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Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Lamellenkupplung und einem Rotorträger, der ausgelegt ist, um einen Rotor einer Elektromaschine zu befestigen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Lamellenkupplungen bekannt. Zum Beispiel offenbart die
DE 10 2015 213 951 A1 ein Lamellenpaket für eine Mehrscheibenkupplung, insbesondere nasse Lamellenkupplung, mit einer von einem Betätigungselement axial verlagerbaren Anpressplatte zum Verpressen einer mehrere Reibscheiben aufweisenden Kupplungsscheibe zwischen der Anpressplatte und einer Gegenplatte, einer, insbesondere als scheibenförmige Lamelle ausgestalteten, Zwischenplatte zum Verpressen einer Reibscheibe der Kupplungsscheibe an einer zur Anpressplatte weisenden ersten Axialseite und zum Verpressen einer Reibscheibe der Kupplungsscheibe an einer von der Anpressplatte weg weisenden zweiten Axialseite und einem mit der Anpressplatte und der Zwischenplatte verbundenen Federelement zur automatischen Positionierung der Zwischenplatte auf einen definierten axialen Abstand relativ zur Anpressplatte.
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Aus dem Stand der Technik sind auch bereits Doppelkupplungen mit integrierter aktiver Luftkühlung bekannt. Unter anderem offenbart die
DE 10 2010 007 198 A1 ein Doppelkupplungsgetriebe für ein Fahrzeug mit zwei Teilgetrieben und einer mit Eingangswellen dieser Teilgetrieben verbundenen Doppelkupplung mit zwei trockenen Teilkupplungen, und mit zumindest einer Luftfördereinrichtung, die mit der Kupplungsscheibe einer der Kupplungen verbunden oder an dieser ausgeformt ist.
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Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass bisherige Luftkühlungssysteme sich nicht in Lamellenkupplungen anwenden lassen wegen des eingeschränkten Bauraums und der Ausbildung der einzelnen Komponenten. Da aber gerade zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen durch die reibschlüssige Drehmomentübertragung eine große Wärmeentwicklung stattfindet, ist es hier besonders erforderlich, eine zusätzliche Luftkühlung einzusetzen.
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Aus der
US 1 635 353 A ist eine Lamellenkupplung bekannt, die einen angetriebenen Außenlamellenträger, der ausgelegt ist, mehrere Außenlamellen drehfest aufzunehmen, und einen abgetriebenen Innenlamellenträger, der ausgelegt ist, mehrere Innenlamellen drehfest aufzunehmen, und mit einer Getriebeeingangswelle verbindbar ist, und einen Lüfter aufweist, der so eingesetzt ist, dass beim Rotieren des Innenlamellen-trägers oder des Außenlamellenträgers eine Luftzirkulation entlang der Innenlamellen oder der Außenlamellen erzwungen ist.
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Aus jeder der
DE 10 2014 204 841 A1 und der
US 2014/0284164 A1 ist ein Hybridmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll ein Hybridmodul mit einer Lamellenkupplung entwickelt werden, die eine Abkühlung der heißen Stahllamellen, bei denen insbesondere durch die Kapselung der Kupplung die erzeugte Wärme nicht abtransportiert werden kann, gewährleistet. Es ist auch die Aufgabe der Erfindung, die thermische Robustheit der Kupplung zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird’s mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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In einer Lamellenkupplung ist ein Lüfter so eingesetzt, dass beim Rotieren des Innenlamellenträgers oder des Außenlamellenträgers eine Luftzirkulation entlang der Innenlamellen oder Außenlamellen erzwungen ist.
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Dies hat den Vorteil, dass innerhalb der Kupplung eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Luft und damit ein verbessertes Abkühlverhalten der Lamellen erzielt werden. So kann die Lamellenkupplung auch bei hohen Belastungen, also Energieeinträgen, und kurzen Kühlzeiten einsatzfähig bleiben und nicht überhitzt werden. Insbesondere bei trockenlaufenden Mehrscheibenkupplungen/Lamellenkupplungen ist dies besonders von Bedeutung.
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Es ist zweckmäßig, wenn der Lüfter drehfest mit dem Innenlamellenträger oder dem Außenlamellenträger verbunden ist. Insbesondere, wenn der Lüfter mit dem Innenlamellenträger verbunden ist, wird die Kupplung gekühlt, wenn sich die Getriebeeingangswelle und damit auch der Innenlamellenträger rotatorisch bewegt. Wenn der Lüfter an dem Außenlamellenträger angebracht ist, wird die Kühlung immer dann erzielt, wenn eine mit dem Lamellenträger verbundene Verbrennungskraftmaschine rotiert und eine Trennkupplung K0 zwischen der Verbrennungskraftmaschine und einer E-Maschine geschlossen ist; oder aber, wenn die Trennkupplung K0 geöffnet ist und die E-Maschine sich rotatorisch bewegt. Auch erzeugt der Lüfter, der an dem Außenlamellenträger befestigt ist, eine Kühlung, wenn mit geschlossener Lamellenkupplung rekuperiert wird.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn der Lüfter mehrere Flügel/Flügelzellen besitzt. Diese Flügel versetzen vorteilhafterweise die Luft in Bewegung, so dass es zu einer Luftzirkulation kommt, die die Wärme innerhalb der Kupplung abführt oder zumindest von den heißen Lamellen wegführt.
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Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Flügel über den Umfang verteilt sind, insbesondere gleichverteilt sind. Dadurch wird ein geeignetes Verhältnis zwischen erzeugter Luftzirkulation und zusätzlichem Reibwiderstand erzielt.
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Es ist von Vorteil, wenn Belüfter zwischen vier und 16 Flügel/Flügelzellen besitzen. So wird die Kraft, die durch den erhöhten Luftwiderstand entsteht, gleichmäßig auf die vielen Flügel verteilt und trotzdem eine erhöhte Luftströmungsgeschwindigkeit erwirkt.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Flügel in Radialrichtung ausgerichtet angeordnet sind. Dadurch wird vorteilhafterweise gewährleistet, dass bei einer Rotation eine große Luftmenge in Bewegung versetzt wird.
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Zusätzlich ist es zweckmäßig, wenn die Flügel um die Axialrichtung gebogen ausgebildet sind. Das heißt, dass die Flügel in einem Längsschnitt die Form eines Cs oder Us bzw. eine halbmondförmige Form aufweisen. Dies wirkt sich günstig auf die Strömungsbeeinflussung aus.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Flügel um die Radialrichtung gebogen ausgebildet sind. Das heißt, dass die Flügel in einem Querschnitt etwa halbmondförmig, C-förmig oder U-förmig ausgebildet sind.
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In einem in Axialrichtung ausgerichteten Abschnitt ist ein erster Durchströmabschnitt in dem Lamellenträger und in einem in Radialrichtung ausgerichteten Abschnitt ist ein zweiter Durchströmabschnitt in dem Lamellenträger ausgebildet. Da die Kupplung gekapselt ist, wird so ermöglicht, dass ein Luftstrom von außen in die Kupplung hineinströmen kann und dann zwischen den Lamellen hindurch strömen kann, bevor er wieder aus der Kupplung herausgeführt wird. Es werden also eine Luftzirkulation und ein Austausch von Luft außerhalb der Kupplung und innerhalb der Kupplung ermöglicht bzw. begünstigt.
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Ein Hybridmodul wird für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt, wobei das Hybridmodul eine Lamellenkupplung und einen Rotorträger, der ausgelegt ist, um einen Rotor einer Elektromaschine zu befestigen, aufweist.
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Insbesondere ist es dabei vor Vorteil, wenn der Lüfter an dem Innenlamellenträger, den Außenlamellen und/oder dem Rotorträger befestigt ist. Da diese Bauteile drehmomentübertragend sind, rotieren sie also bei einer geschlossenen Kupplung und erwirken dadurch eine Zirkulation der Luft innerhalb der Kupplung.
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So ist bevorzugt, wenn der Lüfter an dem Innendurchmesser der Außenlamellen befestigt ist. So wird besonders gut beeinflusst, dass die Luft auch zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen hindurchströmt.
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Außerdem kann der Lüfter an dem Boden, d. h. einer den Innenlamellen und den Außenlamellen zugewandten Seite, des Rotorträgers befestigt sein. So kann der Luftstrom zu beiden Seiten der Lamellen entlanggeleitet werden und von dem Inneren der Kupplung nach außen gefördert werden.
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Zusätzlich ist es bevorzugt, wenn der Lüfter an einem in Axialrichtung ausgerichteten Abschnitt auf einer dem Rotor zugewandten Seite des Innenlamellenträgers befestigt ist. So befindet sich der Lüfter innerhalb der Kupplung und kann so dort die Bewegung der Luft erhöhen.
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Zusätzlich ist es zweckmäßig, wenn der Lüfter so ausgebildet ist, dass ein Luftstrom durch den ersten Durchströmabschnitt, den zweiten Durchströmabschnitt und zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen hindurch oder zwischen den Außenlamellen und dem Innenlamellenträger hindurch oder entlang des Außenlamellenträgers und zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen hindurch geleitet wird. So kann eine entstehende Wärme der Lamellenkupplung auf verschiedenen Wegen aus der Kupplung heraustransportiert werden.
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Ein günstiges Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein Umlenkblech so angeordnet ist, dass der Luftstrom insbesondere die Innenlamellen und/oder die Außenlamellen umströmend geleitet wird. So kann die Luft also nicht nur einfach in Bewegung versetzt werden, sondern zusätzlich geeignet in ihrer Umströmrichtung gelenkt werden.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn das Umlenkblech an dem Rotorträger befestigt ist. Hier lässt sich das Umlenkblech besonders gut befestigen und ist geeignet, um den Luftstrom umzulenken.
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Es ist auch von Vorteil, wenn mehrere Lüftungseinrichtungen verwendet werden. Das heißt, dass sowohl nur ein Lüfter an dem Innenlamellenträger, an den Außenlamellen oder dem Rotorträger, wahlweise mit einem Umlenkblech oder ohne ein Umlenkblech, vorhanden sein kann, aber es genauso gut möglich ist, dass mehrere dieser Lüfter-Positionen miteinander kombiniert werden, so dass zum Beispiel ein erster Lüfter an dem Innenlamellenträger vorhanden ist und gleichzeitig ein zweiter Lüfter an den Außenlamellen angebracht. Dabei sind jegliche Kombinationen von einer oder mehreren Belüftungseinrichtungen denkbar.
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Mit anderen Worten ist eine trockenlaufende Mehrscheibenkupplung/Lamellenkupplung für den Einsatz in Hybridmodulen vorgesehen. Es wird ermöglicht, dass innerhalb der Kupplung eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Luft und damit ein verbessertes Kühlverhalten erzeugt werden. So kann bei hohen Belastungen (Energieeinträgen) und kürzeren Kühlzeiten eine einsatzfähige Kupplung garantiert werden, die nicht überhitzt. Dadurch wird vorteilhafterweise die thermische Robustheit der Kupplung erhöht.
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Es werden also eine oder mehrere Belüftungseinheiten/Lüfter/Flügel in der trockenlaufenden Lamellenkupplung integriert, wodurch das Abkühlvermögen der Kupplung, insbesondere an den Lamellen, verbessert wird. Dieser Lüfter/Belüftungseinheit kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden.
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Zum Beispiel kann die Belüftungseinheit (die Flügelzellen) in den Innenlamellenträger integriert werden. Dabei wird die Luft bei einem reinen Axiallüfter beschleunigt und durch Öffnungen in dem Innenlamellenträger an den heißen Stahllamellen entlangströmend geleitet. Wenn eine Axiallüftung mit einer Radiallüftung kombiniert wird, kann zusätzlich Luft von außerhalb der Kupplung angesaugt werden. Dies funktioniert jedoch nur, wenn sich die Getriebeeingangswelle, also auch der Innenlamellenträger, dreht.
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Eine weitere Möglichkeit zur Belüftung der Lamellenkupplung sieht eine Belüftungseinheit an den Stahllamellen/Außenlamellen der Lamellenkupplung vor. Dabei wird die Luft durch die Flügelzellen umgewälzt und optimaler Weise an den heißen Stahllamellen entlang geleitet, um die dort angesammelte Wärme abzuführen. Dies funktioniert jedoch nur immer dann, wenn eine Verbrennungskraftmaschine in Betrieb ist und die Trennkupplung K0, also die Kupplung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Getriebeeingangswelle, geschlossen ist, bzw. wenn die Trennkupplung K0 geöffnet ist und eine E-Maschine in Betrieb ist, oder wenn mit geschlossener Lamellenkupplung rekuperiert wird.
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Eine weitere Variante sieht vor, dass die Belüftung an dem Rotorträger, insbesondere an dem Boden des Rotorträgers, angebracht wird. Dabei ist der Boden des Rotorträgers die Seite des Rotorträgers, die eine axiale Abstützung für den Drucktopf bietet und den Lamellen zugewandt ist. Bei dieser Ausführung wird es ermöglicht, dass die erwärmte Luft in der Lamellenkupplung umgewälzt wird und aus der Kupplung herausbefördert wird. Auch diese Variante funktioniert immer nur dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine läuft und die Trennkupplung K0 geschlossen ist, oder, wenn die Trennkupplung K0 geöffnet ist, mit der E-Maschine gefahren wird, oder, wenn mit geschlossener Lamellenkupplung rekuperiert wird.
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Eine weitere Alternative ist es, zusätzlich zu einer Belüftungseinheit an dem Boden des Rotorträgers ein Umlenkblech zur Umlenkung der Luft anzubringen. Dabei wird das Umlenkblech insbesondere radial zwischen dem Außenlamellenträger und dem Rotorträger befestigt. Dieses Umlenkblech ist so geformt, dass die von dem Lüfter umgewälzte Luft zwischen den Lamellen hindurch befördert wird und anschließend aus der Kupplung herausgeführt wird.
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Auch ist es möglich, mehrere dieser Varianten miteinander zu kombinieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Doppelkupplung mit einem Lüfter in einem ersten Ausführungsbeispiel, der an einem Innenlamellenträger befestigt ist,
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2 eine Querschnittsansicht des Lüfters in dem ersten Ausführungsbeispiel,
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3 eine schematische Ansicht der Lamellenkupplung mit dem Lüfter in einem zweiten Ausführungsbeispiel, der an Außenlamellen befestigt ist,
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4 eine Querschnittsansicht einer Außenlamelle mit dem Lüfter in dem zweiten Ausführungsbeispiel,
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5 eine Längsschnittansicht der Außenlamelle mit dem Lüfter in dem zweiten Ausführungsbeispiel,
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6 eine schematische Ansicht der Kupplung mit dem Lüfter in einem dritten Ausführungsbeispiel, der an einem Rotorträger befestigt ist, und
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7 eine schematische Ansicht der Lamellenkupplung mit dem Lüfter in dem dritten Ausführungsbeispiel und einem Luft-Umlenkblech.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Dieselben Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt eine Lamellenkupplung 1 für ein Hybridmodul 2 für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Lamellenkupplung 1 besitzt einen Außenlamellenträger 3, der mehrere Außenlamellen 4 drehfest aufnimmt. Weiterhin weist die Lamellenkupplung 1 einen Innenlamellenträger 5 auf, der mehrere Innenlamellen 6 drehfest aufnimmt. Der Innenlamellenträger 5 ist mit einer Getriebeeingangswelle 7 über eine Welle-Nabe-Verbindung 8 verbunden.
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Der Außenlamellenträger 3 ist mit einem Rotorträger 9 verbunden, wobei der Rotorträger 9 ausgelegt ist, um einen (nicht dargestellten) Rotor einer Elektromaschine zu halten. Zum Schließen der Lamellenkupplung 1 werden die Innenlamellen 6 und die Außenlamellen 4 axial verschoben, so dass ein Drehmoment von dem Außenlamellenträger 3 an den Innenlamellenträger 5 übertragen werden kann. Der Rotorträger 9 wird über ein Lager 10 drehbar auf der Getriebeeingangswelle 7 gelagert.
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In der Lamellenkupplung 1 ist ein Lüfter/eine Belüftungseinheit 11 vorhanden, die die Luft innerhalb der Lamellenkupplung 1 umwälzt und zirkulieren lässt. Der Lüfter 11 in 1 ist an dem Innenlamellenträger 5 befestigt. Der Lüfter 11 besitzt mehrere Flügel/Flügelzellen 12, die gleich verteilt über den Umfang verteilt und in Radialrichtung ausgerichtet sind. In einem axialen Abschnitt des Innenlamellenträgers 5 ist ein erster Durchströmabschnitt 13 angeordnet, und in einem radialen Abschnitt des Innenlamellenträgers 5 ist ein zweiter Durchströmabschnitt 14 angeordnet. So kann die Luft von außen in die Lamellenkupplung 1 hineingesaugt werden und in Radialrichtung nach außen durch die zweite Durchströmöffnung/den zweiten Durchströmabschnitt 14 zwischen den Außenlamellen 4 und den Innenlamellen 6 hindurchgeleitet werden.
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An dem Rotorträger 9 ist zusätzlich eine Feder 15, die mit einer Außenlamelle 4 verbunden ist, vorhanden. Durch den Lüfter 11 in dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Luft also durch den ersten Durchströmabschnitt 13, dann durch den zweiten Durchströmabschnitt 14, dann zwischen den Außenlamellen 4 und den Innenlamellen 6 und dann entlang des Außenlamellenträgers 3 wieder hinaus aus der Lamellenkupplung 1 geleitet.
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In 2 ist zu erkennen, dass mehrere erste Durchströmabschnitte 13 über den Umfang verteilt auf einem gedachten Teilkreis angeordnet sind. Auch ist zwischen den ersten Durchströmabschnitten 13 jeweils eine Flügelzelle/ein Flügel 12 des Lüfters 11 angeordnet.
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2 zeigt die Lamellenkupplung 1 mit dem Lüfter 11, der an einem Innendurchmesser 16 der Außenlamellen 4 angebracht ist. In 3 sind nur die mittleren Außenlamellen 4 mit einer Belüftungseinheit/einem Lüfter 11 ausgestattet. Der Innenlamellenträger 5 weist auch in dem zweiten Ausführungsbeispiel den ersten Durchströmabschnitt 13 und den zweiten Durchströmabschnitt 14 in dem Lamellenträger 5 auf. Auch hier wird der Luftstrom von außen in die Lamellenkupplung 1 eingesaugt und dann zwischen den Innenlamellen 6 und den Außenlamellen 4 hindurch entlang des Außenlamellenträgers 3 aus der Kupplung 1 herausgeleitet. In 4 ist zu erkennen, dass der Lüfter 11 an der Außenlamelle 4 mehrere Flügel 12 besitzt. Über den Umfang verteilt sind insgesamt zwölf Flügel 12 angeordnet. Die Flügel 12 sind, wie auch in 2, gebogen ausgeformt, so dass sie sowohl in Axialrichtung gebogen sind als auch in Radialrichtung.
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5 zeigt die Außenlamelle 4 mit dem Lüfter 11, der mehrere Flügel 12 besitzt. In dieser 5 ist zu erkennen, dass die einzelnen Flügel 12 schräg zu der Radialachse angeordnet sind und etwa in einem Winkel von 45 Grad abstehen.
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6 zeigt die Lamellenkupplung 1 mit dem Lüfter 11, der an dem Rotorträger 9 befestigt ist. Insbesondere ist der Lüfter 11 an einem Boden 17, an dem sich auch ein Drucktopf 18 zur Betätigung der Kupplung abstützt, also einer den Innenlamellen 6 und den Außenlamellen 4 zugewandten Seite des Rotorträgers 9, angeordnet. In dieser Ausführung sind in dem Innenlamellenträger 5 keine Durchströmabschnitte 13, ausgebildet, da die Luft von dem Lüfter 11 an dem Boden 17 des Rotorträgers 9 ausgehend zu beiden radialen Seiten des Außenlamellenträgers 3 und des Innenlamellenträgers 5 geströmt wird.
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7 zeigt eine Ausführung für den Lüfter 11 in der Lamellenkupplung 1, bei der zusätzlich zu dem Lüfter 11, der an dem Boden 17 des Rotorträgers 9 befestigt ist, ein Umlenkblech/Luft-Umlenkblech 19 vorhanden ist. Das Umlenkblech 19 ist zwischen dem Rotorträger 9 und dem Außenlamellenträger 3 so radial dazwischen angeordnet, dass der Luftstrom, der von dem Lüfter 11 erzeugt wird, von radial außen des Außenlamellenträgers zwischen den Innenlamellen 6 und den Außenlamellen 4 hindurchgeleitet wird. Dazu ist das Umlenkblech 19 an dem Rotorträger 9 befestigt und weist mehrere Aussparungen 20 und mehrere in Radialrichtung zeigende Blechabschnitte 21 auf. Das Umlenkblech 19 besteht also aus einem sich in Axialrichtung erstreckenden Haupt-Blechabschnitt 22, von dem drei in Radialrichtung zeigende Blechabschnitte 21 abzweigen. Dabei sind die Aussparungen 20 in dem in Axialrichtung ausgerichteten Haupt-Blechabschnitt 22 angeordnet und axial jeweils auf der Höhe der Innenlamellen 6. Durch dieses Umlenkblech 19 wird also ein Strömungskanal 23 gebildet, durch den die Luft von radial außen des Umlenkblechs 19 durch die Aussparungen 20 zwischen den Außenlamellen 4 und den Innenlamellen 6 hindurch nach innen geleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lamellenkupplung
- 2
- Hybridmodul
- 3
- Außenlamellenträger
- 4
- Außenlamelle
- 5
- Innenlamellenträger
- 6
- Innenlamelle
- 7
- Getriebeeingangswelle
- 8
- Welle-Nabe-Verbindung
- 9
- Rotorträger
- 10
- Lager
- 11
- Lüfter/Belüftungseinheit
- 12
- Flügel/Flügelzellen
- 13
- erster Durchströmabschnitt
- 14
- zweiter Durchströmabschnitt
- 15
- Feder
- 16
- Innendurchmesser
- 17
- Boden
- 18
- Drucktopf
- 19
- Umlenkblech/Luft-Umlenkblech
- 20
- Aussparungen
- 21
- Blechabschnitt
- 22
- Haupt-Blechabschnitt
- 23
- Strömungskanal
