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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit dieser Kupplungsanordnung.
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Kupplungen werden üblicherweise eingesetzt, um eine Drehverbindung zwischen zwei Wellen selektiv zu öffnen und zu schließen. Oftmals werden Kupplungen eingesetzt, welche durch einen Aktor oder durch einen Fahrer betätigt werden. In manchen Vorrichtungen ist es jedoch vorteilhaft, Kupplungen einzusetzen, welche sich in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Vorrichtung selbsttätig öffnen beziehungsweise schließen. So sind mittlerweile Fliehkraftkupplungen bekannt, welche bei der Überschreitung einer Grenzdrehzahl eine Drehverbindung zwischen zwei Wellen lösen. Derartige Fliehkraftkupplungen werden beispielsweise bei Startmechanismen von Rasenmähern eingesetzt.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 204 446 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt dagegen eine Fliehkraftkupplung, welche in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann. Der Grundgedanke bei der Fliehkraftkupplung ist, dass bei einem Hybridgetriebe, welches unter anderem einen Elektromotor als Traktionsmotor umfasst, die Verbindung zu dem Elektromotor geöffnet wird, sobald das Getriebe eine Grenzdrehzahl überschritten hat, sodass der Elektromotor beispielsweise wenn das Fahrzeug durch den Verbrennungsmotor betrieben wird, anderen Funktionen, wie zum Beispiel Stromerzeugung etc. zugeordnet werden kann.
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Die
CH 227 653 A beschreibt eine Drehmoment übertragende Kupplung zur Verbindung zweier achsgleicher Wellen, beispielsweise der Welle eines Motors und einer Arbeitsmaschine.
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Die
US 4 080 843 A beschreibt einen Nebenaggregatantrieb für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kurbelwelle zu einer vorbestimmten Geschwindigkeit vom Antrieb getrennt wird, damit die langsamer drehende Nockenwelle den Antrieb übernehmen kann.
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Die
US 2 432 591 A beschreibt eine Kupplungsanordnung zur Trennung zwischen antreibendem und angetriebenem Element in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit.
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Die
DE 33 12 104 A1 beschreibt eine drehzahlabhängig gesteuerte Kupplung zur Verbindung und Trennung der Antriebswelle von einer Abtriebswelle bei Über- oder Unterschreitung einer vorgegebenen Drehzahlgrenze.
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Die
DE 1 945 791 U beschreibt eine Fliehkraftkupplung, um einen angetriebenen Teil drehzahlabhängig wechselweise direkt oder über ein Getriebe mit einer abtreibenden Welle zu kuppeln.
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Die
DE 100 65 212 A1 beschreibt eine Brems- oder Kupplungsanordnung mit einem federbelastet axial verschiebbaren Brems- oder Kupplungsteil.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsanordnung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche einen besonders komfortablen Betrieb ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch eine Kupplungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit dieser Kupplungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine Kupplungsanordnung, welche für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen handeln, es kann sich jedoch auch um einen Bus, Lastkraftwagen, Trike, Motorrad, etc. handeln. Die Kupplungsanordnung dient insbesondere zum Öffnen beziehungsweise Schließen eines Momentenpfads, wobei über den Momentenpfad ein Traktionsmoment des Fahrzeugs übertragen wird und/oder übertragbar ist.
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Die Kupplungsanordnung weist eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle auf. Vorzugsweise ist die Antriebswelle mit einem Elektromotor wirkverbunden oder wirkverbindbar. Optional bildet der Elektromotor einen Teil der Kupplungsanordnung. Der Elektromotor ist als ein Traktionsmotor für die Fortbewegung des Fahrzeugs ausgebildet. Ferner weist die Kupplungsanordnung eine Abtriebswelle auf, welche das Moment, insbesondere Traktionsmoment, von der Kupplungsanordnung in ein Getriebe, insbesondere in ein Hybridgetriebe, des Fahrzeugs weiterführt. Die Bezeichnungen Antriebswelle und Abtriebswelle beziehen sich auf den Betriebszustand, wenn der Elektromotor ein Moment an das Getriebe weiterleitet. Optional kann jedoch vorgesehen sein, dass über die Abtriebswelle ein Drehmoment über die Antriebswelle zu dem Elektromotor geleitet wird, um diesen als Generator zu betreiben. Es ist auch möglich, dass die Kupplungsanordnung geöffnet ist, sodass – funktional betrachtet – weder ein Antrieb noch ein Abtrieb stattfindet. Somit sind die Bezeichnungen Antriebswelle und Abtriebswelle zur Identifikation der beiden Wellen zu verstehen und könnten gegebenenfalls auch durch erste und zweite Welle ersetzt werden. Vorzugsweise sind Antriebswelle und Abtriebswelle koaxial zueinander und/oder in axialer Flucht zueinander angeordnet. Insbesondere weisen die Antriebswelle und die Abtriebswelle die gleiche Drehachse auf, welche auch die axiale Richtung definiert.
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Die Kupplungsanordnung weist eine Kupplungseinrichtung zum lösbaren Verbinden der Antriebswelle mit der Abtriebswelle auf. Somit kann mittels der Kupplungseinrichtung die Antriebswelle mit der Abtriebswelle drehfest gesetzt werden und die drehfeste Verbindung mittels der Kupplungseinrichtung gelöst werden, sodass Antriebswelle und Abtriebswelle unabhängig voneinander gedreht werden können.
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Die Kupplungsanordnung weist eine Fliehkrafteinrichtung zur Betätigung der Kupplungseinrichtung auf. Die Fliehkrafteinrichtung ist so ausgebildet, dass bei der Überschreitung einer Grenzdrehzahl der Abtriebswelle über einen oder mittels eines Fliehkraftmechanismus die Kupplungseinrichtung betätigt wird, sodass die Verbindung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle gelöst wird. Somit ist in einem stehenden Betriebszustand der Kupplungsanordnung die Kupplungseinrichtung geschlossen und wird erst beim oder mit dem Überschreiten der Grenzdrehzahl der Abtriebswelle geöffnet.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kupplungseinrichtung als eine Reibkupplungseinrichtung ausgebildet ist. Somit erfolgt das Schließen der Kupplungseinrichtung über einen Reibschluss und/oder über einen Kraftschluss und nicht – wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist – aus einem Formschluss.
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Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Schließen und das Öffnen und Schließen der Kupplungseinrichtung über die Reibkupplungseinrichtung ruckarm, sanft und damit komfortabel umsetzbar ist. Es ist auch nicht notwendig, dass eine Synchronisation von Abtriebswelle und Antriebswelle derart präzise ausgeführt wird, wie dies beispielsweise bei einer formschlüssigen Kupplungseinrichtung notwendig wäre. Somit löst die Kupplungsanordnung die Aufgabe, einen komfortablen Betrieb des Fahrzeugs zu erreichen oder zu verbessern.
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Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung umfasst ferner eine Schalthülse, welche koaxial zu der Antriebswelle und/oder Abtriebswelle angeordnet ist. Die Schalthülse bildet insbesondere eine Zwischenkomponente zwischen der Fliehkrafteinrichtung und der Kupplungseinrichtung. Im Speziellen wird die Kupplungseinrichtung über die Schalthülse von der Fliehkrafteinrichtung betätigt. Die Schalthülse weist ein Antriebshülsenteil und ein Abtriebshülsenteil auf. Das Antriebshülsenteil ist der Antriebswelle und das Abtriebshülsenteil ist der Abtriebswelle zugeordnet. Das Antriebshülsenteil ist vorzugsweise koaxial und/oder konzentrisch auf der Antriebswelle angeordnet. Das Antriebshülsenteil kann in der axialen Richtung relativ zu der Antriebswelle verschoben werden, ist jedoch drehfest zu der Antriebswelle angeordnet, sodass dieses bei einer Drehung der Antriebswelle zwingend mitgeführt wird. Das Abtriebshülsenteil ist dagegen vorzugsweise koaxial und/oder konzentrisch auf der Abtriebswelle angeordnet und ist zu dieser in axialer Richtung verschiebbar angeordnet. Das Abtriebshülsenteil ist jedoch auf der Abtriebswelle drehfest angeordnet, sodass dieses bei einer Drehung der Abtriebswelle zwingend mitgenommen wird. Zwischen dem Antriebshülsenteil und dem Abtriebshülsenteil ist eine Lagereinrichtung angeordnet, welche ausgebildet ist, das Abtriebshülsenteil relativ zu dem Antriebshülsenteil in Bezug auf eine Drehung um die Drehachse zu lagern. Vorzugsweise ist die Lagereinrichtung als eine Axiallagereinrichtung, insbesondere als eine Axialwälzlagereinrichtung ausgebildet. Beispielsweise ist die Lagereinrichtung als ein Wälzkörperkranz, im Speziellen als ein Kugelkranz oder Rollenkranz, ausgebildet. Mit der Schalthülse wird erreicht, dass eine axial wirkende Verschiebung zwischen dem Abtriebshülsenteil und dem Antriebshülsenteil und/oder in Gegenrichtung übertragen werden kann, jedoch das Antriebshülsenteil und das Abtriebshülsenteil über die Lagereinrichtung zueinander drehentkoppelt sind.
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Es ist vorgesehen, dass das Abtriebshülsenteil bei der Überschreitung der Grenzdrehzahl durch die Abtriebswelle mittels der Fliehkrafteinrichtung axial gegen das Antriebshülsenteil verschoben wird. Damit wird eine selbsttätig wirkende Aktorik gebildet. Durch das Verschieben des Abtriebshülsenteils gegen das Antriebshülsenteil wird auch das Antriebshülsenteil in axialer Richtung verschoben, wobei durch die axiale Verschiebung des Antriebshülsenteils die Kupplungseinrichtung geöffnet wird. Funktional betrachtet wird somit über die Fliehkrafteinrichtung eine Verschiebung der Schalthülse in der Gesamtheit eingeleitet, wobei die Schalthülse die Kupplungseinrichtung betätigt und öffnet.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fliehkrafteinrichtung eine oder mehrere Fliehkraftgewichte aufweist. Die Fliehkraftgewichte sind vorzugsweise so angeordnet und/oder gelagert, dass sich diese in eine Richtung orthogonal zu der Drehachse und/oder in radialer Richtung frei bewegen können. Jedoch sind die Fliehkraftgewichte so angeordnet und/oder gelagert, dass sich diese nicht in axialer Richtung verschieben können. Die Fliehkraftgewichte sind mit dem Abtriebshülsenteil über eine Rampeneinrichtung wirkverbunden, sodass die Fliehkraftgewichte bei einer Rotation der Abtriebswelle radial nach außen drängen und zugleich das Abtriebshülsenteil über die Rampeneinrichtung gegen das Antriebshülsenteil verschieben. Die Rampeneinrichtung kann beispielsweise als eine oder mehrere Schrägflächen jeweils auf Seiten der Fliehkrafteinrichtung und auf Seiten des Abtriebshülsenteils ausgebildet sein. Besonders einfach lässt sich eine Rampeneinrichtung fertigen, wenn die Fliehkraftgewichte in Umlaufrichtung zumindest abschnittsweise einen Konus, insbesondere Außenkonus, ausbilden, welcher sich in Richtung des Abtriebshülsenteils verjüngt und das Abtriebshülsenteil einen Konus, insbesondere Innenkonus, ausbildet und/oder eine vorzugsweise vollständig umlaufende Konusgegenfläche aufweist. Vorzugsweise ist der Konuswinkel bei dem Innenkonus und bei dem Außenkonus gleich.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Weiterbildung der Erfindung weist die Reibkupplungseinrichtung ein Kupplungsgehäuse, ein Lamellenpaket und ein Druckscheibenmodul auf. Das Kupplungsgehäuse ist mit der Abtriebswelle drehfest verbunden. Vorzugsweise ist das Kupplungsgehäuse als ein Topf ausgebildet, welcher mehrere gestufte Abschnitte aufweist. Beispielsweise kann in einem Fliehkraftabschnitt die Fliehkrafteinrichtung sowie die Schalthülse angeordnet sein und in einem Kupplungsabschnitt die Kupplungseinrichtung angeordnet sein. Die Reibkupplungseinrichtung weist ferner ein Lamellenpaket auf, welches vorzugsweise in dem Kupplungsabschnitt angeordnet ist. Zudem umfasst die Reibkupplungseinrichtung ein Druckscheibenmodul. Das Lamellenpaket weist mindestens eine radial innere und mindestens eine radial äußere Lamelle auf. Die innere Lamelle ist mit der Antriebswelle drehfest verbunden, die äußere Lamelle ist mit dem Kupplungsgehäuse drehfest verbunden. Das Druckscheibenmodul weist eine Druckscheibe auf, welche mittels einer Federeinrichtung in Richtung des Lamellenpakets vorgespannt ist, sodass die Druckscheibe gegen das Lamellenpaket drückt, um die Kupplungseinrichtung zu schließen. Die Reibkupplungseinrichtung weist mindestens einen Nocken, vorzugsweise mehrere Nocken auf, welche in Umlaufrichtung um die Drehachse verteilt angeordnet sind. Der mindestens eine Nocken ist zwischen dem Antriebshülsenteil und der Druckscheibe angeordnet, sodass durch das axiale Verschieben des Antriebshülsenteils die Druckscheibe gegen die eigene Federeinrichtung verschoben wird und die Reibkupplungseinrichtung geöffnet wird. Funktional betrachtet wird somit die von der Fliehkrafteinrichtung erzeugte axiale Verschiebung über die Schalthülse, den Nocken auf die Druckscheibe übertragen, um die Reibkupplungseinrichtung zu öffnen.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass der mindestens eine Nocken das Lamellenpaket durchgreift. Dabei kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Nocken in radialer Richtung so weit innen angeordnet ist, dass dieser nur die mindestens eine innere Lamelle durchgreift, die mindestens eine äußere Lamelle jedoch radial außerhalb von dem Nocken angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist der Nocken mit seinem einen Ende an dem Antriebshülsenteil festgelegt und drückt insbesondere zum Öffnen der Kupplungseinrichtung mit seinem freien Ende gegen die Druckscheibe.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Nocken an dem freien Ende ein elastisch vorgespanntes Drückorgan auf, welches mit Vorspannung an der Druckscheibe anliegt. Es ist vorgesehen, dass der Nocken mit dem elastisch vorgespannten Drückorgan auch bei Stillstand der Kupplungsanordnung an der Druckscheibe anliegt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Komponentenkette Druckscheibe, Nocken, Antriebshülsenteil, Abtriebshülsenteil und Fliehkrafteinrichtung stets leicht elastisch und/oder federnd vorgespannt ist, sodass Klappergeräusche und dergleichen vermieden werden.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung ist das Drückorgan als eine Kugel ausgebildet, wobei der Nocken eine Druckfeder aufweist, welche sich gegen den Nocken abstützt und die Kugel gegen die Druckscheibe drückt. Insbesondere ist der Nocken als eine sogenannte Arre oder Arretierung realisiert, wie diese insbesondere aus anderen Getriebebereichen bekannt ist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung wird durch ein Fahrzeug mit einem Getriebeabschnitt gebildet, wobei das Fahrzeug einen Elektromotor als Traktionsmotor umfasst, und wobei der Elektromotor über die Kupplungsanordnung mit dem Getriebeabschnitt wirkverbunden ist.
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Zum einen kann vorgesehen sein, dass der Getriebeabschnitt zusammen mit dem Elektromotor als eine elektrische Achse des Fahrzeugs ausgebildet ist. Ferner kann das Fahrzeug optional ein weiteres Getriebe und einen Verbrennungsmotor aufweisen, welches die andere Achse des Fahrzeugs antreibt. Insbesondere sind die elektrische Achse und die verbrennungsmotorische Achse stets getriebetechnisch und/oder trieblich entkoppelt. Alternativ hierzu weist das Fahrzeug ein Hybridgetriebe mit einem Getriebeabschnitt auf, wobei der Elektromotor über die Kupplungsanordnung mit dem Getriebeabschnitt wirkverbunden ist. Zudem ist der Verbrennungsmotor mit dem Getriebeabschnitt wirkverbunden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugs mit einem Getriebe und einer Kupplungsanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine schematische Längsschnittdarstellung der Kupplungsanordnung in der 1;
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3a, b ebenfalls in schematischen Längsschnittdarstellungen jeweils einen Nocken in der Kupplungsanordnung der 2;
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4 ein Geschwindigkeits-Traktionsmomentdiagramm zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens der Kupplungsanordnung beziehungsweise des Getriebes der vorhergehenden Figuren.
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Die 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Getriebe 1 für ein Fahrzeug 2, wobei das Fahrzeug 2 nur stark schematisiert als ein Block dargestellt ist.
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Das Getriebe 1 weist einen Elektromotor 3 und in einer Ausbildung als Hybridgetriebe einen Verbrennungsmotor 4 auf oder ist mit diesen verbunden. Der Elektromotor 3 und der Verbrennungsmotor 4 arbeiten als Traktionsmotoren und erzeugen ein Traktionsmoment zum Antrieb des Fahrzeugs 2.
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Das Getriebe 1 weist einen Getriebeabschnitt 5 auf, welcher mit einem ersten Getriebeeingang 6 mit dem Verbrennungsmotor 4 und über einen zweiten Getriebeeingang 7 über eine Kupplungsanordnung 8 mit dem Elektromotor 3 wirkverbunden ist. Somit kann in dem Getriebeabschnitt 5 das Traktionsmoment des Elektromotors 3 und des Verbrennungsmotors 4 summiert werden oder wahlweise der Elektromotor 3 oder der Verbrennungsmotor 4 alternativ als Traktionsmotor genutzt werden.
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Alternativ hierzu ist das Getriebe 1 als eine elektrische Achse ausgebildet. Der Verbrennungsmotor 4 bildet dann keinen Teil des Getriebes 1. Ebenso entfällt der erste Getriebeeingang. Z. B. ist der Getriebeabschnitt 5 mit einer festen Übersetzung und/oder eingängig ausgebildet. Optional kann das Fahrzeug 2 eine weitere Achse aufweisen, die über ein weiteres Getriebe mit dem Verbrennungsmotor 4 angetrieben wird. In dieser Ausgestaltung weist das Fahrzeug 2 dann eine elektrische Achse und eine verbrennungsmotorische Achse auf, die voneinander unabhängig betrieben werden können.
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Ein Ausgang 9 des Getriebeabschnitts 5 ist mit einer Differentialvorrichtung 10 verbunden, welche das Traktionsmoment auf zwei angetriebene Räder oder auf zwei angetriebene Achsen des Fahrzeugs 2 verteilt.
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Die Kupplungsanordnung 8 ist in dem Momentpfad zwischen dem Elektromotor 3 und dem Getriebeabschnitt 5 angeordnet und ermöglicht es, den Momentenpfad zu öffnen und zu schließen. Die Kupplungsanordnung 8 ist über eine Antriebswelle 11 mit dem Elektromotor 3 und über eine Abtriebswelle 12 mit dem Getriebeabschnitt 5 verbunden. Die Funktion der Kupplungsanordnung 8 ist, dass bei einer Übertragung eines Traktionsmoments von dem Elektromotor 3 auf den Getriebeabschnitt 5 und somit in Richtung der angetriebenen Räder des Fahrzeugs 2 die Kupplungsanordnung 8 geschlossen ist. Insbesondere ist die Kupplungsanordnung 8 geschlossen, wenn ein Traktionsmoment von dem Elektromotor 3 zu dem Getriebeabschnitt 5 übertragen wird. Für den Fall, dass die Abtriebswelle 12 schneller dreht als die Antriebswelle 11, öffnet die Kupplungsanordnung 8, sodass die Antriebswelle 11 und damit der Elektromotor 3 abgetrennt ist. Das Öffnen der Kupplungsanordnung 8 läuft mechanisch selbstständig über einen Fliehkraftmechanismus, wie anhand der nachfolgenden Figuren erläutert wird. Die Ausgestaltung der Kupplungsanordnung 8 hat den Vorteil, dass der Elektromotor 3 bei höheren Fahrgeschwindigkeiten vom Antriebsstrang und/oder Getriebeabschnitt 5 abgekoppelt ist. Dadurch werden Schleppmomente, welche durch einen Rotor des Elektromotors 3 verursacht werden, verringert, sodass der Antriebsstrang beziehungsweise das Getriebe 1 in seiner Gesamtheit einen besseren Wirkungsgrad hat sowie Bauteile vom Elektromotor 3 weniger verschleißen bzw. geschützt werden. Die Aktuierung der Kupplungsanordnung 8 erfolgt rein mechanisch, sodass die Kosten und der Integrationsaufwand in dem Fahrzeug 2 gering sind. Die Kupplungsanordnung 8 überträgt das Traktionsmoment reibschlüssig und/oder kraftschlüssig, was zu Vorteilen mit Bezug zu einem geräuschfreien Abkoppeln und Ankoppeln des Elektromotors 3 führt.
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In der 2 ist die Kupplungsanordnung 8 in einer schematischen Längsschnittdarstellung gezeigt. Auf der linken Seite ist die Antriebswelle 11 und auf der rechten Seite die Abtriebswelle 12 dargestellt, welche in Bezug auf eine Drehachse D koaxial, jedoch fluchtend zueinander angeordnet sind.
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Die Kupplungsanordnung 8 weist eine Fliehkrafteinrichtung 13 sowie eine Kupplungseinrichtung 14 auf. Die Fliehkrafteinrichtung 13 weist mehrere Fliehkraftgewichte 15 auf, welche drehfest mit der Abtriebswelle 12 gekoppelt sind, jedoch in radialer Richtung, orthogonal zu der Drehachse D verschiebbar angeordnet sind. Die Fliehkraftgewichte 15 drängen bei einer Rotation der Abtriebswelle 12 in Bezug auf die Drehachse D radial nach außen. Die Fliehkrafteinrichtung 13 ist so ausgelegt, dass diese bei der Überschreitung einer Grenzdrehzahl der Abtriebswelle 12 die Kupplungseinrichtung 14 betätigt und die Verbindung zwischen der Antriebswelle 11 und der Abtriebswelle 12 löst. Die Fliehkrafteinrichtung 13 und die Kupplungseinrichtung 14 sind über eine Schalthülse 16 miteinander wirkverbunden.
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Die Schalthülse 16 weist ein Antriebshülsenteil 17 und ein Abtriebshülsenteil 18 auf, welche über eine Lagereinrichtung 19 zueinander drehbar um die Drehachse D gelagert sind. Das Antriebshülsenteil 17 ist koaxial zu der Drehachse D auf der Antriebswelle 11 angeordnet. Das Antriebshülsenteil 17 kann in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse D verschoben werden, ist jedoch drehfest auf der Antriebswelle 11 angeordnet. Das Abtriebshülsenteil 18 kann auf der Abtriebswelle 12 axial verschoben werden, ist jedoch drehfest auf der Abtriebswelle 12 angeordnet. Die Lagereinrichtung 19 ist als ein Lagerkranz, in diesem Beispiel als ein Rollenkranz, ausgebildet und lagert das Antriebshülsenteil 17 und das Abtriebshülsenteil 18 zueinander, sodass diese relativ zueinander um die Drehachse D rotieren können.
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Die Fliehkrafteinrichtung 13 weist eine Rampeneinrichtung 20 auf, welche über einen ersten Rampenabschnitt 21, welcher an den Fliehkraftgewichten 15 festgelegt ist, und einem zweiten Rampenabschnitt 22 gebildet ist, welcher an dem Abtriebshülsenteil 18 festgelegt ist. Die Rampenabschnitte 21, 22 sind zueinander so ausgeführt, dass bei einer radialen Verschiebung der Fliehkraftgewichte 15 aufgrund des Zusammenwirkens der Rampenabschnitte 21, 22 das Abtriebshülsenteil 18 in Richtung der Antriebswelle 11 verschoben wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die ersten Rampenabschnitte 21 als Konusabschnitte und die zweiten Rampenabschnitte 22 ebenfalls als Konusabschnitte ausgebildet, welche jedoch einen Innenkonus bilden, wohingegen die ersten Rampenabschnitte 21 einen Außenkonus bilden.
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Durch eine Rotation der Abtriebswelle 12 oberhalb der Grenzdrehzahl werden die Fliehkraftgewichte 15 somit radial nach außen verschoben und zugleich das Abtriebshülsenteil 18 in axialer Richtung zu der Antriebswelle 11 verschoben. Dabei wird über die Lagereinrichtung 19 die Verschiebebewegung auf das Antriebshülsenteil 17 übertragen, sodass dieses ebenfalls in Richtung der Antriebswelle 11 verschoben wird.
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Die Kupplungseinrichtung 14 weist ein Kupplungsgehäuse 23 auf, welches drehfest und vorzugsweise verschiebefest mit der Abtriebswelle 12 gekoppelt ist. Das Kupplungsgehäuse 23 ist als ein Topf ausgebildet, wobei in einem Kupplungsabschnitt 24 als ein erster Topfabschnitt die Fliehkrafteinrichtung 13 sowie die Schalthülse 16 angeordnet ist und in einem Kupplungsabschnitt 25 als ein zweiter Topfabschnitt weitere Komponenten der Kupplungseinrichtung 14 angeordnet sind. Der Außendurchmesser des Kupplungsabschnitts 25 ist größer als der Außendurchmesser des Fliehkraftabschnitts 24.
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Die Kupplungseinrichtung 14 weist ein Lamellenpaket 26 mit inneren Lamellen 27 und in diesem Ausführungsbeispiel einer äußeren Lamelle 28 auf. Es können jedoch auch mehr äußere Lamellen vorgesehen sein. Die Lamellen 27, 28 weisen jeweils Reibflächen auf, welche zum Schließen der Kupplungseinrichtung 14 miteinander in einen Reibschluss treten, wenn diese in axialer Richtung aufeinander gepresst werden. Die inneren Lamellen 27 sind drehfest an der Antriebswelle 11 und optional verschiebbar angeordnet. Die äußere Lamelle 28 ist dagegen drehfest an dem Kupplungsgehäuse 23 angeordnet und damit drehfest mit der Abtriebswelle 12 verbunden. Die äußere Lamelle 28 ist ebenfalls in axialer Richtung verschiebbar angeordnet.
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Ferner weist die Kupplungseinrichtung 14 ein Druckscheibenmodul 29 auf, welches sich über eine Endscheibe 30 an der Antriebswelle 11 abstützt und über eine Federeinrichtung 31 und eine Druckscheibe 32 einen axialen Druck auf das Lamellenpaket 26 aufbringt. Durch den aufgebrachten Druck wird das Lamellenpaket 26 in axialer Richtung zusammengepresst, sodass der Reibschluss gegeben ist und die Kupplungseinrichtung 14 geschlossen ist.
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Auf dem Antriebshülsenteil 17 sind mehrere Nocken 34 angeordnet, welche an dem Antriebshülsenteil 17 befestigt sind bzw. Teil des Antriebshülsenteils 17 sind und sich in axialer Richtung durch das Lamellenpaket 26, insbesondere durch die inneren Lamellen 27 hindurch erstrecken. Die Nocken 34 bilden Druckelemente, welche die Verschiebebewegung des Antriebshülsenteils 17, welche letztendlich durch die Fliehkrafteinrichtung 13 erzeugt wurde, auf die Druckscheibe 32 übertragen und dieses von dem Lamellenpaket 26 wegrücken, sodass die Kupplungseinrichtung 14 geöffnet wird und damit die Kupplungsanordnung 8 die Antriebswelle 11 von der Abtriebswelle 12 trennt.
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Die 3a und 3b zeigen die Nocke 34 in einer schematischen Längsschnittdarstellung. In der 3a ist die Nocke 34 und die Druckscheibe 32 in einem Betriebszustand gezeigt, während die Kupplungseinrichtung 14 geschlossen ist. Es ist zu erkennen, dass die Nocke 34 als eine Arretierung ausgebildet ist und ein Drückorgan 35 aufweist, welches als eine Kugel ausgebildet ist. Das Drückorgan 35 ist in der Nocke 34 verliersicher gehalten und wird über eine Druckfeder 36 in axialer Richtung gegen die Druckscheibe 32 gedrückt. Zwischen der axialen Stirnseite der Nocke 34 und der Druckscheibe 32 verbleibt ein Abstand d, welcher als ein Spiel ausgebildet ist und für einen Verschleißausgleich sorgt. Wird nun die Nocke 34 durch ein Verschieben des Antriebshülsenteils 17 axial gegen die Druckscheibe 32 gedrückt, so wird zunächst das Drückorgan 35 in die Nocke 34 gegen die Federkraft der Druckfeder 36 geschoben. Erst, wenn die freie Stirnseite der Nocke 34 an der Druckscheibe 32 anliegt, drückt die freie Stirnseite der Nocke 34 gegen die Druckscheibe 32 und/oder ist ein Formschluss gegeben und die Druckscheibe 32 wird in axialer Richtung verschoben. Dieser Zustand ist in der 3b gezeigt. Der Vorteil der Vorspannung mittels des Drückorgans 35 und der Druckfeder 36 ist darin zu sehen, dass die Komponentenkette ausgehend von der Druckscheibe 32, dem Drückorgan 35, Druckfeder 36, Nocke 34, Antriebshülsenteil 17, Lagereinrichtung 19, Abtriebshülsenteil 18 stets vorgespannt ist und auf diese Weise im geschlossenen Zustand der Kupplungsanordnung 8 bei der Drehzahl Null nicht klappern kann. Der Abstand d ist dabei so gewählt, dass dieser auch einen Verschleißausgleich bilden kann, da die Reibbelege in dem Lamellenpaket 26 im Betrieb in der axialen Breite aufgrund von Verschleiß dünner werden. Somit zeigt die 3b zum einen das Anliegen der Nocke 34 an der Druckscheibe 32 und zugleich die äußerste Verschleißgrenze des Lamellenpakets 26.
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In der 4 ist ein Geschwindigkeits (v) – Drehmoment (M) beziehungsweise Drehzahldiagramm (nEM) aufgetragen. Mit dem Buchstaben a ist eine Linie mit dem von der Kupplungsanordnung 8 übertragenen Drehmoment MKupplung bezeichnet. Die Linie mit dem Kleinbuchstaben b bezeichnet dagegen das von dem Elektromotor 3 aufgebrachte Drehmoment MEM. Die Linie c zeigt die Drehzahl nEM des Elektromotors 3 an der Antriebswelle 11. Aus dem Verlauf ist zu erkennen, dass bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit in Richtung von 110 km/h die Drehzahl des Elektromotors 3 mit konstanter Steigung ansteigt. Durch die Erhöhung der Drehzahl wird jedoch die Kupplungsanordnung 8 schleichend geöffnet, sodass das durch die Kupplungsanordnung 8 übertragenes Drehmoment stetig verringert wird. Mit gleicher Tendenz, jedoch einem unterschiedlichen Verlauf, wird auch das von dem Elektromotor 3 ausgegebene Drehmoment verringert. Bei in diesem Beispiel erreichter Geschwindigkeit von 110 km/h ist die Grenzdrehzahl von 9.600 Umdrehungen pro Minute erreicht. Es ist darauf hinzuweisen, dass sowohl die Drehzahl als auch die Geschwindigkeit eine beispielhafte Auslegung Größe darstellt. In diesem Punkt erfolgt die vollständige Abkopplung des Elektromotors 3 durch die Kupplungsanordnung 8. Somit ist das Getriebe 1 in der Ausbildung als Hybridgetriebe ausschließlich mit dem Verbrennungsmotor 4 verbunden, der Elektromotor 3 kann für weitere Funktionen drehentkoppelt von dem Getriebe 1 eingesetzt werden. In der Ausbildung mit einer elektrischen und einer verbrennungsmotorischen Achse ist die elektrische Achse abgekoppelt und das Traktionsmoment wird durch die verbrennungsmotorische Achse aufgebracht.
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Für den Fall, dass das Fahrzeug von höheren Geschwindigkeiten langsam abbremst, kann bei einer beliebigen Geschwindigkeit, zum Beispiel bei 120 km/h, der Elektromotor 3 gesteuert auf Drehzahl gebracht werden, sodass dieser bei einer Ankopplung der Kupplungsanordnung 8 die Grenzdrehzahl von 9.600 Umdrehungen pro Minute aufweist und eine Einkopplung des Elektromotors 3 über die Kupplungsanordnung 8 erfolgen kann, ohne, dass ein Kupplungsruck oder dergleichen zu spüren ist. Damit erfolgt sowohl die Ankopplung als auch die Abkopplung des Elektromotors 3 an den Getriebeabschnitt in einer komfortablen Weise.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Elektromotor
- 4
- Verbrennungsmotor
- 5
- Getriebeabschnitt
- 6
- Getriebeeingang
- 7
- Getriebeeingang
- 8
- Kupplungsanordnung
- 9
- Ausgang
- 10
- Differentialvorrichtung
- 11
- Antriebswelle
- 12
- Abtriebswelle
- 13
- Fliehkrafteinrichtung
- 14
- Kupplungseinrichtung
- 15
- Fliehkraftgewichte
- 16
- Schalthülse
- 17
- Antriebshülsenteil
- 18
- Abtriebshülsenteil
- 19
- Lagereinrichtung
- 20
- Rampeneinrichtung
- 21
- erste Rampenabschnitte
- 22
- zweite Rampenabschnitte
- 23
- Kupplungsgehäuse
- 24
- Kupplungsabschnitt
- 25
- Kupplungsabschnitt
- 26
- Lamellenpaket
- 27
- innere Lamellen
- 28
- äußere Lamelle
- 29
- Druckscheibenmodul
- 30
- Endscheibe
- 31
- Federeinrichtung
- 32
- Druckscheibe
- 34
- Nocken
- 35
- Drückorgan
- 36
- Druckfeder
- D
- Drehachse
- d
- Abstand
