden. Bei einem ausgekuppelten (Kupplungs-) Zustand kann näherungsweise keine Leistung zwischen der ersten und der zweiten Seite der Kupplung übertragen werden. Bei einem teilweise eingekuppelten (Kupplungs-) Zustand kann Leistung zwischen der ersten und der zweiten Seite der Kupplung übertragen werden, wobei die bei einem teilweise eingekuppelten Zustand übertragbare Leistung üblicherweise geringer ist, als die bei einem eingekuppelten Zustand übertragbare Leistung. Der teilweise eingekuppelte Zustand kann auch als teilweise ausgekuppelter Zustand bezeichnet werden.
-
Üblicherweise und vorzugsweise ist der Kupplungszustand zwischen dem ausgekuppelten Zustand, dem teilweise eingekuppelten Zustand und dem eingekuppelten Zustand kontinuierlich bzw. stufenlos einstellbar bzw. veränderbar.
-
Die Betätigungseinrichtung weist ein erstes Schaltbauteil, wie einen Rampenring, auf. Die Leistungsübertragungseinrichtung einer gattungsgemäßen Kupplung wird betätigt, dass heißt geschalten, also geöffnet oder teilweise geöffnet oder geschlossen oder geöffnet gehalten oder teilweise geöffnet gehalten oder geschlossen gehalten, indem das erste Schaltbauteil, also der Rampenring, bewegt wird. Die Betätigungseinrichtung weist vorzugsweise ein zweites Schaltbauteil, wie etwa eine Gegenrampen aufweisende Anpressplatte, auf. Die Leistungsübertragungseinrichtung wird vorzugsweise betätigt, indem das erste Schaltbauteil relativ zu dem zweiten Schaltbauteil bewegt wird, insbesondere indem das erste Schaltbauteil relativ zu dem zweiten Schaltbauteil verdreht wird, wodurch eine Axialverschiebung zwischen beiden Schaltbauteilen erzwungen wird. Die diesbezüglichen geometrischen und funktionalen Zusammenhänge, wie sie aus der
DE 10 2012 222 110 A1 bekannt sind, sollen als hier integriert angesehen werden.
-
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Betätigungseinrichtung einen Aktor und ein Planetengetriebe aufweist, wobei das Planetengetriebe ein Sonnenrad bzw. eine Sonne, Planetenräder bzw. Planeten, einen als Steg ausgebildeten Planetenträger und ein Hohlrad aufweist. Dabei ist das Sonnenrad mit dem Aktor verbunden, das Hohlrad drehfest mit dem zweiten Schaltbauteil verbunden und der Planetenträger mit dem ersten Schaltbauteil drehfest verbunden.
-
Das Sonnenrad, der Planetenträger und das Hohlrad sind konzentrisch um eine gemeinsame Achse herum angeordnet, diese wird im Folgenden als Hauptachse bezeichnet. Die Planetenräder sind drehbar an dem Planetenträger gelagert. Die Planetenräder sind an dem Planetenträger drehbar gelagert. Drehachsen der Planetenräder sind vorzugsweise parallel zu der Hauptachse ausgerichtet. Die Planetenräder stehen mit dem Sonnenrad in Wirkverbindung und stehen mit dem Hohlrad in Wirkverbindung. Die jeweiligen Verzahnungen sind also miteinander in kämmendem Eingriff. Die Planetenräder können somit um die Hauptachse umlaufen. Die Planeten bewegen sich dabei in einer Bahn in dem Hohlrad. Bei einer rotorintegrierten Kupplung ist das Hohlrad mit einem Kupplungsgehäuse drehfest verbunden und das Kupplungsgehäuse mit der zweiten Seite der Kupplung drehfest verbunden.
-
Im Folgenden wird angenommen, dass in einem unbetätigten Kupplungszustand die Kupplung geöffnet ist. Dies kann auch als „verblockter“ Zustand bezeichnet werden. Hierbei haben die drei Elemente Hohlrad, Sonnenrad und Planetenträger näherungsweise die gleiche Rotationsgeschwindigkeit.
-
Wird der Aktor betätigt, wirkt ein Drehmoment auf das Sonnenrad. Dieses Drehmoment kann insbesondere ein Bremsmoment oder ein Antriebsmoment sein. Dadurch verringert sich die Drehzahl des Sonnenrades. Dadurch verdrehen sich die Planetenräder relativ zu dem Sonnenrad und relativ zu dem Hohlrad. Dadurch verdreht sich das erste Schaltbauteil relativ zu dem zweiten Schaltbauteil. Dadurch wird die Leistungsübertragungseinrichtung wenigsten teilweise geschlossen. Dies kann auch als ein sich verdrehendes Planetengetriebe bezeichnet werden. Dabei kann mittels der Übersetzung der Planeten das Drehmoment des Aktors erhöht oder verringert werden, um zwischen den Schaltbauteilen ein hinsichtlich des Betrags geeignetes Betätigungsmoment, bzw. eine solche Betätigungskraft zu erzeugen. Die Planeten bewegen sich dabei in der Bahn relativ zu Getriebegehäuse, wodurch eine Hysterese entsteht. Diese Hysterese im Planetengetriebe hat einen großen nachteiligen Einfluss auf die (ebenfalls nachteilige) Hysterese des Gesamtaggregates. Die Hysterese des Gesamtaggregates beeinflusst nachteilig die Regelgüte des Gesamtaggregates.
-
Bei einer Kupplung der eingangs genannten Art ist der Schwerpunkt eines Planetenrades von dem Planetenträger in Axialrichtung der Hauptachse beabstandet. Unter Last, das heißt bei Betätigen der Kupplung, können die Planetenräder verkippen, wodurch ein Verdrehen zwischen dem ersten Schaltbauteil und dem zweiten Schaltbauteil erschwert wird, was nachteilig ist.
-
Bei Betätigen einer gattungsgemäßen Kupplung rotieren die Planetenräder um die eigene Achse und führen zusätzlich, wie beschrieben, eine umlaufende Bewegung durch. Hierdurch wird die Reibung in der Betätigungseinrichtung erhöht, was nachteilig ist. Die Reibung in der Betätigungseinrichtung beeinflusst die Regelgüte des Gesamtaggregates in negativer Weise.
-
Bei einer gattungsgemäßen Kupplung ist als weiteres aktorartiges Element zwischen der ersten Seite der Kupplung und dem ersten Schaltbauteil ein Freilauf bzw. eine Freilaufeinrichtung vorgesehen. Die Freilaufeinrichtung ist so vorgesehen, dass diese ein weiteres Betätigungsmoment auf das erste Schaltbauteil aufzubringen vermag. Die Freilaufeinrichtung kann die Leistungsübertragungseinrichtung in dem wenigstens teilweise betätigten Zustand halten. Mittels der Freilaufeinrichtung kann die Kupplung beispielsweise von einem teilweise eingekuppelten Zustand in einen nahezu vollständig eingekuppelten Zustand überführt werden.
-
Bei dem ausgekuppelten Zustand sollen, wie beschrieben, die Planetenräder, der Planetenträger und das Sonnenrad mit der gleichen Drehzahl rotieren wie das Hohlrad. Falls sich jedoch die Drehzahl der zweiten Seite der Kupplung ändert, beispielsweise wegen einer Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeuges oder wegen eines Schaltvorganges bei dem mit der zweiten Seite der Kupplung verbundenen Getriebe, können Massenträgheitseffekte in dem Sonnenrad, den Planetenrädern, dem Planetenträger sowie der Freilaufeinrichtung zu einer Relativdrehung zwischen dem ersten Schaltbauteil und dem zweiten Schaltbauteil führen. Somit kann eine unbeabsichtigte und nachteilige Betätigung der Kupplung auftreten.
-
Aus der
DE 10 2012 222 830 A1 ist eine Kupplungseinrichtung bekannt, wobei die Betätigungseinrichtung einen elektrischen Aktor zum aktiven Verdrehen erster und zweiter Schaltbauteile zueinander aufweist. Insbesondere wird dort vorgeschlagen, als Aktor eine Magnetkupplung, eine Magnetpulverkupplung, eine Magnetorheologischekupplung, eine Elektrorheologischekupplung, wenigsten ein Piezoelement, eine Hysteresebremse, einen Elektromotor, einen Servomotor oder einen Stellmotor vorzusehen.
-
Aus einer älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung der Patentanmelderin ist ferner als Aktor eine elektrische Wirbelstrombremse mit einem Bremsenstator und einem Bremsenrotor bekannt, wobei der Bremsenstator einen Innenstator mit einer Zentralspule aufweist.
-
Die Erfindung ist also auf dem Gebiet einer E-Clutch bzw. einer elektrisch betätigbaren Kupplung angeordnet.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen oder wenigstens zu mildern, insbesondere die Lagerung des Planetengetriebes hinsichtlich der Hysterese zu optimieren. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls, ein Verkippen der Planetenräder unter Last zu vermeiden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls, die Regelgüte des Gesamtaggregates zu optimieren. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein durch Massenträgheitseffekte bedingtes, unbeabsichtigtes Verdrehen zwischen dem ersten Schaltbauteil und einem zweiten Schaltbauteil zu unterbinden.
-
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Kupplung für einen Kraftfahrzeugantriebstrang erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Planetengetriebe zweistufig ausgebildet ist.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
-
Wenn das zweistufige Planetengetriebe ein erstes Sonnenrad, ein erstes Planetenrad, ein zweites Sonnenrad, ein zweites Planetenrad, einen Planetenträger, wie einen Steg, und ein Hohlrad aufweist, können vier Drehbewegungen miteinander verbunden werden. Daher kann die Leistungsübertragungseinrichtung beispielsweise durch zwei voneinander unabhängige Drehbewegungen betätigt werden
-
Wenn der Aktor auf das erste Sonnenrad wirkt, kann die Übersetzung zwischen dem ersten Sonnenrad und dem ersten Planetenrad so ausgelegt werden, dass das von dem Aktor erzeugte Drehmoment in angemessener Weise übersetzt wird, so dass der Aktor kleiner und/oder leichter ausgeführt werden kann oder mit weniger Energie betrieben werden kann.
-
Es ist von Vorteil, wenn die Betätigungseinrichtung der Kupplung eine Freilaufeinrichtung bzw. einen Freilauf aufweist, da somit die Leistungsübertragungseinrichtung mittels der Freilaufeinrichtung zumindest in dem betätigten Zustand gehalten werden kann, ohne dass dem Aktor Energie zugeführt werden muss. Die Freilaufeinrichtung kann beispielsweise die Leistungsübertragungseinrichtung von dem teilweise eingekuppelten Zustand in den vollständig eingekuppelten Zustand überführen, so dass das vom Aktor erzeugte Drehmoment die Leistungsübertragungseinrichtung nur von dem ausgekuppelten Zustand in den teilweise eingekuppelten Zustand überführen können muss, so dass der Aktor kleiner dimensioniert werden kann. Wenn außerdem die Freilaufeinrichtung und das zweite Sonnenrad drehfest verbunden sind, kann Leistung von der Freilaufeinrichtung sicher auf das zweite Sonnenrad übertragen werden.
-
Die Betätigungseinrichtung ist beispielsweise einstellbar, wenn diese eine Rampeneinrichtung mit ersten Rampen und zweiten Rampen aufweist. Über einen Rampenwinkel ist eine Übersetzung zwischen einer relativen Verdrehung der Rampen und einer axialen Verlagerung der Rampen einstellbar. Eine Drehung des ersten Schaltbauteils wirkt direkt auf die ersten Rampen, wenn die ersten Rampen mit dem ersten Schaltbauteil drehfest verbunden sind, eine Drehung des Gehäuses der Kupplung wirkt direkt auf die zweiten Rampen, wenn die zweiten Rampen und das Gehäuse der Kupplung drehfest verbunden sind, und eine Drehung des ersten Schalbauteils wirkt direkt auf das Hohlrades, wenn das erste Schaltbauteil und das Hohlrad drehfest verbunden sind. Daher kann in einfacher Weise eine jeweilige Drehmomentübertragung bzw. Drehzahlübertragung bzw. Leistungsübertragung in der Betätigungseinrichtung sicher gestellt werden.
-
Eine auf das erste Sonnenrad wirkende Leistung und/oder eine auf das zweite Sonnenrad wirkende Leistung können in einfacher Weise summierend oder alternierend zusammenwirken, wenn das erste Sonnenrad und das erste Planetenrad in Wirkverbindung stehen, das zweite Sonnenrad und das zweite Planetenrad in Wirkverbindung stehen, das zweite Planetenrad und das Hohlrad in Wirkverbindung stehen und das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad drehfest verbunden sind.
-
Wenn das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad mit einem Wälzlager an dem Planetenträger gelagert sind, wird die Reibung verringert. Hebelarme, welche ein Verkippen der Planetenräder begünstigen könnten, können ausgeglichen werden, wenn sich das Wälzlager zwischen dem ersten Planetenrad und dem zweiten Planetenrad befindet, insbesondere wenn sich das Wälzlager in einem Bereich von plus/minus 10%, bezogen auf den Abstand zwischen dem ersten Planetenrad und dem zweiten Planetenrad in der Mitte zwischen dem ersten Planetenrad und dem zweiten Planetenrad befindet. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn sich dass Wälzlager näherungsweise in der Mitte zwischen dem ersten Planetenrad und dem zweiten Planetenrad befindet. Dabei kann „die Mitte“ einen gemeinsamen Schwerpunkt beider Planetenräder, eine geometrische Mitte zwischen beiden Planetenrädern, oder eine auf die Hebelarme bezogene Mitte bezeichnen.
-
Die Hysterese kann verringert werden, indem das Kupplungsgehäuse und der Planetenträger drehfest verbunden sind. Insbesondere wenn das erste Planetenrad und das zweite Planetenrad dem Planetenträger fest zugeordnet sind, kann die Hysterese zuverlässig verringert werden.
-
Eine durch Massenträgheitseffekte verursachte unbeabsichtigte Verdrehung des Planetengetriebes kann verhindert werden, wenn eine Massenträgheit des ersten Sonnenrades sowie der damit drehfest verbundenen Teile und eine Massenträgheit des Hohlrades sowie der damit drehfest verbundenen Teile gleich sind. Die am Planetengetriebe vorliegenden Übersetzungsverhältnisse können derart berücksichtigt werden, dass diese Massenträgheiten auf die Planetenachse reflektiert gleich sind.
-
Eine durch Massenträgheitseffekte verursachte unbeabsichtigte Verdrehung des Planetengetriebes kann verhindert werden, wenn eine Massenträgheit des ersten Sonnenrades sowie der damit drehfest verbundenen Teile sowie des zweiten Sonnenrades sowie der damit drehfest verbundenen Teile und eine Massenträgheit des Hohlrades sowie der damit drehfest verbundenen Teile gleich sind. Die am Planetengetriebe vorliegenden Übersetzungsverhältnisse können derart berücksichtigt werden, dass diese Massenträgheiten auf die Planetenachse reflektiert gleich sind.
-
Als Aktor kann eine elektrische Wirbelstrombremse mit einem Bremsenstator und einem Bremsenrotor verwendet werden, insbesondere kann der Bremsenstator einen Innenstator mit einer Zentralspule aufweisen.
-
Der Innenstator kann einen ersten Klauenpol mit ersten Polklauen und einen zweiten Klauenpol mit zweiten Polklauen aufweisen, und die Zentralspule kann von dem ersten Klauenpol mit seinen ersten Polklauen und dem zweiten Klauenpol mit seinen zweiten Polklauen umgriffen sein.
-
Die ersten Polklauen und zweiten Polklauen können jeweils wechselnd ineinandergreifen.
-
Der Bremsenrotor kann eine topfartige Form mit einem Wandabschnitt aufweisen, und der Wandabschnitt kann radial außenseitig des Innenstators angeordnet sein.
-
Der Bremsenstator kann einen spulenlosen Außenstator aufweisen, der radial außenseitig des Bremsenrotors angeordnet ist.
-
Die Kupplung kann beispielsweise für einen Antriebsstrang aufweisend eine Brennkraftmaschine, eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor und eine Getriebeeinrichtung geeignet sein. Dabei ist die Kupplung in dem Antriebsstrang insbesondere zwischen der Brennkraftmaschine einerseits und elektrischen Maschine sowie der Getriebeeinrichtung andererseits anordenbar.
-
Es ist von Vorteil, wenn die Massenträgheit des zweiten Sonnenrades sowie der damit drehfest verbundenen Teile und die Massenträgheit des Hohlrades sowie der damit drehfest verbundenen Teile gleich sind.
-
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine (Zuschalt-) Kupplung bzw. eine E-Clutch für einen hybriden Antriebsstrang, wobei die Zuschaltkupplung in einen Rotor eines Elektromotors des Antriebsstrangs integriert sein kann. Die Zuschaltkupplung ist ausgebildet, eine Verbrennungskraftmaschine bzw. einen Verbrennungsmotor an den Antriebsstrang anzukoppeln bzw. vom Antriebsstrang abzukoppeln.
-
Bei reinem elektromotorischen Antrieb ist die Zuschaltkupplung vorzugsweise geöffnet, so dass die Verbrennungskraftmaschine vom Antriebsstrang abgekoppelt ist. Wenn eine höhere Leistung benötigt wird oder der elektrische Energievorrat zur Neige geht, kann vorgesehen sein, die Verbrennungskraftmaschine durch teilweises Schließen der Zuschaltkupplung zu starten, indem die Zuschaltkupplung in den Schubbetrieb geht.
-
Hierzu kann eine elektrische Bremse geschlossen werden, so dass innerhalb der Zuschaltkupplung eine Drehzahldifferenz zwischen einer lamellenseitigen Rampe und einer hohlradseitigen Rampe entsteht, durch die mittels eines Planetengetriebes, also mittels Erhöhung der Einrückkraft, das Rampensystem verdreht wird, was die gegebenenfalls trockene Lamellenkupplung der Zuschaltkupplung teilweise einrückt. Dabei wird der Verbrennungsmotor durch den Elektromotor gestartet. Wenn der Verbrennungsmotor schneller als der Elektromotor dreht, das heißt im Zugbetrieb, schließt sich ein Freilauf, wodurch die Zuschaltkupplung vollständig eingerückt wird.
-
Wenn sich der Freilauf im Zugbetrieb schließt, kann der Verbrennungsmotor einen Teil seines Drehmoments über ein mit dem Freilauf verbundenes, zusätzliches Sonnenrad, sowie die Planeten und das Hohlrad, auf die hohlradseitige Rampe übertragen, so dass die Zuschaltkupplung vollständig eingerückt wird und dann das gesamte Drehmoment des Verbrennungsmotors im Zugbetrieb übertragen kann.
-
Die vorliegenden Erfindung betrifft also die Lagerung der Planeten im Rotor des Elektromotors. Der Planetensatz bzw. das Planetengetriebe ist zweistufig, wobei vorzugsweise die großen Zahnräder der ersten Planeten mit der Sonne der elektrischen Bremse kämmen, und die kleinen Zahnräder der zweiten Planeten mit dem Hohlrad und vozugsweise mit dem zusätzlichen Sonnenrad, das mit dem Freilauf verbunden ist, kämmen, wobei das Hohlrad drehfest mit dem hohlradseitigen bzw. stegseitigen Rampenring verbunden ist.
-
Insbesondere liegt der Schwerpunkt jedes Planeten innerhalb der stegseitigen Lagerung des Planeten; entsprechende Kippmomente unter Last gleichen sich aus, bzw. werden durch die Sonne auf der einen Seite der stegseitigen Lagerung und das mit dem Freilauf verbundene, zusätzliche Sonnenrad auf der anderen Seite der stegseitigen Lagerung abgestützt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen Kraftfahrzeugsantriebstrang mit einer erfindungsgemäß eingebundenen Kupplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 einen Längsschnitt durch die Kupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 eine vergrößerte Ansicht des Längsschnitts von 2 durch die Kupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 4 einen perspektivischen Längsschnitt durch die Kupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 5 einen perspektivischen Längsschnitt durch die Kupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 6 eine Wirbelstrombremse für eine Betätigungseinrichtung einer Kupplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 7 eine Innenstator einer Wirbelstrombremse für die Betätigungseinrichtung der Kupplung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einen Ausführungsform können auch in der anderen Ausführungsform enthalten sein. Sie sind also untereinander austauschbar.
-
1 zeigt einen Kraftfahrzeugsantriebsstrang 1 mit einem ersten Antriebsaggregat 3 und einem zweiten Antriebsaggregat 5, wobei eine Kupplung 7 zwischen dem ersten Antriebsaggregat 3 und dem zweiten Antriebsaggregat 5 eingebunden ist. Ein solches erstes Antriebsaggregat 3 kann beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine 3 sein, hier exemplarisch durch zwei Kolben und eine Kurbelwelle verdeutlicht. Ein solches zweites Antriebsaggregat 5 kann beispielsweise ein Elektromotor 5 sein, hier durch einen außen liegenden Stator 9 und einen innen liegenden Rotor 11 verdeutlicht. Dabei ist eine erste Seite 13 der Kupplung 7 exemplarisch mit dem ersten Antriebsaggregat 3 leistungsverbunden. Dabei ist ferner eine zweite Seite 15 der Kupplung 7 exemplarisch mit dem Rotor 11 des zweiten Antriebsaggregates 5 leistungsverbunden. Ein solcher Kraftzeugantriebsstrang 1 kann ferner beispielsweise ein Zweimassenschwungrad 17 zwischen dem ersten Antriebsaggregat 3 und der ersten Seite 13 der Kupplung 7 vorsehen. Ein solcher Antriebsstrang 1 kann ferner ein mit der zweiten Seite 15 der Kupplung 7 verbundenes Getriebe 19 vorsehen. Es ist ebenso denkbar, als zweites Antriebsaggregat 7 nur ein Getriebe 19 vorzusehen. Ein solcher Antriebsstrang 1 kann ferner ein angetriebenes Rad 21 auf Seiten der zweiten Seite 15 der Kupplung 7 aufweisen, insbesondere kann vorgesehen sein, dass das angetriebene Rad 21 mit dem Getriebe 19 leistungsverbunden ist.
-
2 zeigt eine längs geschnittene Ansicht der Kupplung 7 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei erstreckt sich die Ansicht entlang einer Hauptachse 23, welche die Axialrichtung festlegt und eine Rotationslinie definiert, sowie entlang einer senkrecht zu der Hauptachse stehenden Radialrichtung (nicht gezeigt). Des Weiteren wird eine Rotationsrichtung um die Hauptachse herum als eine Umfangsrichtung (nicht gezeigt) bezeichnet.
-
Die erste Seite 13 der Kupplung 7 kann beispielsweise mit einer Hauptwelle 25 mit dem ersten Antriebsaggregat 3 leistungsverbunden sein und mit dieser drehfest verbunden sein. Die Hauptwelle kann auch als Kupplungswelle bezeichnet werden. Die Hauptwelle 25 ist mit zumindest einer Kupplungsscheibe 27 über ein Bauteil 29 drehfest verbunden. Das Bauteil 29 kann beispielsweise eine scheibenartige Form aufweisen und dazu dienen, einen Energiespeicher bzw. eine Feder bzw. einen Momentenfühler zwischen der Kupplungsscheibe 27 und der Hauptwelle 25 aufzunehmen. Ferner ist eine Freilaufeinrichtung 31 dargestellt, wobei ein Innenring 33 der Freilaufeinrichtung 31 mit der Hauptwelle 25 drehfest verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform bilden die Hauptwelle 25, die zumindest eine Kupplungsscheibe 27, das Bauteil 29, sowie der Innenring 33 der Freilaufeinrichtung 31 die erste Seite 13 in der Kupplung 7. Die erste Seite 13 kann auch als Motorseite 13 bezeichnet werden.
-
Ein Kupplungsgehäuse 35 ist mit dem zweiten Antriebsaggregat 5 leistungsverbunden bzw. drehfest verbunden. Ein Gehäuseabschnitt 37 ist drehfest mit dem Gehäuse 35 verbunden bzw. an diesem gebildet. Ferner ist eine Druckplatte 39 sowie gegebenenfalls eine oder mehr als eine Zwischendruckplatte 41 drehfest mit dem Gehäuse 35 verbunden. Ferner ist eine Anpressplatte 43 mit dem Gehäuse 35 drehfest verbunden. Das Gehäuse 35, der Gehäuseabschnitt 37, die Druckplatte 39, die Anpressplatte 43 sowie gegebenenfalls die eine oder mehr als eine Zwischendruckplatte 41 bilden dabei die zweite Seite 15 der Kupplung 7.
-
Eine Leistungsübertragungseinrichtung 44 der Kupplung 7 wird dabei durch die Druckplatte 39, die zumindest eine Kupplungsscheibe 27, die Anpressplatte 43 sowie gegebenenfalls eine Zwischendruckplatte 41 oder mehrere Zwischendruckplatten 41 gebildet.
-
Falls die Leistungsübertragungseinrichtung 44 der Kupplung als eine Einscheibenkupplung entworfen sein sollte, so ist die Druckplatte 39 in Axialrichtung fest mit dem Gehäuse 35 verbunden und ist die Anpressplatte 43 axial begrenzt verlagerbar. Die Kupplungsscheibe 27 ist ebenfalls begrenzt axial verlagerbar und ist zwischen Druckplatte 39 und Anpressplatte 43 angeordnet. In einem ausgekuppelten Zustand wird keine Anpresskraft bzw. Normalkraft auf die Kupplungsscheibe 27 ausgeübt. In einem teilweise eingekuppelten Zustand wird eine Anpresskraft über die Anpressplatte 43 zwischen der Anpressplatte 43 und der Kupplungsscheibe 27 sowie zwischen der Kupplungsscheibe 27 und der Druckplatte 39 ausgeübt, wobei zwischen der Kupplungsscheibe 27 einerseits sowie der Druckplatte 39 und der Angriffsplatte 43 andererseits ein Schlupfen auftreten kann. In einem vollständig eingekuppelten Kupplungszustand wird eine höhere Anpresskraft über die Anpressplatte 43 zwischen der Anpressplatte 43 und der Kupplungsscheibe 27 sowie zwischen der Kupplungsscheibe 27 und der Druckplatte 39 ausgeübt, so dass ein Schlupfen nicht auftreten sollte.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Leistungsübertragungseinrichtung 44 der Kupplung 7 als eine Lammellenkupplung ausgeführt. Dabei sind zwischen der Druckplatte 39 und der Anpressplatte 43 zumindest zwei Kupplungsscheiben 27 und zumindest eine Zwischendruckplatte 41 abwechselnd vorgesehen. Im Übrigen gilt die voranstehend gegebene Beschreibung betreffend die Einscheibenkupplung analog.
-
Eine Betätigungseinrichtung 46 der Kupplung 7 beinhaltet vorzugsweise eine Rampeneinrichtung. Dabei ist an einem Rampenring 45 zumindest eine erste Rampe 47 gebildet und ist an der Anpressplatte 43 ist eine zweite Rampe 49 gebildet. Vorzugsweise sind an dem Rampenring 45 eine Vielzahl an ersten Rampen 47 gebildet, und sind an der Anpressplatte 43 gleich viele zweiten Rampen 49 gebildet. Zwischen je einer der ersten Rampen 47 und je einer der zweiten Rampen 49 ist vorzugsweise eine Kugel 51 vorgesehen. Die ersten Rampen 47 und die zweiten Rampen 49 sind dabei so gebildet, dass eine Relativdrehung zwischen den ersten Rampen 47 und den zweiten Rampen 49 zu einer axialen Verlagerung zwischen dem Rampenring 45 und der Anpressplatte 43 führt. Die dargestellte Rampeneinrichtung ist dabei rein exemplarisch. Insofern steht der Rampenring 45 beispielhaft für eine Vielzahl an möglichen ersten Schaltbauteilen 45. Insofern steht auch die Anpressplatte 43 für eine Vielzahl an möglichen zweiten Schaltbauteilen 43. Der Rampenring 45 und die ersten Rampen 47 können insbesondere einstückig gebildet sein. Ebenso können die Anpressplatte 43 und die zweiten Rampen 49 einstückig gebildet sein.
-
Ein Aktor 53 kann beispielsweise eine Wirbelstrombremse 53 sein. Der Aktor 53 wirkt auf ein erstes Sonnenrad 55. Das erste Sonnenrad 55 steht mit einem ersten Planetenrad 57 in Wirkverbindung. Insbesondere kann an dem ersten Sonnenrad 55 eine Außenverzahnung angebracht sein und kann an dem ersten Planetenrad 57 eine Außenverzahnung angebracht sein, so dass Zähne des ersten Sonnenrades 55 und Zähne des ersten Planetenrades 57 ineinander kämmend eingreifen.
-
Ein zweites Sonnenrad 59 steht mit dem zweiten Planetenrad 61 in Wirkverbindung. Insbesondere kann an dem zweiten Sonnenrad 59 eine Außenverzahnung angebracht sein und kann an dem zweiten Planetenrad 61 eine Außenverzahnung angebracht sein, so dass Zähne des zweiten Sonnenrades 59 und Zähne des zweiten Planetenrades 61 ineinander kämmend eingreifen.
-
Ein Hohlrad 63 steht mit dem zweiten Planetenrad 61 in Wirkverbindung. Insbesondere kann an dem zweiten Planetenrad 61 eine Außenverzahnung angebracht sein und kann an dem Hohlrad 63 eine Innenverzahnung angebracht sein, so dass Zähne des zweiten Planetenrades 61 und Zähne des Hohlrades 63 ineinander kämmend eingreifen.
-
Der Freilauf 31 weist ferner einen Außenring 65 auf. Der Außenring 65 ist drehfest mit dem Sonnenrad 59 verbunden. Beispielsweise kann das Sonnenrad 59 als Freilauftopf ausgebildet sein. Insbesondere kann der Außenring 65 in das als Freilauftopf gebildete zweite Sonnenrad 59 eingepresst, mit diesem verklebt oder mit diesem verschweißt sein.
-
Das Hohlrad 63 ist drehfest mit dem Rampenring 45, also dem ersten Schaltbauteil 45, verbunden. Beispielsweise können das Hohlrad 63 und der Rampenring 45 verschraubt, verklebt oder verschweißt sein. Ferner kann das Hohlrad 63 einstückig mit dem Rampenring 45 gebildet sein, so dass diese ein erstes Schaltelement 45, 63 bilden. Das Hohlrad 63 kann mit dem Rampenring 45 und den ersten Rampen 47 einstückig gebildet sein.
-
In 3 ist eine vergrößerte Darstellung III eines Ausschnittes aus 2 abgebildet. Das erste Planetenrad 57 und das zweite Planetenrad 61 sind exemplarisch mit einer Planetenwelle 67 verbunden. Insbesondere können das erste Planetenrad 57, das zweite Planetenrad 61 und die Planetenwelle 67 einstückig ausgebildet sein. Die Planetenwelle 67 ist in einem Lager 69 gelagert. Das Lager 69 ist in dem Gehäuseabschnitt 37 gelagert. Das Lager 69 kann ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager und besonders bevorzugt ein einreihiges Kugellager sein. Das Wälzlager 69 ist in der Mitte zwischen dem ersten Planetenrad 57 und dem zweiten Planetenrad 61 vorgesehen. Insbesondere ist das Wälzlager 69 in einem gemeinsamen Schwerpunkt der beiden Planetenräder 57, 61 vorgesehen.
-
Der Gehäuseabschnitt 37 bildet somit einen Planetenträger. Der Planetenträger kann als Steg ausgebildet sein. Der Planetenträger kann auch als auch Auskragung oder eine Vielzahl an Auskragung des Gehäuses 35 oder an dem Gehäuse 35 gebildet sein. Der Planetenträger 37 und das Kupplungsgehäuse 35 sind jedenfalls drehfest miteinander verbunden. Das erste Planetenrad 57 und das zweite Planetenrad 61 sind dem Planetenträger 37 fest zugeordnet. Insbesondere ist das Wälzlager 69 in eine Ausnehmung des Gehäuseabschnitts 37 eingepasst und darin unverrückbar aufgenommen. Die Planetenwelle 67 ist also zu dem Gehäuseabschnitt 37 in Radialrichtung und Umfangsrichtung unverrückbar (aber drehbar) angeordnet.
-
Das erste Sonnenrad 55 und das erste Planetenrad 57 bilden eine erste Planetenstufe. Das zweite Sonnenrad 59 und das zweite Planetenrad 61 bilden eine zweite Planetenstufe. Insbesondere bilden das zweite Sonnenrad 59, das zweite Planetenrad 61 und das Hohlrad 63 die zweite Planetenstufe. Es ist ebenso denkbar, dass das erste Sonnenrad 55, das erste Planetenrad 57 und das Hohlrad 63 die erste Planetenstufe (nicht dargestellt) bilden. Zusammengenommen bilden das erste Sonnerad 55, das erste Planetenrad 57, das zweite Sonnenrad 59, das zweite Planetenrad 61, das Hohlrad 63 und der Planetenträger 37 ein zweistufiges Planetengetriebe 70.
-
Daher beeinflussen sich eine Drehbewegung des Sonnenrades 55, eine Drehbewegung des zweiten Sonnenrades 59, eine Drehbewegung des Gehäuseabschnitts 37 sowie eine Drehbewegung des Hohlrades 63 jeweils um die Hauptachse 23 gegenseitig. Das zweistufige Planetengetriebe 70 summiert diese vier Drehbewegungen. Das erste Planetenrad 57, das zweite Planetenrad 61 und die Planetenwelle 67 sind dabei um eine Planetenachse 71 drehbar. Unter Rotation des Planetenträgers 37 laufen die Planetenräder 57, 61 um die Hauptachse 23 um.
-
4 ist eine perspektivische, längs geschnittene Ansicht der Kupplung 7 mit Blick auf zwei erste Planetenräder 57. 5 ist eine perspektivische, längs geschnittene Ansicht der Kupplung 7 mit Blick auf zwei zweite Planetenräder 61, das zweite Sonnenrad 59 und das Hohlrad 63. Aus 4 und 5 wird die exemplatische Relativanordnung des zweistufigen Planetengetriebes 70 nochmals verdeutlicht. Aus 4 und 5 ist ersichtlich, dass die Kupplung 7 vorzugsweise drei erste Planetenräder 57 und drei zweite Planetenräder 61 aufweist. Die Anzahl „drei“ ist lediglich exemplarisch. Insbesondere können beispielsweise je vier Planetenräder 57, 61 vorgesehen sein, um in vorteilhafter Weise die auf einen einzelnen Zahn wirkende Kraft entsprechend der Anzahl zu reduzieren.
-
Die Rotation bzw. die Drehbewegung des Planetengetriebes 70 bezogen auf die Planetenachse 71 bzw. die Planetenachsen 71 wird durch ein an den Umfangsflächen der Planeten 57, 61 wirkendes Drehmomentengleichgewicht beeinflusst. Außerdem ist die Kupplung 7 insbesondere dazu vorgesehen, dass das Kupplungsgehäuse 35 an der Innenseite des Rotors 11 des Elektromotors angebracht ist. Das heißt, die gesamte Kupplung 7 ist um die Hauptachse 23 drehbar vorgesehen. In einem ausgekuppelten Zustand, dass heißt in einem Zustand, bei welchem weder das erste Sonnenrad 55 noch das zweite Sonnenrad 59 über das erste Planetenrad 57 und/oder das zweite Planetenrad 61 auf das Hohlrad 63 wirken sollen, ist dennoch möglich, dass bei einer Änderung der Drehzahl des Gehäuses 35, das heißt bei einer Änderung der Drehzahl des Planetenträgers 37 und des zweiten Schaltbauteils 43, sich die Drehzahlen des ersten Sonnenrades 55, des zweiten Sonnenrades 59 und des Hohlrades 63 mit dem ersten Schaltbauteil 45 um die Hauptachse 23 nicht im gleichen Maße ändern. Dies kann insbesondere dadurch verursacht sein, dass die Massenträgheit des ersten Sonnenrades 55 sowie der damit drehfest verbundenen Teile, die Massenträgheit des Hohlrades 63 sowie der damit drehfest verbundenen Teile und die Massenträgheit des zweiten Sonnenrades 59 sowie der damit drehfest verbundenen Teile nicht in einem Drehmomentengleichgewicht um die Planetenachsen 71 befinden. Daher ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass gemäß einer Weiterbildung der Erfindung diese Massenträgheiten gleich sind.
-
Insbesondere ist vorgesehen, dass diese Massenträgheiten auf die Planetenachse 71 bezogen in ihrer Wirkung gleich sind. Daher ist insbesondere vorgesehen, dass die auf die Planetenachse 71 reflektierten Massenträgheiten von dem ersten Sonnenrad 55 sowie der damit drehfest verbundenen Teile, von dem zweiten Sonnenrad 59 sowie der damit drehfest verbundenen Teil und von dem Hohlrad 63 sowie der damit drehfest verbundenen Teile gleich sind.
-
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung 7 beschrieben. Diese zweite Ausführungsform stellt eine Weiterbildung der ersten Ausführungsform dar. Sofern nicht anders beschrieben, sind die Merkmale der ersten Ausführungsform auch Merkmale der zweiten Ausführungsform, und es wird von einer redundanten Beschreibung dieser Merkmale abgesehen.
-
6 zeigt eine Wirbelstrombremse 53 für eine Betätigungseinrichtung 46 einer Kupplung 7 gemäß der zweiten Ausführungsform für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, vergleichbar der Betätigungseinrichtung 46 gemäß der ersten Ausführungsform, vergleiche 2. Die Wirbelstrombremse 53 weist einen Bremsenstator und einen Bremsenrotor 73 auf. Der Bremsenstator weist einen Innenstator 75 und einen Außenstator 77 auf. 7 zeigt den Innenstator 75. Der Innenstator 75 weist einen ersten Klauenpol 79 mit einem Scheibenabschnitt 81 und Polklauen 83 auf. Der Innenstator 75 weist einen zweiten Klauenpol 85 mit einem Scheibenabschnitt 87 und Polklauen 89 auf. Der Innenstator 75 weist eine Zentralspule 91 auf.
-
Die Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 sind an dem Scheibenabschnitt 81 radial außenseitig angeordnet. Die Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 sind jeweils zu dem Scheibenabschnitt 81 in etwa 90° gewinkelt und weisen jeweils ein freies schmal zulaufendes Ende auf. Die Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 sind an dem Scheibenabschnitt 81 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Zwischen den Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 sind Lücken gebildet.
-
Die Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 sind an dem Scheibenabschnitt 87 radial außenseitig angeordnet. Die Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 sind jeweils zu dem Scheibenabschnitt 87 in etwa 90° gewinkelt und weisen jeweils ein freies schmal zulaufendes Ende auf. Die Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 sind an dem Scheibenabschnitt 87 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Zwischen den Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 sind Lücken gebildet.
-
Der erste Klauenpol 79 mit seinem Scheibenabschnitt 81 und der zweite Klauenpol 85 mit seinem Scheibenabschnitt 87 sind beidseits der Zentralspule 91 angeordnet. Die Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 und die Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 umgreifen die Zentralspule 91 radial außenseitig. Die freien Enden der Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 und die freien Enden der Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 sind einander entgegen gerichtet. Die Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 und die Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 greifen wechselnd ineinander. Der erste Klauenpol 79 und der zweite Klauenpol 85 umgreifen die Zentralspule 91 radial innenseitig.
-
Der Bremsenrotor 73 weist eine topfartige Form mit einem Bodenabschnitt 93 und einem Wandabschnitt 95 auf. Der Bremsenrotor 73 ist mit seinem Bodenabschnitt 93 an dem zweiten Klauenpol 85 und mit seinem Wandabschnitt 95 radial außenseitig des Innenstators 75 angeordnet.
-
Der Außenstator 77 ist spulenlos ausgeführt und weist eine dünne, flachringartige Form auf. Der Außenstator 77 ist magnetisch permeabel. Der Außenstator 77 ist radial außenseitig des Bremsenrotors 73 angeordnet.
-
Der Innenstator 75 und der Außenstator 77 sind mit einem Trägerteil 97 fest verbunden. Das Trägerteil 97 weist einen Flanschabschnitt und einen Nabenabschnitt auf. Das Trägerteil 97 und der Außenstator 77 bilden eine gehäuseartige Aufnahme für den Innenstator 75 und den Bremsenrotor 73. Der erste Klauenpol 79 ist an dem Flanschabschnitt des Trägerteils 97 angeordnet. Der Nabenabschnitt des Trägerteils 97 ragt durch eine zentrale Ausnehmung des Innenstators 75 hindurch. Der Bremsenrotor 73 ist mithilfe eines Lagers 99 drehbar an dem Nabenabschnitt des Trägerteils 97 gelagert.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftfahrzeugsantriebsstrang
- 3
- Antriebsaggregat bzw. Verbrennungskraftmaschine
- 5
- Zweites Antriebsaggregat bzw. E-Motor
- 7
- Kupplung
- 9
- Stator
- 11
- Rotor
- 13
- erste Seite
- 15
- zweite Seite
- 17
- Zweimassenschwungrad
- 19
- Zweites Antriebsaggregat bzw. Getriebe
- 21
- angetriebenes Rad
- 23
- Hauptachse
- 25
- Hauptwelle
- 27
- Kupplungsscheibe
- 29
- Bauteil
- 31
- Freilaufeinrichtung
- 33
- Innenring
- 35
- Außenring
- 37
- Gehäuseabschnitt
- 39
- Druckplatte
- 41
- Zwischendruckplatte
- 43
- Anpressplatte
- 44
- Leistungsübertragungseinrichtung
- 45
- Rampenring
- 46
- Betätigungseinrichtung
- 47
- erste Rampen
- 49
- zweite Rampen
- 51
- Kugel
- 53
- Aktor
- 55
- erstes Sonnenrad
- 57
- erstes Planetenrad
- 59
- zweites Sonnenrad
- 61
- zweites Planetenrad
- 63
- Hohlrad
- 65
- Außenring
- 67
- Planetenwelle
- 69
- Lager
- 70
- Planetengetriebe
- 71
- Planetenachse
- 73
- Bremsenrotor
- 75
- Innenstator
- 77
- Außenstator
- 79
- erster Klauenpol
- 81
- Scheibenabschnitt
- 83
- Polklauen
- 85
- zweiter Klauenpol
- 87
- Scheibenabschnitt
- 89
- Polklauen
- 91
- Zentralspule
- 93
- Bodenabschnitt
- 95
- Wandabschnitt
- 97
- Trägerteil
- 99
- Lager
