DE102015101925B4

DE102015101925B4 - Kupplungskühlmechanismus

Info

Publication number: DE102015101925B4
Application number: DE102015101925.6A
Authority: DE
Inventors: Greg Alan Weeter
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2035-02-12
Also published as: DE102015101925A1; CN104847806B; US9322440B2; CN104847806A; US20150233430A1

Abstract

Kupplungsausrückmechanismus (24) für einen Fahrzeugantriebsstrang (10), wobei der Kupplungsausrückmechanismus (24) umfasst: einen Kolben (26), der betreibbar ist, um sich in einer axialen Richtung entlang einer zentralen Achse (C) zu und von einer Kupplungsbaugruppe (12) weg zu bewegen; ein Aktorlager (38), das benachbart zu dem Kolben (26) angeordnet ist, wobei das Aktorlager (38) ausgestaltet ist, um durch den Kolben (26) gegen die Kupplungsbaugruppe (12) gedrückt zu werden, wobei das Aktorlager (38) drehbar an dem Kolben (26) angebracht und derart ausgestaltet ist, dass es um die zentrale Achse (C) rotiert und sich mit dem Kolben (26) in der axialen Richtung bewegt, und wobei das Aktorlager (38) einen Innenring (44) und einen Außenring (46), der gegenüber dem Innenring (44) angeordnet ist, umfasst, wobei der Innenring (44) drehfest mit dem Kolben (26) ist und der Außenring (46) um den Kolben (26) und den Innenring (44) drehbar ist, wobei eine Mehrzahl von Rippen (52) um einen Außenumfang des Außenrings (46) herum angeordnet und derart ausgestaltet ist, dass sie mit dem Aktorlager (38) um die zentrale Achse (C) rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (52) aus einem Polymer und einstückig mit einem Ring (54) gebildet sind, der auf einer Außenfläche (50) des Außenrings (46) angeordnet ist, und dass jede Rippe (52) einen Winkel (α) mit Bezug auf eine Tangente (T) an dem Schnittpunkt der Rippe (52) und dem Ring (54) bildet, wobei der Winkel (α) im Bereich von etwa 15 Grad und 45 Grad liegt.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Kupplungsausrückmechanismus für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, und insbesondere einen Kupplungsausrückmechanismus, der für eine bessere Kühlung sorgt.
Kupplungen für Kraftfahrzeug-Antriebsstränge stellen eine variable, Drehmoment übertragende Kopplung über Reibung zwischen dem Antriebsaggregat des Fahrzeugs und dem Getriebe bereit. In der Regel umfasst diese Drehmomentübertragungs-Baugruppe eine Kupplungsbaugruppe, die eine Ausgangswelle der Kraftmaschine mit einer Eingangswelle des Getriebes koppelt, bis Druck auf eine Druckplatte ausgeübt wird, um die Kupplungsbaugruppe ausdrücken und eine Rotation zwischen der Ausgangswelle der Kraftmaschine und der Eingangswelle des Getriebes zuzulassen. Ein Kupplungsausrückmechanismus wird verwendet, um gegen eine Feder zu betätigen und somit Druck auf die Druckplatte auszuüben und die Kupplungsbaugruppe auszurücken.
Es kann in den Kupplungsplatten, dem Kupplungsgehäuse und der Druckplattenoberfläche erhebliche Wärme entwickelt werden, vor allem, wenn das Fahrzeug über einen Zeitraum hart gefahren wird oder die Kupplung teilweise eingerückt betrieben wird. In der Regel kümmert man sich um Wärmeableitungsprobleme durch den Einsatz von größeren Kupplungsscheiben, zahlreicheren Kupplungsscheiben, einem größeren Schwungrad, robusteren Kupplungsmaterialien (Belägen) neben anderen Konstruktionsansätzen.
Die Erhöhung der Größe einer Kupplung ist, obgleich sie für die Wärmeerzeugungs- und Ableitungsgesichtspunkte vorteilhaft ist, keine technische Lösung ohne schwerwiegende Folgen. Zum Beispiel erhöht dies das Gesamtgewicht des Fahrzeugs, erhöht die Größe des gesamten Antriebsstrangs und seines Bauraums und erhöht den Kraftstoffverbrauch des zugehörigen Fahrzeugs sowie sein Leistungsvermögen.
Die DE 100 49 459 A1 , die DE 101 61 205 A1 und die DE 100 49 460 A1 offenbaren jeweils einen Kupplungsausrückmechanismus für einen Fahrzeugantriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es besteht ein Bedarf für einen Kupplungskühlmechanismus, der das Fahrzeuggewicht, die Fahrzeuggröße oder den Fahrzeugkraftstoffverbrauch nicht signifikant nachteilig beeinflusst.
Es ist die daher Aufgabe der Erfindung, einen Kupplungsausrückmechanismus für einen Fahrzeugantriebsstrang bereitzustellen, der sich günstig auf das Fahrzeuggewicht, die Fahrzeuggröße oder den Fahrzeugkraftstoffverbrauch auswirkt.
Diese Aufgabe wird durch einen Kupplungsausrückmechanismus für einen Fahrzeugantriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:
1 eine teilweise weggeschnittene Perspektivansicht einer Unterbaugruppe des Antriebsstrangs des Fahrzeugs, die einen Kupplungsausrückmechanismus gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung umfasst;
2 eine schematische Schnittansicht von der Seite der Unterbaugruppe des Antriebsstrangs des Fahrzeugs von 1 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
3 eine Perspektivansicht des Kupplungsausrückmechanismus der 1 und 2 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf die 1–2 ist ein Abschnitt eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs veranschaulicht und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Antriebsstrang 10 des Kraftfahrzeugs umfasst eine Kupplungsbaugruppe 12, die ein in der Regel gegossenes äußeres Metallgehäuse 13 umfasst, das die verschiedenen Komponenten der Kupplungsbaugruppe 12, wie etwa eine Mehrzahl von Kupplungsplatten 11, 15, örtlich festlegt, sichert und schützt. Die Kupplungsbaugruppe 12 wird mit Antriebsdrehmoment von einem Antriebsaggregat (schematisch bei 14 gezeigt), wie zum Beispiel einer Benzin-, Diesel-, Flexfuel- oder Hybridkraftanlage oder -Kraftmaschine durch eine Ausgangswelle der Kraftmaschine/ein Eingangselement der Kupplung (schematisch bei 16 gezeigt) versorgt und liefert Antriebsmoment an ein Getriebe durch eine Eingangswelle des Getriebes (Ausgangswelle der Kupplung) 18. Es ist zu verstehen, dass das Getriebe, mit welchem die vorliegende Erfindung verwendet wird, entweder ein Handschaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe, zum Beispiel ein Doppelkupplungsgetriebe (DCT), sein kann.
Das Ausgangselement der Kraftmaschine/das Eingangselement der Kupplung 16 ist mit der Kupplungsbaugruppe 12 gekoppelt, die ein herkömmliches Zweimassenschwungrad 20 und eine Feder-Dämpfer-Baugruppe umfassen kann. Die Kupplungsbaugruppe 12 kann z. B. eine trockene manuelle Kupplung sein, oder sie kann eine anderer manuelle (direkt vom Bediener gesteuerte) Kupplung oder eine Kupplung sein, die durch einen hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Aktor gesteuert wird.
Die Kupplungsbaugruppe 12 kann zum Beispiel eine oder mehrere eingangsseitige oder erste Kupplungsplatten oder -scheiben 11 umfassen, die auf einer gegenüberliegenden Seite von und in funktioneller, d. h. selektiv Drehmoment übertragender Beziehung, mit einer oder mehreren ausgangsseitigen oder zweiten, doppelseitigen Kupplungsplatten oder -scheiben 15 angeordnet sein. Die Kupplungsplatten oder -scheiben 15 auf der zweiten Seite sind benachbart zu einer Druckplatte 22 angeordnet, die mit einer Membranfeder 23 gekoppelt ist, auf die durch einen Kupplungsausrückmechanismus 24 eingewirkt wird. Eine Mehrzahl von stoßdämpfenden Isolatorfedern kann in einer Isolatorplatte 25 zwischen der ausgangsseitigen Kupplungsplatte oder -scheibe 15 und der Getriebeeingangswelle (Kupplungsausgangswelle) 18 angeordnet sein. Von der Kupplungsbaugruppe 12 erstreckt sich die Eingangswelle 18 des Getriebes in ein Getriebegehäuse (nicht gezeigt), wo sie in der Regel zur Rotation auf einer reibungsarmen Rollenlager-Baugruppe gelagert ist und Leistung auf andere Komponenten des Getriebes und schließlich auf die Räder des Fahrzeugs überträgt.
Die Kupplungsbaugruppe 12 verbindet die Ausgangswelle 16 der Kraftmaschine selektiv mit der Eingangswelle 18 des Getriebes zur gemeinsamen Rotation miteinander. In einer typischen Ausführungsform koppelt die Kupplungsbaugruppe 12 normalerweise den Ausgang 16 der Kraftmaschine und den Eingang 18 des Getriebes miteinander, bis auf diese durch den Kupplungsausrückmechanismus 24 eingewirkt wird. Dementsprechend ist der Kupplungsausrückmechanismus 24 ausgestaltet, um die Eingangswelle 18 des Getriebes selektiv von der Ausgangswelle 16 der Kraftmaschine zu lösen, wenn durch den Kupplungsausrückmechanismus 24 Druck auf die Druckplatte 22 und die Membranfeder 23 ausgeübt wird, um den auf die Kupplungsplatte(n) 15 der zweiten Seite ausgeübten Druck wegzunehmen. Es ist jedoch zu verstehen, dass andere Ausgestaltungen der Kupplungsbaugruppe 12 verwendet werden könnten, wie etwa eine Kupplungsbaugruppe 12, die nur die Ausgangswelle der Kraftmaschine und die Eingangswelle des Getriebes 16, 18 verbindet, wenn beispielsweise auf diese durch den Kupplungsausrückmechanismus 24 eingewirkt wird (womit der Kupplungsausrückmechanismus 24 in einer solchen Ausführungsform ein Kupplungsbetätigungsmechanismus wäre).
Der in den 1–3 gezeigte Kupplungsausrückmechanismus 24 ist ein Hydraulikzylindermechanismus, der in dieser Variante ein konzentrischer Nehmerzylinder ist. Der Kupplungsausrückmechanismus 24 umfasst einen Kolben 26, der in einem konzentrischen Kolbenzylinder angeordnet ist, der mit einer Schutzhülle 28 umgeben ist. Der Kolben 26 ist betreibbar, um sich in einer axialen Richtung entlang der zentralen Achse C zu der Membranfeder 23, der Druckplatte 22 und dem Rest der Kupplungsbaugruppe 12 innerhalb des konzentrischen Kolbenzylinders, die von der Schutzhülle 28 umgeben sind, hin und von diesen Weg zu bewegen. Ein Versorgungskanal 30 ist ausgestaltet, um einem CSC-Gehäuseaktor 32 des Kupplungsausrückmechanismus 24 Hydraulikfluiddruck zuzuführen. Ein Hochdruckanschluss 36 des Versorgungskanals 30 verbindet den CSC-Gehäuseaktor mit einem Hydrauliksystem des Antriebsstrangs. Ein Entlüftungsrohr 34 ist ausgestaltet, um Luft aus dem Kupplungsausrückmechanismus 24 zu entfernen.
Ein Aktorlager 38 ist benachbart zu dem Kolben 26 angeordnet und drehbar mit diesem verbunden. Das Aktorlager 38 ist derart ausgestaltet, dass es um eine zentrale Achse C rotiert. Das Aktorlager 38 weist eine Aktorstirnfläche 40 auf, die durch den Kolben 26 selektiv gegen die Membranfeder 23 gedrückt wird. Das Aktorlager 38 kann in Bezug auf den Kolben 26 rotieren, jedoch ist das Aktorlager 38 in der Regel an dem Kolben 26 in einer axialen Richtung befestigt, so dass das Aktorlager 38 und der Kolben 26 sich gemeinsam entlang der zentralen Achse C zu der Membranfeder 23, der Druckplatte 22 und dem Rest der Kupplungsbaugruppe 12 hin und von diesen weg bewegen.
In manchen Ausführungsformen kann das Aktorlager 38 in Gleitkontakt mit der Membranfeder 23 bleiben, selbst wenn der Kupplungsausrückmechanismus 24 nicht betätigt wird, während in anderen Ausführungsformen das Aktorlager 38 mit einem Abstand von der Membranfeder 23 weg angeordnet sein kann, wenn der Kupplungsausrückmechanismus 24 nicht betätigt ist.
Der Kolben 26 ist betreibbar, um die Aktorlager-Stirnfläche 40 gegen die Membranfeder 23 zu drücken und somit die Ausgangswelle 16 der Kraftmaschine von der Eingangswelle 18 des Getriebes zu lösen. Wenn der CSC-Gehäuseaktor 32 betätigt wird, bewegt sich der Kolben 26 entlang der Achse C zu der Membranfeder 23 und der Druckplatte 22 hin und von dem CSC-Gehäuseaktor 32 weg, um die Aktorlager-Stirnfläche 40 gegen die Membranfeder 23 zu drücken, was bewirkt, dass der Ausgang 16 der Kraftmaschine von dem Eingang 18 des Getriebes getrennt wird oder zumindest ein Schlupfen dazwischen zugelassen wird.
Das Aktorlager 38 weist einen Innenring 44 auf, der fest mit dem Kolben 26 verbunden ist, und einen Außenring 46, der gegenüber dem Innenring 44 angeordnet ist. Es kann eine Mehrzahl von Kugellagern 48 dazwischen angeordnet sein. Dementsprechend kann der Außenring 46 mit Bezug auf den Innenring 44 und den Kolben 26 rotieren.
Der Außenring 46 weist eine Außenfläche 50 mit einer Mehrzahl von Rippen 52 auf, die um den Umfang der Außenfläche 50 herum angeordnet sind. Genauer sind in diesem Beispiel die Rippen 52 einstückig mit einem Ring 54 gebildet, der auf der Außenfläche 50 angeordnet ist. Somit sind die Mehrzahl von Rippen 52 um den Außenring 46 des Aktorlagers 38 herum angeordnet und derart ausgestaltet, dass sie mit dem Außenring 46 des Aktorlagers 38 um die zentrale Achse C in der Regel mit der Drehzahl der Kraftmaschine oder der Ausgangswelle 16 der Kraftmaschine rotieren.
In dem veranschaulichten Beispiel sind die Rippen 52 in gleichen Abständen um den Außenumfang des Außenrings 46 herum angeordnet. Jede Rippe 52 bildet einen Winkel α mit Bezug auf eine Tangente T an den Schnittpunkt der Rippe 52 und der Außenfläche 48 oder dem Ring 54, der auf der Außenfläche 48 aufliegt. Der Winkel α kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 15 Grad bis etwa 45 Grad liegen. In manchen Varianten kann der Winkel α etwa 30 Grad betragen. Zehn Rippen 52 sind in dem veranschaulichten Kupplungsausrückmechanismus 24 enthalten, es ist jedoch zu verstehen, dass mehr oder weniger Rippen 52 verwendet werden könnten.
Ein Getriebeglockengehäuse 58 umgibt die Kupplungsbaugruppe 12, die die Druckplatte 22 und die Membranfeder 23 umfasst, sowie den Kupplungsausrückmechanismus 24. Mit anderen Worten definiert das Glockengehäuse 58 einen Innenraum 60 darin, und der Kupplungsausrückmechanismus 24 und die Kupplungsbaugruppe 12 sind in dem Innenraum 60 des Glockengehäuses 58 angeordnet.
Weil die Rippen 52 von dem Bereich in dem Innenraum 60 des Glockengehäuses 58 mit der höchsten Temperatur weg angeordnet sind, können die Rippen 52 und der Ring 54 aus einem Polymer gebildet sein. In manchen Varianten können die Rippen 52 und der Ring 54 aus glasverstärktem Nylon gebildet sein.
Der Außenring 46 des Aktorlagers 38, einschließlich die darauf angeordneten Rippen 52, laufen mit der Drehzahl der Kraftmaschine um. Dementsprechend wirken die Rippen 52 als Lüfterflügel – ein sich drehender Lüfter – innerhalb des Innenraums 60 des Glockengehäuses 58. Daher erzeugen die Rippen 52 ein Volumen einer kühlen Luftströmung innerhalb des Innenraums 60 des Glockengehäuses 58. Die Luftströmung, wenn sie zu der Hochtemperatur-Kupplungsbaugruppe 12 gerichtet ist, wird zu niedrigeren Temperaturen innerhalb des Innenraums 60 des Glockengehäuses 58 führen. Ein Maximieren der Luftströmung in dem Innenraum 60 des Glockengehäuses 58 kann die Temperatur der Kupplungsbaugruppe 12, und genauer der Kupplungsscheiben und der Abdeckung der Kupplungsbaugruppe 12, reduzieren. Dies verringert Verschleiß der Kupplungsbaugruppe 12, wodurch die Lebensdauer der Kupplungsbaugruppe 12 erhöht wird, und kann auch zulassen, dass eine kleinere Kupplungsbaugruppe 12 verwendet werden kann, was zu Kosteneinsparungen, einer Gewichts- und Größenreduktion und zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führen kann. Da es sich um rotierende Komponenten handelt, reduziert eine Gewichtsreduktion nicht nur das Fahrzeuggewicht, sondern auch Rotationsträgheit und verbessert somit das Leistungsvermögen des Fahrzeugs. Eine solche Kühlung reduziert auch die Betriebstemperatur des Hydraulikfluids der Kupplung, was die Reibung und Hysterese des Betätigungssystems reduziert.

Claims

Kupplungsausrückmechanismus (24) für einen Fahrzeugantriebsstrang (10), wobei der Kupplungsausrückmechanismus (24) umfasst: einen Kolben (26), der betreibbar ist, um sich in einer axialen Richtung entlang einer zentralen Achse (C) zu und von einer Kupplungsbaugruppe (12) weg zu bewegen; ein Aktorlager (38), das benachbart zu dem Kolben (26) angeordnet ist, wobei das Aktorlager (38) ausgestaltet ist, um durch den Kolben (26) gegen die Kupplungsbaugruppe (12) gedrückt zu werden, wobei das Aktorlager (38) drehbar an dem Kolben (26) angebracht und derart ausgestaltet ist, dass es um die zentrale Achse (C) rotiert und sich mit dem Kolben (26) in der axialen Richtung bewegt, und wobei das Aktorlager (38) einen Innenring (44) und einen Außenring (46), der gegenüber dem Innenring (44) angeordnet ist, umfasst, wobei der Innenring (44) drehfest mit dem Kolben (26) ist und der Außenring (46) um den Kolben (26) und den Innenring (44) drehbar ist, wobei eine Mehrzahl von Rippen (52) um einen Außenumfang des Außenrings (46) herum angeordnet und derart ausgestaltet ist, dass sie mit dem Aktorlager (38) um die zentrale Achse (C) rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (52) aus einem Polymer und einstückig mit einem Ring (54) gebildet sind, der auf einer Außenfläche (50) des Außenrings (46) angeordnet ist, und dass jede Rippe (52) einen Winkel (α) mit Bezug auf eine Tangente (T) an dem Schnittpunkt der Rippe (52) und dem Ring (54) bildet, wobei der Winkel (α) im Bereich von etwa 15 Grad und 45 Grad liegt.
Kupplungsausrückmechanismus (24) nach Anspruch 1, wobei jede Rippe (52) der Mehrzahl von Rippen (52) in gleichen Abständen um den Außenumfang (50) des Außenrings (46) herum angeordnet ist.
Kupplungsausrückmechanismus (24) nach Anspruch 1, wobei der Winkel (α) etwa 30 Grad beträgt.
Kupplungsausrückmechanismus (24) nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Rippen (52) zehn Rippen (52) umfasst.