DE102016204289A1

DE102016204289A1 - Kupplungssystem

Info

Publication number: DE102016204289A1
Application number: DE102016204289.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Trinkenschuh
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Es ist ein Kupplungssystem (10) vorgesehen mit einer Reibungskupplung (16), wobei die Reibungskupplung (16) ausgangsseitig oder eingangsseitig über eine radial verlaufende Stützscheibe (22) radial innen gelagert ist, wobei die Stützscheibe (22) eine von der Reibungskupplung (16) weg weisende axiale Außenseite (30) aufweist, einer Vorsteuerkupplung (32) zum Betätigen der Reibungskupplung (16) infolge einer Differenzdrehzahl zwischen (14), einem über einen durch die Stützscheibe (22) hindurch verlaufenden Befestigungsfinger (42) mit der Vorsteuerkupplung (32) gekoppelten Zuganker (38) zur Betätigung der Vorsteuerkupplung (32) durch eine axiale Verlagerung und einem feststehenden Elektromagnet (36) zum magnetischen axialen Verlagern des Zugankers (38), wobei der Zuganker (38) zwischen dem Elektromagnet (36) und der Außenseite (30) der Stützscheibe (22) angeordnet ist. Für den Wechsel der Betriebsmodi ist es lediglich erforderlich mit Hilfe des Elektromagneten (36) und dem nah zum Elektromagneten (36) positionierten Zuganker (38) bei der Vorsteuerkupplung (32) kurzzeitig eine vorliegende Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement (12) und dem Drehmomentausleitungselement (14) zum Betätigen der Reibungskupplung (16) auszunutzen, so dass mit geringem Energieeinsatz eine leichte und effiziente Anpassung einer Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang an verschiedene Fahrstrategien ermöglicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem, mit dessen Hilfe eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, insbesondere bei einem Hybrid-Kraftfahrzeug, gekuppelt werden kann.
Aus WO 2011/050773 A1 ist ein Kupplungssystem in der Art einer sogenannten Booster-Kupplung bekannt, bei dem eine als Trennkupplung ausgestaltete Reibungskupplung mit Hilfe eines Rampensystems betätigt werden kann. Zum Schließen der Reibungskupplung kann das Rampensystem durch eine relativ zu einer Eingangsrampe verdrehbare Ausgangsrampe seine axiale Erstreckung ändern und dadurch eine Anpressplatte der Reibungskupplung axial verlagern. Dadurch kann zwischen der Anpressplatte und einer Gegenplatte der Reibungskupplung eine Kupplungsscheibe reibschlüssig verpresst werden.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis eine Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang, insbesondere eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, leicht und effizient an verschiedene Fahrstrategien anpassen zu können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine leichte und effiziente Anpassung einer Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang, insbesondere eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, an verschiedene Fahrstrategien ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Kupplungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Erfindungsgemäß ist ein Kupplungssystem zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes vorgesehen mit einer, insbesondere als Lamellenkupplung ausgestalteten, Reibungskupplung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einem Drehmomenteinleitungselement, insbesondere Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors, und einem Drehmomentausleitungselement, insbesondere Getriebeeingangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes, wobei die Reibungskupplung ausgangsseitig oder eingangsseitig über eine radial verlaufende Stützscheibe radial innen gelagert ist, wobei die Stützscheibe eine von der Reibungskupplung weg weisende axiale Außenseite aufweist, einer Vorsteuerkupplung zum Betätigen, insbesondere über ein Rampensystem, der Reibungskupplung infolge einer Differenzdrehzahl zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement, einem über einen durch die Stützscheibe hindurch verlaufenden Befestigungsfinger mit der Vorsteuerkupplung gekoppelten Zuganker zur Betätigung der Vorsteuerkupplung durch eine axiale Verlagerung und einem feststehenden Elektromagnet zum magnetischen axialen Verlagern des Zugankers, wobei der Zuganker zwischen dem Elektromagnet und der Außenseite der Stützscheibe angeordnet ist.
Im regulären Zugbetrieb kann ein Drehmomentfluss von dem Drehmomenteinleitungselement zu dem Drehmomentausleitungselement im Wesentlichen über die Reibungskupplung erfolgen. Dadurch kann ein in einem als Brennkraftmaschine ausgestalteten Kraftfahrzeugmotor erzeugtes Drehmoment an eine Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes übertragen werden, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Zudem ist es möglich eine elektrische Maschine über ein Ausgangsteil der Reibungskupplung oder das Drehmomentausleitungselement anzubinden, so dass das Kraftfahrzeug in einem Booster-Betrieb zusätzlich von der im Motorbetrieb betriebenen elektrischen Maschine angetrieben werden kann. Für einen rein elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine kann die Reibungskupplung geöffnet werden, indem durch ein Bestromen des Elektromagneten die Vorsteuerkupplung geöffnet wird. Ein Drehmomentfluss zwischen dem Drehmomentausleitungselement und dem Drehmomenteinleitungselement ist dadurch unterbrochen, so dass das Schleppmoment der Brennkraftmaschine die von der elektrischen Maschine eingeleitete Leistung nicht schmälert. In einem Schubbetrieb kann die elektrische Maschine im Generatorbetrieb betrieben werden und elektrische Energie rekuperieren, während durch die geöffnete Vorsteuerkupplung und die geöffnete Reibungskupplung die Brennkraftmaschine und ihr Schleppmoment abgekoppelt bleibt.
Bei einer stärker gewünschten Bremsleistung kann die Bestromung des Elektromagneten unterbrochen werden, so dass die schließende Vorsteuerkupplung die Reibungskupplung schließt und die Brennkraftmaschine mit ihrem Schleppmoment als zusätzliche Motorbremse wirken kann. Ferner ist es möglich bei geschlossener Reibungskupplung mit Hilfe der elektrischen Maschine ein Startmoment zum Starten der Brennkraftmaschine einzuleiten. Um zwischen den einzelnen Betriebsmodi zu wechseln ist es ausreichend durch das Bestromen des Elektromagneten oder die Unterbrechung der Bestromung des Elektromagneten die Brennkraftmaschine abzukoppeln beziehungsweise anzukoppeln. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass zu einem Großteil der Betriebszeit die Brennkraftmaschine angekoppelt sein dürfte, so dass eine normally-closed Ausgestaltung sowohl für die Vorsteuerkupplung als auch für die Reibungskupplung eine energieeffiziente Ausgestaltung ist. Da der Zuganker mit Hilfe des durch die Stützscheibe hindurchragenden Befestigungsfingers besonders nah an dem Elektromagneten positioniert werden kann, ist zudem ein entsprechend geringerer Energieeinsatz ausreichend, um durch den Elektromagneten eine ausreichende Magnetkraft zu erzeugen, mit deren Hilfe der Zuganker axial verlagert und damit die Vorsteuerkupplung betätigt werden kann. Für den Wechsel der Betriebsmodi ist es lediglich erforderlich mit Hilfe des Elektromagneten und dem nah zum Elektromagneten positionierten Zuganker bei der Vorsteuerkupplung kurzzeitig eine vorliegende Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement zum Betätigen der Reibungskupplung auszunutzen, so dass mit geringem Energieeinsatz eine leichte und effiziente Anpassung einer Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang, insbesondere eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, an verschiedene Fahrstrategien ermöglicht ist.
Die Vorsteuerkupplung und die Reibungskupplung können zusammen mit einem zwischengeschalteten Rampensystem eine sogenannte Booster-Kupplung ausbilden. Im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung weisen das Drehmomenteinleitungselement und das Drehmomentausleitungselement im schlupffreien Betrieb im Wesentlichen die gleiche Drehzahl auf. Im geöffneten Zustand der Reibungskupplung können das Drehmomenteinleitungselement und das Drehmomentausleitungselement mit einer unterschiedlichen Drehzahl drehen, so dass sich eine Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement einstellt. Das über das Drehmomenteinleitungselement und die Reibungskupplung fließende Drehmoment kann zumindest teilweise über die zumindest teilweise geschlossene Vorsteuerkupplung fließen, so dass im geschlossenen Zustand der Vorsteuerkupplung zumindest zeitweise eine Drehmomentübertragung von der Vorsteuerkupplung über das Rampensystem an die Reibungskupplung erfolgen kann, wodurch Bauteilbelastungen reduziert werden können. Insbesondere führt die Vorsteuerkupplung beim Verdrehen der Eingangsrampe relativ zur Ausgangsrampe einen schlupfenden Reibschluss zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement herbei. Durch den schlupfenden Reibschluss kann in der Vorsteuerkupplung eine Drehzahldifferenz erzeugt werden, die zum relativen Verdrehen der Eingangsrampe zur Ausgangsrampe genutzt werden kann. Gleichzeitig kann im Schlupfbetrieb auch ein Drehmoment übertragen werden, das an das Rampensystem weitergeleitet werden kann, um eine entsprechend hohe Anpresskraft für eine von dem Rampensystem verlagerbare Anpressplatte der Reibungskupplung bereit zu stellen. Wenn eine Drehzahlangleichung zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement noch nicht erfolgt ist, kann die schlupfend betriebene Vorsteuerkupplung über eine geeignete Koppelung des Rampensystems mit der Vorsteuerkupplung die Drehzahldifferenz in eine Relativdrehung der Eingangsrampe zur Ausgangsrampe umsetzen. Dadurch kann sich die axiale Erstreckung des Rampensystems infolge der Drehzahldifferenz innerhalb der Vorsteuerkupplung und somit infolge der Drehzahldifferenz des Drehmomenteinleitungselements zum Drehmomentausleitungselement ändern. Durch die sich ändernde Erstreckung des Rampensystems kann die Anpressplatte zum Schließen der Reibungskupplung verlagert werden, wobei eine Verlagerungskraft zum Verlagern der Anpressplatte aus dem über die Vorsteuerkupplung übertragenen Drehmoment abgezweigt werden kann. Wenn sich die Erstreckung des Rampensystems soweit geändert hat, dass beispielsweise die Anpressplatte eine Kupplungsscheibe und/oder Lamellen einer Lamellenkupplung verpresst, sind nach einer Beendigung des Schlupfbetriebs die Drehzahlen des Drehmomenteinleitungselements und des Drehmomentausleitungselement miteinander synchronisiert, so dass eine Drehzahldifferenz nicht mehr vorliegt. Das Rampensystem kann dann in der erreichten Stellung verharren.
In der geschlossenen Stellung der Reibungskupplung kann der überwiegende Teil des zu übertragenen Drehmoments über die Reibpaarung(en) der Reibungskupplung erfolgen, wobei ein kleinerer Anteil des zu übertragenen Drehmoments über die Vorsteuerkupplung übertragen werden kann. Dadurch kann über die Vorsteuerkupplung eine entsprechend hohe Anpresskraft in die Reibungskupplung eingeleitet werden, so dass ein entsprechend höheres Drehmoment sicher und ohne Durchrutschen übertragen werden kann. Hierbei kann über eine geeignete Wahl der Rampensteigung des Rampensystems eine Kraftübersetzung erreicht werden, so dass bei einer geringen Betätigungskraft zum Betätigen der Vorsteuerkupplung eine erhöhte übersetzte Anpresskraft erreicht werden kann. Ferner kann ein Teil des zu übertragenen Drehmoments zur Bereitstellung der Anpresskraft genutzt werden, so dass aus einer weiteren Energiequelle die Anpresskraft gespeist werden kann. Durch die nur mittelbar über die Vorsteuerkupplung an der Anpressplatte angreifende Betätigungskraft kann über die Vorsteuerkupplung eine Kraftverstärkung und/oder eine Drehmomentabzweigung aus dem zu übertragenen Drehmoment zum Schließen der Reibungskupplung erreicht werden, so dass die Reibungskupplung mit einer deutlich erhöhten Anpresskraft reibschlüssig geschlossen werden kann, wodurch ein sicheres Schließen der Reibungskupplung mit geringem konstruktivem Aufwand ermöglicht ist.
Der Befestigungsfinger weist insbesondere eine in Umfangsrichtung verlaufende Haltenut auf. In die Haltenut kann ein Sicherungsring eingesetzt werden, der als axialer Anschlag für den Zuganker dient, so dass bei einem magnetischen Anziehen des Zugankers von dem Elektromagneten der Zuganker automatisch den Befestigungsfinger mitnimmt. Alternativ kann der Zuganker selber in der Haltenut in axialer Richtung verliersicher aufgenommen sein, so dass die axiale Verlagerung des Zugankers mit einer axialen Verlagerung des Befestigungsfingers und einer mit dem Befestigungsfinger gekoppelten Anpressplatte der Vorsteuerkupplung korrelieren kann. Der Zuganker kann eine zu dem Befestigungsfinger korrespondierende Aussparung aufweisen, so dass der Zuganker durch eine axiale Relativbewegung und eine nachfolgende Relativdrehung in die Haltenut eingesetzt werden kann. Vorzugsweise ist ein Sicherungselement vorgesehen, das nach dem Einsetzen des Zugankers in die Haltenut eine Relativdrehung blockiert.
Insbesondere ist ein den Elektromagnet haltender feststehender Modulträger vorgesehen, wobei die Stützscheibe an dem Modulträger gelagert ist, wobei insbesondere der Modulträger ein in radialer Richtung verlaufendes Scheibenteil zur Befestigung des Elektromagneten und ein axial verlaufendes Rohrteil zur Lagerung der Stützscheibe aufweist. Der Modulträger kann im Kraftfahrzeug bewegungsfest verbaut sein und dadurch über die Stützscheibe eingeleitete Radialkräfte und/oder Axialkräfte der Reibungskupplung abstützen, ohne dass es dafür erforderlich ist das Drehmomenteinleitungselement zu belasten. Insbesondere ist die Stützscheibe über Rillenkugellager an dem Modulträger gelagert. Gleichzeitig kann der Elektromagnet an dem Modulträger befestigt sein, so dass elektrische Leitungen zum Betrieb des Elektromagneten leicht entlang des Modulträgers verlegt werden können. Eine mitrotierende elektrische Kontaktierung ist vermieden.
Vorzugsweise weist die Stützscheibe eine teilringförmige Durchgangsöffnung zum Hindurchführen des Befestigungsfingers auf, wobei die Erstreckung der Durchgangsöffnung in Umfangsrichtung mindestens der Summe der Erstreckung des Befestigungsfingers in Umfangsrichtung und der maximalen Relativdrehung der Stützscheibe zur Vorsteuerkupplung, insbesondere zu einem mit dem Befestigungsfinger verbundenen Anpresselement, beim Betätigen der Vorsteuerkupplung entspricht. Ein Anschlagen und/oder Verklemmen des Befestigungsfingers in der Durchgangsöffnung kann vermieden werden, indem mögliche Relativdrehungen, insbesondere auch unter Berücksichtigung eines maximalen Verschleißes von Reibbelägen in der Vorsteuerkupplung, sowie Herstellungs- und Lagetoleranzen bei der Dimensionierung der Durchgangsöffnung berücksichtigt werden.
Besonders bevorzugt ist in axialer Richtung zwischen dem Elektromagneten und dem Zuganker ein gelagertes und in axialer Richtung feststehendes Kontaktblech zum axialen Anschlagen an dem Zuganker bei einer von dem Elektromagneten auf den Zuganker einwirkenden Magnetkraft vorgesehen. Ein direkter Kontakt des mitdrehenden Zugankers an dem feststehenden Elektromagneten ist dadurch vermieden, so dass unnötige Reibung durch sich relativ zueinander bewegende Kontaktflächen vermieden ist. Das Kontaktblech ist beispielsweise über ein beispielsweise als Kugellager oder Gleitlager ausgestaltetes Lager an dem Modulträger gelagert. Das Kontaktblech braucht durch seine Blockierfunktion lediglich ein Anschlagen an dem Elektromagneten zu verhindern und kann dadurch eine erheblich geringere Materialdicke im Vergleich zur Stützscheibe aufweisen. Eine Abschirmung der von dem Elektromagneten erzeugten Magnetkraft durch das Kontaktblech kann dadurch gering gehalten werden. Vorzugsweise ist das Kontaktblech aus einem weichmagnetischen oder ferromagnetischen Material hergestellt und kann dadurch das magnetische Feld des Elektromagneten positiv beeinflussen. Insbesondere ist das Kontaktblech an dem Modulträger gelagert. Dadurch kann der axiale Abstand des Kontaktblechs zum Elektromagneten genau und aufgrund der kurzen Toleranzkette auf einen besonders geringen Abstand eingestellt werden.
Insbesondere überlappen sich der Elektromagnet und der Zuganker in axialer Richtung betrachtet in radialer Richtung in einen Überlappungsbereich Δr, wobei für den Überlappungsbereich Δr bezogen auf einen Außenradius R der Reibungskupplung 0,05 ≤ Δr/R ≤ 0,90, insbesondere 0,15 ≤ Δr/R ≤ 0,60, vorzugsweise 0,20 ≤ Δr/R ≤ 0,50 und besonders bevorzugt 0,25 ≤ Δr/R ≤ 0,40 gilt. Durch die Positionierung des Zugankers an der Außenseite der Stützscheibe verbleibt vergleichsweise viel Bauraum in radialer Richtung, der von dem Zuganker und dem Elektromagneten genutzt werden kann. Hierzu ist der Zuganker insbesondere im Wesentlichen scheibenförmig ausgestaltet, so dass der Zuganker eine zum Elektromagneten weisenden vergleichsweise große Axialfläche aufweist, die beispielsweise 50% bis 99%, insbesondere 60% bis 95% und vorzugsweise 70% bis 90% der Außenseite der Stützscheibe beträgt. Durch den vergleichsweise großen Überlappungsbereich kann ohne großen konstruktiven Aufwand eine entsprechend hohe Magnetkraft von dem Elektromagneten auf den Zuganker ausgeübt werden. Dies ermöglicht es beispielsweise für die Vorsteuerkupplung eine große Verschleißreserve vorzusehen, da der Zuganker auch bei maximalem Verschleiß der Reibbeläge von der Magnetkraft des Elektromagneten noch verlagert werden kann.
Vorzugsweise ist eine insbesondere als Blattfeder ausgestaltete Schließfeder zum automatischen Schließen der Vorsteuerkupplung bei ausgeschaltetem Elektromagneten vorgesehen, wobei insbesondere die Schließfeder mit einer von der Außenseite der Stützscheibe weg weisenden Innenseite der Stützscheibe befestigt ist. Der Elektromagnet braucht dadurch nur betätigt zu werden, wenn die Vorsteuerkupplung und die Reibungskupplung geöffnet werden sollen, um die Brennkraftmaschine von dem Antriebsstrang abzuwerfen.
Besonders bevorzugt ist ein Rampensystem zum axialen Verlagern einer Anpressplatte der Reibungskupplung vorgesehen, wobei das Rampensystem eine Eingangsrampe und eine relativ zur Eingangsrampe zur Veränderung einer axialen Erstreckung des Rampensystems verdrehbare Ausgangsrampe aufweist, wobei die Ausgangsrampe mit dem Drehmomenteinleitungselement gekoppelt ist und die Eingangsrampe über die Vorsteuerkupplung mit dem Drehmomentausleitungselement koppelbar ist oder die Ausgangsrampe mit dem Drehmomentausleitungselement gekoppelt ist und die Eingangsrampe über die Vorsteuerkupplung mit dem Drehmomenteinleitungselement koppelbar ist. Über die Rampensteigung der Rampen des Rampensystems kann eine Kraftverstärkung erfolgen, so dass im Vergleich zu der an der Anpressplatte erreichbaren Anpresskraft eine deutlich geringere Betätigungskraft zum Schließen der Vorsteuerkupplung aufgebracht werden braucht. Dadurch kann der Elektromagnet deutlich kleiner und bauraumsparender dimensioniert werden, als wenn der Elektromagnet die Anpressplatte direkt verlagern würde. Ferner ist es möglich die Vorsteuerkupplung aus dem Bereich der Anpressplatte heraus zu verlagern. Die Ausgangsrampe kann drehfest aber axial beweglich mit dem Drehmomentausleitungselement gekoppelt sein. Dadurch kann die mit dem Drehmomentausleitungselement gekoppelte Ausgangsrampe und die über die Vorsteuerkupplung mit dem Drehmomenteinleitungselement koppelbare Eingangsrampe bei einer Differenzdrehzahl zwischen dem Drehmomentausleitungselement und dem Drehmomenteinleitungselement relativ zueinander verdreht werden. Alternativ kann die Ausgangsrampe axial verlagerbar aber drehmomentübertragend mit dem Drehmomenteinleitungselement gekoppelt sein, während die Eingangsrampe, insbesondere über eine Kupplungsscheibe der Vorsteuerkupplung, drehfest mit dem Ausgangsteil der Reibungskupplung und/oder dem Drehmomentausleitungselement koppelbar ist. Die Rampen des Rampensystems können direkt aufeinander abgleiten oder über mindestens eine Kugel, einen Zylinder oder sonstiges drehbares Element relativ zueinander verdreht werden, so dass ein Kugel-Rampen-System ausgebildet werden kann. Durch das Verdrehen der Rampen relativ zueinander kann sich der Abstand der von der jeweils anderen gegenüberliegenden Rampe wegweisenden Rückseiten der Eingangsrampe und der Ausgangsrampe verändern, so dass sich entsprechend die axiale Erstreckung des Rampensystems verringern beziehungsweise vergrößern kann. Besonders bevorzugt ist der maximale relative Verdrehwinkel der Eingangsrampe zu der Ausgangsrampe beispielsweise durch mindestens einen Anschlag begrenzt, wodurch beispielsweise eine Überschreitung eines maximalen Verschleißbereichs von Reibbelägen der Reibungskupplung vermieden werden kann.
Insbesondere ist das Rampensystem zumindest zu einem Großteil radial innerhalb zur Vorsteuerkupplung angeordnet. Dadurch kann die Vorsteuerkupplung auf dem größeren Radius bei einer kleineren radialen Erstreckung ein ausreichend großes Drehmoment übertragen, um die Vorsteuerkupplung zu schließen. Der radiale Bauraumbedarf kann dadurch gering gehalten werden. Vorzugsweise ist das Rampensystem zumindest zu einem Großteil radial innerhalb zu der Reibungskupplung angeordnet, wobei insbesondere die Reibungskupplung und das Rampensystem in radialer Richtung betrachtet sich zumindest teilweise überdecken. Das Rampensystem kann zumindest teilweise in das Innere der Reibungskupplung geschachtelt sein. Die Ausgangsrampe des Rampensystems kann hierbei mit einer Anpressplatte zusammenwirken, die sich von der Ausgangsrampe aus nach radial außen und gegebenenfalls zumindest in einem Teilbereich mit einem Anteil in axialer Richtung bis in den Radiusbereich von Reibbelägen der Reibungskupplung erstreckt.
Vorzugsweise ist eine insbesondere als Blattfeder ausgestaltete Rückstellfeder zum automatischen Öffnen der Reibungskupplung vorgesehen, wobei insbesondere die Rückstellfeder an dem Rampensystem angreift. Wenn von der Vorsteuerkupplung keine Anpresskraft zum Schließen der Reibungskupplung in die Reibungskupplung eingeleitet wird, kann die Rückstellfeder die Reibungskupplung automatisch öffnen. Dadurch kann die Rückstellfeder auch direkt oder indirekt an dem Rampensystem angreifen und das Rampensystem in eine Stellung insbesondere mit einer geringeren axialen Erstreckung zurückbewegen.
Besonders bevorzugt ist mit einem Ausgangsteil der Reibungskupplung und/oder mit dem Drehmomentausleitungselement ein Rotor einer elektrischen Maschine verbunden. Das Kupplungssystem kann dadurch leicht als Hybridmodul für ein Hybrid-Kraftfahrzeug genutzt werden, um eine Leistung zwischen der elektrischen Maschine und dem Drehmomentausleitungselement auszutauschen. Der Rotor weist insbesondere Permanentmagnete auf, die mit Elektromagneten eines Stators der elektrischen Maschine zusammenwirken können, um je nach gewünschten Betriebsmodus einen Motorbetrieb und einen Generatorbetrieb zu realisieren.
Insbesondere weist ein Ausgangsteil der Reibungskupplung und/oder das Drehmomentausleitungselement einen integrierten Radialversatzausgleich, insbesondere einen Momentenfühler, auf. Das Öffnen und Schließen der Reibungskupplung durch eine an der Vorsteuerkupplung anliegende Drehzahldifferenz kann dadurch sanfter erfolgen. Zudem kann eine zum Betätigen der Reibungskupplung auftretende Relativdrehung von beteiligten Bauteilen der Vorsteuerkupplung und der Reibungskupplung automatisch ausgeglichen werden. Insbesondere kann in dem Radialversatzausgleich bei dem Schließen der Reibungskupplung durch das angreifende Drehmoment ein Federelement vorgespannt werden, so dass bei einem Wegfallen des anliegenden Drehmoments das vorgespannte Federelement die Reibungskupplung automatisch öffnen kann. Ein Wechsel zwischen Schubbetrieb und Zugbetrieb kann dadurch einfach realisiert werden, ohne dass durch eine externe Steuerung auf die Reibungskupplung oder die Vorsteuerkupplung eingewirkt werden muss.
Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Drehmomenteinleitungselement, insbesondere eine Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors, einem Drehmomentausleitungselement, insbesondere eine Getriebeeingangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes, einem Kupplungssystem, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement und einer elektrischen Maschine zur Übertragung eines Drehmoments zwischen der elektrischen Maschine und dem Drehmomentausleitungselement. Für den Wechsel der Betriebsmodi im Schubbetrieb ist es lediglich erforderlich mit Hilfe der Vorsteuerkupplung kurzzeitig eine vorliegende Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement zum Betätigen der Reibungskupplung auszunutzen, so dass eine leichte und effiziente Anpassung einer Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs an verschiedene Fahrstrategien ermöglicht ist, insbesondere wenn das Hybrid-Kraftfahrzeug rein elektrisch von der elektrischen Maschine angetrieben werden soll.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1: eine schematische Schnittansicht eines Kupplungssystems im geschlossenen Zustand,
2: eine schematische Schnittansicht des Kupplungssystems aus 1 im geöffneten Zustand,
3: eine schematische perspektivische Detailansicht des Kupplungssystems aus 1 ohne Zuganker und
4: eine schematische perspektivische Detailansicht des Kupplungssystems aus 3 mit Zuganker.
Das in 1 dargestellte Kupplungssystem 10 weist ein als Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs ausgestaltetes Drehmomenteinleitungselement 12 auf, das mit einem Drehmomentausleitungselement 14 gekoppelt werden kann. Das Drehmomentausleitungselement 14 kann über eine Steckverzahnung drehfest mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes verbunden sein. Die Koppelung des Drehmomenteinleitungselements 12 mit dem Drehmomentausleitungselement 14 erfolgt über eine als Lamellenkupplung ausgestaltete Reibungskupplung 16. Die Reibungskupplung 16 weist ein als Innenlamellenträger ausgestaltetes Eingangsteil 18 auf, das mit dem Drehmomenteinleitungselement 12 beispielsweise über eine Nietverbindung drehmomentübertragend verbunden ist. Das Eingangsteil 18 kann über zwischengeschaltete Reibpaarungen mit einem als Außenlamellenträger ausgestaltetes Ausgangsteil 20 zusammenwirken, um im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung 16 ein Drehmoment zwischen dem Drehmomenteinleitungselement 12 und dem Drehmomentausleitungselement 14 auszutauschen oder im geöffneten Zustand der Reibungskupplung 16 eine Drehmomentübertragung zwischen dem Drehmomenteinleitungselement 12 und dem Drehmomentausleitungselement 14 zu unterbrechen. Das Drehmomentausleitungselement 14 kann mit dem Ausgangsteil 20 beispielsweise über eine Verzahnung drehmomentübertragend verbunden sein. Das Ausgangsteil 20 weist eine nach radial innen verlaufende Stützscheibe 22 auf, die über ein Rillenkugellager 24 zur Abstützung radialer und axialer Lasten drehbar an einem axial verlaufenden Rohrteil 26 eines feststehenden Modulträgers 28 gelagert ist. Die Stützscheibe 22 weist eine von der Reibungskupplung 16 weg weisende axiale Außenseite 30 auf.
Zur Betätigung der Reibungskupplung 16 ist eine Vorsteuerkupplung 32 vorgesehen, die wahlweise mit Hilfe eines an einem in radialer Richtung verlaufenden Scheibenteil 34 des Modulträgers 28 bewegungsfest befestigten Elektromagneten 36 betätigt werden kann. Wenn der Elektromagnet 36 bestromt wird, um die Vorsteuerkupplung 32 und damit die Reibungskupplung 16 zu öffnen, kann der Elektromagnet 36 einen zumindest teilweisen ferromagnetischen Zuganker 38 magnetisch anziehen, der in axialer Richtung zwischen dem Elektromagneten 36 und der Außenseite 30 der Stützscheibe 22 angeordnet ist. Der Zuganker 38 ist mit Hilfe eines Sicherungsrings 40 mit einem Befestigungsfinger 42 der Vorsteuerkupplung 32 befestigt. Der Befestigungsfinger 42 ist hierbei durch eine sich in Umfangsrichtung schlitzförmig erstreckende Durchgangsöffnung 43 der Stützscheibe 22 hindurchgeführt. Der Befestigungsfinger 42 ist einstückig mit einem Anpresselement 44 verbunden, mit dessen Hilfe zum Schließen der Vorsteuerkupplung 32 ein Kupplungsscheibenelement 46 reibschlüssig zwischen dem Anpresselement 44 und einem drehfest mit dem Ausgangsteil 20 der Reibungskupplung 16 verbundenen Gegenelement 48 verklemmt werden kann. Das Gegenelement 48 ist mit Hilfe eines Blockierelements 50 in axialer Richtung gesichert, um die die von dem Anpresselement 44 eingeleitete Kraft an das Ausgangsteil 20 abstützen zu können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorsteuerkupplung 32 als Einscheibenreibungskupplung ausgestaltet. Das Anpresselement 44 ist über eine als Blattfeder ausgestaltete Schließfeder 52 mit der Stützscheibe 22 gekoppelt, so dass die Vorsteuerkupplung 32 von der Schließfeder 52 automatisch geschlossen werden kann („normally closed“), wenn keine von dem Elektromagneten 36 aufgebrachte Magnetkraft auf den Zuganker 38 einwirkt.
Über das Kupplungsscheibenelement 46 kann ein Rampensystem 54 betätigt werden. Hierzu kann das Kupplungsscheibenelement 46 beispielsweise über eine Steckverzahnung an einer über ein Stützlager 56 an der Stützscheibe 22 gelagerten Eingangsrampe 58 des Rampensystems 54 angreifen, so dass im geschlossenen Zustand der Vorsteuerkupplung 32 die Eingangsrampe 58 mit der Drehzahl des Ausgangsteils 20 der Reibungskupplung 16 und damit mit der Drehzahl des Drehmomentausleitungselement 14 dreht. Die Eingangsrampe 58 wirkt über eine Kugel 60 mit einer Ausgangsrampe 62 zusammen. Die Ausgangsrampe 62 ist über eine als Blattfeder ausgestaltete Rückstellfeder 64 mit dem Eingangsteil 18 der Reibungskupplung 16 und damit mit dem Drehmomenteinleitungselement 12 verbunden, so dass die Ausgangsrampe 62 mit der Drehzahl des Eingangsteils 18 und des Drehmomenteinleitungselements 12 dreht. Im geöffneten Zustand der Reibungskupplung 16 liegt eine Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement 12 und dem Drehmomentausleitungselement 14 vor. Bei geöffneter Vorsteuerkupplung 32 kann die über das Stützlager 56 drehbar gelagerte Eingangsrampe 56 mit der Drehzahl der Ausgangsrampe 62 mitdrehen, so dass sich keine Relativdrehung der Eingangsrampe 56 zur Ausgangsrampe 62 einstellt. Bei geschlossener Vorsteuerkupplung 32 stellt sich eine zur Drehzahldifferenz des Drehmomenteinleitungselements 12 zum Drehmomentausleitungselement 14 entsprechende Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsrampe 58 und der Ausgangsrampe 62 ein, so dass sich die Eingangsrampe 58 relativ zur Ausgangsrampe 62 verdrehen kann. Dadurch kann sich die axiale Erstreckung des Rampensystems 54 erhöhen, so dass eine mit der Ausgangsrampe 62 gekoppelte Anpressplatte 66 der Reibungskupplung 16 zusammen mit der Ausgangsrampe 62 axial verlagert werden kann, um die Reibungskupplung 16 zu schließen, wodurch sich die Drehzahlen der Eingangsrampe 58 und der Ausgangsrampe 62 angleichen. Ein Versatz der Ausgangsrampe 62 in Umfangsrichtung relativ zum Eingangsteil 18 und dem Drehmomenteinleitungselement 12 kann durch die als Blattfeder ausgestaltete Rückstellfeder 64 kompensiert werden.
In dem in 1 gezeigten geschlossenen Zustand der Reibungskupplung 16 kann im Zugbetrieb ein Drehmomentfluss von dem Drehmomenteinleitungselement 12 zum Drehmomentausleitungselement 14 erfolgen. Zusätzlich ist es möglich, dass an einer radialen Außenfläche 68 des Ausgangsteils 20 ein Rotor einer elektrischen Maschine angebracht ist, so dass auch die elektrische Maschine in einem Boost-Betrieb ein Drehmoment einleiten kann.
In dem in 2 gezeigten geöffneten Zustand der Reibungskupplung 16 wird der Elektromagnet 36 bestromt und zieht den Zuganker 38 zu sich heran. Der von dem Elektromagneten 36 magnetisch angezogene Zuganker 38, der mit der Drehzahl des Ausgangsteils 20 rotiert, schlägt an einem über ein Lager 70 an dem Modulträger 28 drehbar gelagerten Kontaktblech 72 an, so dass ein direkter Kontakt des drehenden Zugankers 38 an dem feststehenden Elektromagneten 36 vermieden ist. Das Kontaktblech 72 kann mit der Drehzahl des Zugankers 38 mitdrehen. Durch den magnetisch verlagerten Zuganker 38 wird das Anpresselement 44 gegen die Federkraft der Schließfeder 52 gelüftet, so dass sich die Vorsteuerkupplung 32 öffnet. Die Eingangsrampe 58 ist dadurch nicht mehr über das Kupplungsscheibenelement 46 und die Vorsteuerkupplung 32 an dem Ausgangsteil 20 der Reibungskupplung 16 abgestützt, so dass die Rückstellfeder 64 das Rampensystem 54 zusammendrücken kann, wodurch sich die Erstreckung des Rampensystems 54 reduziert. Dadurch wird gleichzeitig die Anpressplatte 66 in eine Position axial verlagert, in der die Reibungskupplung 16 geöffnet ist und eine Drehmomentübertragung zwischen dem Drehmomenteinleitungselement 12 und dem Drehmomentausleitungselement 14 unterbrochen ist. In diesem Zustand des Kupplungssystems 10 kann die elektrische Maschine im Motorbetrieb das Kraftfahrzeug rein elektrisch antreiben oder im Generatorbetrieb elektrische Energie aus dem Antriebsstrang rekuperieren.
Wie in 3 dargestellt kann der Befestigungsfinger 42 mit genügend Spiel in Umfangsrichtung in der Durchgangsöffnung 43 der Stützscheibe 38 eingesetzt sein. Der Befestigungsfinger 42 kann eine nach radial innen geöffnete Haltenut 74 aufweisen. Wie in 4 dargestellt kann in die Haltenut 74 der Sicherungsring 40 eingesetzt sein, so dass der Zuganker 38 in axialer Richtung zwischen dem Sicherungsring 40 und der Außenseite 30 der Stützscheibe 38 verliersicher aufgenommen ist. Wenn der Elektromagnet 36 den Zuganker 38 magnetisch anzieht, kann der Zuganker 38 an dem Sicherungsring 40 anschlagen und dadurch den Befestigungsfinger 42 mitnehmen, um die Vorsteuerkupplung 32 zu öffnen.
Bezugszeichenliste

10: Kupplungssystem
12: Drehmomenteinleitungselement
14: Drehmomentausleitungselement
16: Reibungskupplung
18: Eingangsteil
20: Ausgangsteil
22: Stützscheibe
24: Rillenkugellager
26: Rohrteil
28: Modulträger
30: Außenseite
32: Vorsteuerkupplung
34: Scheibenteil
36: Elektromagnet
38: Zuganker
40: Sicherungsring
42: Befestigungsfinger
43: Durchgangsöffnung
44: Anpresselement
46: Kupplungsscheibenelement
48: Gegenelement
50: Blockierelements
52: Schließfeder
54: Rampensystem
56: Stützlager
58: Eingangsrampe
60: Kugel
62: Ausgangsrampe
64: Rückstellfeder
66: Anpressplatte
68: Außenfläche
70: Lager
72: Kontaktblech
74: Haltenut

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

WO 2011/050773 A1 [0002]

Claims

Kupplungssystem zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, mit einer Reibungskupplung (16) zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einem Drehmomenteinleitungselement (12) und einem Drehmomentausleitungselement (14), wobei die Reibungskupplung (16) ausgangsseitig oder eingangsseitig über eine radial verlaufende Stützscheibe (22) radial innen gelagert ist, wobei die Stützscheibe (22) eine von der Reibungskupplung (16) weg weisende axiale Außenseite (30) aufweist, einer Vorsteuerkupplung (32) zum Betätigen der Reibungskupplung (16) infolge einer Differenzdrehzahl zwischen zwischen dem Drehmomenteinleitungselement (12) und dem Drehmomentausleitungselement (14), einem Zuganker (38) zur Betätigung der Vorsteuerkupplung (32) durch eine axiale Verlagerung und einem feststehenden Elektromagnet (36) zum magnetischen axialen Verlagern des Zugankers (38), wobei der Zuganker (38) zwischen dem Elektromagnet (36) und der Außenseite (30) der Stützscheibe (22) angeordnet ist.
Kupplungssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein den Elektromagnet (36) haltender feststehender Modulträger (28) vorgesehen ist, wobei die Stützscheibe (22) an dem Modulträger (28) gelagert ist, wobei der Modulträger (28) ein in radialer Richtung verlaufendes Scheibenteil (34) zur Befestigung des Elektromagneten (36) und ein axial verlaufendes Rohrteil (26) zur Lagerung der Stützscheibe (22) aufweist.
Kupplungssystem nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheibe (22) eine teilringförmige Durchgangsöffnung (43) zum Hindurchführen des Befestigungsfingers (42) aufweist, wobei die Erstreckung der Durchgangsöffnung (43) in Umfangsrichtung mindestens der Summe der Erstreckung des Befestigungsfingers (42) in Umfangsrichtung und der maximalen Relativdrehung der Stützscheibe (22) zur Vorsteuerkupplung (32) beim Betätigen der Vorsteuerkupplung (32) entspricht.
Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung zwischen dem Elektromagneten (36) und dem Zuganker (22) ein gelagertes und in axialer Richtung feststehendes Kontaktblech (72) zum axialen Anschlagen an dem Zuganker (38) bei einer von dem Elektromagneten (36) auf den Zuganker (38) einwirkenden Magnetkraft vorgesehen ist.
Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass sich der Elektromagnet (36) und der Zuganker (38) in axialer Richtung betrachtet in radialer Richtung in einen Überlappungsbereich Δr überlappen, wobei für den Überlappungsbereich Δr bezogen auf einen Außenradius R der Reibungskupplung (16) 0,05 ≤ Δr/R ≤ 0,90, insbesondere 0,15 ≤ Δr/R ≤ 0,60, vorzugsweise 0,20 ≤ Δr/R ≤ 0,50 und besonders bevorzugt 0,25 ≤ Δr/R ≤ 0,40 gilt.
Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Schließfeder (52) zum automatischen Schließen der Vorsteuerkupplung (32) bei ausgeschaltetem Elektromagneten (36) vorgesehen ist, wobei die Schließfeder (52) mit einer von der Außenseite (30) der Stützscheibe (22) weg weisenden Innenseite der Stützscheibe (22) befestigt ist.
Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass ein Rampensystem (54) zum axialen Verlagern einer Anpressplatte (66) der Reibungskupplung (16) vorgesehen ist, wobei das Rampensystem (54) eine Eingangsrampe (58) und eine relativ zur Eingangsrampe (58) zur Veränderung einer axialen Erstreckung des Rampensystems (54) verdrehbare Ausgangsrampe (62) aufweist, wobei die Ausgangsrampe (62) mit dem Drehmomenteinleitungselement (12) gekoppelt ist und die Eingangsrampe (58) über die Vorsteuerkupplung (32) mit dem Drehmomentausleitungselement (14) koppelbar ist oder die Ausgangsrampe (62) mit dem Drehmomentausleitungselement (14) gekoppelt ist und die Eingangsrampe (58) über die Vorsteuerkupplung (32) mit dem Drehmomenteinleitungselement (12) koppelbar ist.
Kupplungssystem nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Rampensystem (54) zumindest zu einem Großteil radial innerhalb zur Vorsteuerkupplung (32) angeordnet ist.
Kupplungssystem nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (64) zum automatischen Öffnen der Reibungskupplung (16) vorgesehen ist, wobei die Rückstellfeder (64) an dem Rampensystem (54) angreift.
Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor einer elektrischen Maschine mit einem Ausgangsteil (20) der Reibungskupplung (16) und/oder dem Drehmomentausleitungselement (14) verbunden ist.