DE102018130334A1

DE102018130334A1 - Kupplungseinrichtung

Info

Publication number: DE102018130334A1
Application number: DE102018130334.3A
Authority: DE
Inventors: Elmar Lorenz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-03-26

Abstract

Kupplungseinrichtung, umfassend eine erste Teilkupplung (2) mit einem ersten Lamellenpaket (4) umfassend Außen- und Innenlamellen (6, 8) und eine zweite Teilkupplung (3) mit einem zweiten Lamellenpaket (10) umfassend Außen- und Innenlamellen (12, 14), wobei die Teilkupplungen (2, 3) axial beabstandet zueinander angeordnet sind, einen zwischen den Lamellenpaketen (4, 10) angeordneten Druckkolben (29) sowie eine hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtung (27) zum axialen Bewegen des Druckkolbens (29) gegen das eine oder andere Lamellenpaket (4, 10), wobei die Betätigungseinrichtung (27) an einer Seite des Druckkolbens (29) einen ersten Druckraum (32) und an der anderen Seite des Druckkolbens (29) einen zweiten Druckraum (33) aufweist, wobei jeder Druckraum (32, 33) zwischen dem Druckkolben (29) und einem axial positionsfesten Ringbauteil (22, 34) ausgebildet ist und über ein elastisches Dichtelement (35, 36), das gleichzeitig als Rückholfederelement dient, radial abgeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung, umfassend eine erste Teilkupplung mit einem ersten Lamellenpaket umfassend Außen- und Innenlamellen und eine zweite Teilkupplung mit einem zweiten Lamellenpaket umfassend Außen- und Innenlamellen, wobei die Teilkupplungen axial beabstandet zueinander angeordnet sind.
Eine solche Kupplungseinrichtung dient zur Übertragung eines eingehenden Drehmoments, das beispielsweise von einem Verbrennungsmotor oder einer Elektromaschine geliefert wird, auf ein Ausgangsglied, das üblicherweise mit einem Getriebe gekoppelt ist. Sind zwei Teilkupplungen vorgesehen, die jeweils ein separates Lamellenpaket umfassen, so werden die beiden Teilkupplungen eingangsseitig über dasselbe Eingangsglied bedient, die Lamellenpakete koppeln aber auf separater Ausgangsglieder, die wiederum mit separaten, über die Doppelkupplung schaltbare Getriebestufen gekoppelt sind. Zum Schalten der beiden Teilkupplungen dienen üblicherweise zwei separate Druckkolben, die über jeweils eine separate Betätigungseinrichtung, die auf hydraulischer oder pneumatischer Basis arbeitet, betätigt werden, um entweder das eine oder das andere Lamellenpaket zusammenzudrücken und in Reibschluss zu bringen, um ein eingeleitetes Drehmoment beispielsweise vom Außenlamellenträger zum Innenlamellenträger und von diesem zum Ausgangsglied zu übertragen. Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Kupplungseinrichtung mit zwei Teilkupplungen, also einer Doppelkupplung, ist bekannt.
Eine solche Kupplungseinrichtung mit diesen beiden Teilkupplungen kann in einem üblichen Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt werden, über den das Eingangsmoment beispielsweise an die Außenlamellenträger gegeben wird. Sie kann aber auch Teil eines Hybridmoduls oder einem solchen Hybridmodul zugeordnet sein. Ein solches Hybridmodul ermöglicht es, einen Verbrennungsmotor an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu koppeln, wobei über die Kupplungseinrichtung gleichzeitig auch eine Elektromaschine angekuppelt wird. Das Hybridmodul weist üblicherweise einen Elektromotor, eine Kupplungseinrichtung, deren Betätigungseinrichtungen, Lager- und Gehäusekomponenten auf, die die Hauptkomponenten zu einer funktionstüchtigen Einheit verbinden. Der Elektromotor ermöglicht das elektrische Fahren, einen Leistungszuwachs zum Verbrennungsmotorbetrieb und ein Rekuperieren. Über eine Trennkupplung, üblicherweise KO-Kupplung genannt, ist das An- oder Abkuppeln des Verbrennungsmotors an den Antriebsstrang möglich. Ein solches Hybridmodul kann nun, wie beschrieben, mit einer Kupplungseinrichtung mit zwei separaten Teilkupplungen, also einer oben beschriebenen Doppelkupplung derart kombiniert werden, dass sich das Hybridmodul in Drehmomentübertragungsrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe befindet, was dazu führt, dass im Fahrzeug der Verbrennungsmotor, das Hybridmodul, die Doppelkupplung mit ihren Betätigungssystemen und das Getriebe hinter- oder nebeneinander angeordnet werden. Ein derart positioniertes Hybridmodul wird üblicherweise auch als P2-Hybridmodul bezeichnet. Eine solche Anordnung führt jedoch häufig zu Bauraumproblemen.
Aus DE 10 2009 059 944 A1 ist ein Hybridmodul bekannt, welches die Trennkupplung innerhalb eines Rotors einer elektrischen Maschine aufweist. Die Teilkupplungen einer Doppelkupplungsvorrichtung sind axial versetzt neben dem Rotor der elektrischen Maschine und damit auch neben der KO-Kupplung angeordnet. Die Teilkupplungen sind radial ineinander verschachtelt, die Betätigungseinrichtungen für die einzelnen Kupplungen sind axial versetzt daneben positioniert.
Aus DE 10 2007 008 946 A1 ist eine Mehrfachkupplung für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb bekannt. In diesem Hybridantriebsmodul sind zwei Reibungskupplungen innerhalb des vom Rotor der elektrischen Maschine umschlossenen Bauraums angeordnet. Der zur Verfügung stehende Bauraum in dem Hybridmodul wird maßgeblich durch die verwendete elektrische Maschine und deren Blechpaket vorgegeben. Trotz der dadurch erreichten Kompaktheit des Hybridmoduls ist eine weitere Minimierung des vom Hybridmodul eingenommenen Bauraums angestrebt, um das Hybridmodul in bestehende Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen integrieren zu können.
Der Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, eine möglichst kompakt aufgebaute Kupplungseinrichtung, die insbesondere zu Integration in einem Hybridmodul geeignet ist, anzugeben, mit einer sicheren Funktionalität und hoher Lebensdauer.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß eine Kupplungseinrichtung vorgesehen, umfassend eine erste Teilkupplung mit einem ersten Lamellenpaket umfassend Außen- und Innenlamellen und eine zweite Teilkupplung mit einem zweiten Lamellenpaket umfassend Außen- und Innenlamellen, wobei die Teilkupplungen axial beabstandet zueinander angeordnet sind, einen zwischen den Lamellenpaketen angeordneten Druckkolben sowie eine hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtung zum axialen Bewegen des Druckkolbens gegen das eine oder andere Lamellenpaket, wobei die Betätigungseinrichtung an einer Seite des Druckkolbens einen ersten Druckraum und an der anderen Seite des Druckkolbens einen zweiten Druckraum aufweist, wobei jeder Druckraum zwischen dem Druckkolben und einem axial positionsfesten Ringbauteil ausgebildet ist und über ein elastisches Dichtelement, das gleichzeitig als Rückholfederelement dient, radial abgeschlossen ist.
Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung ist in hohem Maße kompakt aufgebaut und besteht aus einer relativ geringen Teilanzahl. Neben den beiden Lamellenpaketen und den zugeordneten Außen- und Innenlamellenträgern zeichnet sich die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung zum einer dadurch aus, dass nur ein einziger Druckkolben vorgesehen ist, über den beide Lamellenpakete wahlweise zusammengedrückt und in Reibschluss gebracht werden. Dieser Druckkolben, der als Ringkolben ausgeführt ist, ist, axial gesehen, zwischen zwei ebenfalls ringförmigen, axial voneinander beabstandeten Lamellenpaketen angeordnet, so dass eine axiale Verschiebung des Ringkolbens in die eine oder andere Richtung jeweils eines der Lamellenpakete zusammendrückt und in Reibschluss bringt. Je nachdem, welches Lamellenpaket zusammengedrückt wird, wird das eingeleitete Drehmoment auf das eine oder andere, mit dem jeweiligen Lamellenpaket gekoppelte Ausgangsglied übertragen.
Zur axialen Bewegung des gemeinsamen Druckkolbens ist eine hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtung vorgesehen. Diese umfasst zwei Druckräume, nämlich an jeder Kolbenseite jeweils einen Druckraum. Das Arbeitsmedium, üblicherweise ein Öl, das entweder in den einen oder anderen Primärdruckraum eingebracht wird, wirkt, wenn der Druck hinreichend hoch ist, auf den Druckkolben, um diese axial gegen das eine oder andere Lamellenpaket zu verschieben, wobei der Druckkolben an einer benachbarten Lamelle des jeweiligen Lamellenpakets anliegt bzw. angreift.
Die beiden Druckräume sind radial nach innen über eine Hohlwelle begrenzt. Auf dieser Hohlwelle ist der Druckkolben axial beweglich, jedoch über ein radial wirkendes Dichtelement abgedichtet geführt. Die axiale Abdichtung der beiden Druckräume erfolgt über zwei auf der Hohlwelle positionsfest angeordnete Ringbauteile, zwischen denen der Druckkolben bewegbar ist. Die radiale Abdichtung jedes Druckraums nach außen erfolgt über jeweils ein elastisches Dichtelement, wobei dieses Dichtelement gleichzeitig auch als Rückholfederelement dient, das heißt, dass ihm eine Doppelfunktion zukommt. Dieses Dichtelement ist zwischen den jeweiligen Seiten des Druckkolbens und dem jeweils benachbarten Ringbauteil angeordnet. Es ist derart ausgelegt, dass ausgehend von einer Mittelstellung bei unbelasteten Druckräumen eine Verschiebung des Druckkolbens zu einer oder anderen Seite stets eine Dehnung des jeweiligen Dichtelements, das den mit dem Arbeitsmedium druckbeaufschlagten Druckraum abgedichtet, erfolgt, so dass das Dichtelement eine Rückstellkraft aufbaut. Soll nach Zusammendrücken des Lamellenpakets dieses wieder geöffnet respektive gelüftet werden, so erfolgt ein Druckabbau. Das gespannte Dichtelement zieht sich zusammen und nimmt dabei den Druckkolben wieder mit, so dass das Lamellenpaket entlastet und gelüftet wird.
Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Zum einen ist, da es sich um eine Ein-Kolben-Kupplung handelt, eine sehr kompakte, auf wenige benötigte Bauteile reduzierte Kupplungseinrichtung respektive Betätigungseinrichtung vorgeschlagen, die jedoch, wie bisher bekannte Betätigungseinrichtungen, voll hydraulisch oder voll pneumatisch arbeitet und ein sicheres Öffnen und Schließen des jeweiligen Lamellenpakets und damit der entsprechenden Teilkupplung ermöglicht. Des Weiteren werden keine separaten Rückholfedern benötigt, da das jeweilige elastische Dichtelement eine Doppelfunktion bietet, nämlich zum einen die Druckraumabdichtung, zum anderen das Rückstellen des axial verschobenen Druckkolbens. Des Weiteren ist es ohne Weiteres möglich, diese Kupplungseinrichtung als Einschubvariante auszulegen, die es ermöglicht, eine vorgefertigte Kupplungseinrichtung, die in ihrer Funktion zuvor geprüft wurde, als fertiges Bauteil zu montieren und beispielsweise in den Rotor eines Hybridmoduls einzusetzen.
Zentrale Elemente sind, wie beschrieben, die Dichtelemente, die eine Doppelfunktion aufweisen. Bevorzugt sind diese als ringförmige, metallene Faltenbälge ausgeführt. Diese Faltenbälge können hinsichtlich der Federeigenschaften entsprechend ausgelegt werden, so dass hierüber auf einfacher Weise die bei einer Auslenkung des Druckkolbens erzeugte Rückstellkraft eingestellt werden kann.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung sind die Faltenbälge torsionssteif ausgeführt und zur Übertragung eines Drehmoments von dem auf einer Hohlwelle axial verschiebbar angeordneten Druckkolben auf die beiden drehfesten mit der Hohlwelle verbundenen Ringbauteile ausgelegt. Wie beschrieben ist der Druckkolben auf die Hohlwelle aufgeschoben und auf dieser axial beweglich geführt und lediglich über ein Dichtelement radial abgedichtet. Er greift jedoch im Betrieb am einen oder anderen Lamellenpaket an, befindet sich dort in Reibschluss und rotiert mit diesen. Um den Druckkolben zusammen mit der Hohlwelle und den daran angeordneten Ringbauteilen synchron zu rotieren, sind die Faltenbälge entsprechend torsionsstreif ausgelegt, so dass hierüber ein Drehmoment übertragen werden kann und demzufolge der Druckkolben steht über die Faltenbalg-Verbindung zu den Ringbauteilen mitgenommen wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die beide seitlichen Kolbenflächen, auf die der Druck eines in die Druckräume einbringbaren Arbeitsmediums wirkt, annähernd gleich groß sind. Die Druckräume liegen axial benachbart zueinander. Die Kolbenfläche, auf der der Druck lastet, ist in beiden Druckräumen annähernd gleich groß. Aufgrund dieser Anordnung und Auslegung der beiden Druckräume ist mit besonderem Vorteil kein integrierter Fliehölausgleich erforderlich, also ein Druckausgleich der aufgrund der Bauteilrotation auf das eingebrachte Arbeitsmedium, üblicherweise eben ein Öl, wirkenden Zentrifugalkraft. Denn durch die annähernd gleich oder gleichgroßen Kolben respektive Kolbenflächen wird auch die Fliehölkraft entsprechend durch den anderen, gerade nicht in Eingriff befindlichen Kolbenteil respektive Druckraum kompensiert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung 1 umfassend eine erste Teilkupplung 2 sowie eine zweite Teilkupplung 3. Die erste Teilkupplung 2 weist ein erstes Lamellenpaket 4 auf, bestehend aus an einem Außenlamellenträger 5 angeordneten Außenlamellen 6, im gezeigten Beispiel Reiblamellen, und aus an einem Innenlamellenträger 7 angeordneten Innenlamellen 8, hier Stahllamellen. Die Lamellen 6, 8 sind axial am jeweiligen Lamellenträger 5, 7 bewegbar, das Lamellenpaket 4 selbst kann gegen einen Widerlagerabschnitt 9 gedrückt werden, um es in Reibschluss zu bringen. Auch die zweite Teilkupplung 2 umfasst ein Lamellenpaket 10, umfassend an einem Außenlamellenträger 11 angeordnete Außenlamellen 12 in Form von Reiblamellen sowie an einem Innenlamellenträger 13 angeordnete Lamellen 14 in Form von Stahllamellen. Auch diese Lamellen 12, 14 sind axial am jeweiligen Lamellenträger 11, 13 verschiebbar und gegen einen Widerlagerabschnitt 15 zum Zusammendrücken des Lamellenpakets 10 bewegbar.
Die beiden Außenlamellenträger 5, 11 sind jeweils über ein Verbindungsbauteil 16, 17 über jeweilige Naben 18, 19 jeweils mit einem Ausgangsglied 20, 21 verbunden, wobei die Ausgangsglieder 20, 21 zu einem nachgeschalteten, mehrstufigen Getriebe führen.
Demgegenüber sind die Innenlamellenträger 7, 13 im gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig miteinander verbunden, wobei dieser Lamellenträgerverbund mit einem Ringbauteil 22 verbunden ist, das auf eine Hohlwelle 23 befestigt ist. Der erste Innenlamellenträger 7 geht, wie die Figur zeigt, in den Widerlagerabschnitt 9 über, der mit einem Rotorträger 24 verbunden ist, an dem ein Rotor 25 einer Elektromaschine 26, die Teil eines Hybridmoduls, bestehend aus der Elektromaschine 26 und der Kupplungseinrichtung 1 ist, angeordnet ist. Über diese Elektromaschine 26 kann ein Drehmoment übertragen werden, so dass die beiden Innenlamellenträger 7, 13 rotieren und demzufolge hierüber die Drehung eingeleitet wird, und das Drehmoment je nachdem, welches Lamellenpaket 4, 10 zusammengedrückt wird, über die Außenlamellenträger 5, 13 zum jeweiligen Ausgangsglied 20, 21 übertragen wird.
Um dies zu ermöglichen, ist eine hydraulische Betätigungseinrichtung 27 vorgesehen, umfassend einen axial auf der Hohlwelle beweglich geführten, über ein Dichtelement 28 radial abgedichteten Druckkolben 29, der zwischen die beiden Lamellenpakete 4, 10 greift und mit entsprechenden Betätigungsabschnitten 30 bzw. 31 an den benachbarten Lamellen angreift, um das jeweilige Lamellenpaket 4, 10 bei einer entsprechenden axialen Bewegung nach links oder rechts zusammenzudrücken.
Die Kolbenverschiebung erfolgt auf hydraulischem Wege, wozu beiderseits des Kolbens zwei Druckräume 32, 33 ausgebildet sind, die radial über die Hohlwelle 23 begrenzt sind, und axial über das Ringbauteil 22 sowie ein zweites, an der Hohlwelle 23 positionsfest angeordnetes Ringbauteil 34. Die radiale Abdichtung der Druckräume 32, 33 nach außen erfolgt über zwei Dichtelemente 35, 36, bei denen es sich um metallene Faltenbälge 37, 38 handelt. Es handelt sich also um elastische Dichtelemente 35, 36, die neben der Druckraumabdichtung auch gleichzeitig die Funktion eines Rückholfederelements bieten. Sie ermöglichen es, wenn durch Druckaufbau in dem einen oder anderen Druckraum 32, 33 der Druckkolben 29 nach links oder nach rechts verschoben wird, diese bei Druckentlastung wieder aktiv zurückzustellen und so das vormals komprimierte Lamellenpaket 4, 10 zu entlasten und zu lüften.
Ersichtlich ist die jeweilige Druckfläche 39, 40 des Druckkolbens 29 im jeweiligen Druckraum 32, 33 annähernd gleich groß, so dass sich ein integrierter Fliehölausgleich ergibt, da der rotationsbedingte Fliehöldruck in beiden Druckkammern gleich ist und demzufolge gegeneinander wirkt, sich also aufhebt.
Lediglich der guten Ordnung halber sei erwähnt, dass des Weiteren eine dritte Kupplungseinrichtung 41 vorgesehen ist, die als Trennkupplung dient, über die ein Verbrennungsmotor, der über ein Eingangsglied 42 angekuppelt werden kann, in den Antriebsstrang eingebunden werden kann. Der Verbrennungsmotor kann auf den Rotorträger 24, der mit der dritten Teilkupplung 41, üblicherweise auch K0-Kupplung genannt, gekoppelt ist, geschaltet werden, so dass er alternativ oder unterstützend zum Betrieb der Elektromaschine 26 zugeschaltet werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungseinrichtung
2: erste Teilkupplung
3: zweite Teilkupplung
4: erstes Lamellenpaket
5: Außenlamellenträger
6: Außenlamelle
7: Innenlamellenträger
8: Innenlamelle
9: Widerlagerabschnitt
10: Lamellenpaket
11: Lamellenträger
12: Außenlamelle
13: Außenlamellenträger
14: Lamelle
15: Widerlagerabschnitt
16: Verbindungsbauteil
17: Verbindungsbauteil
18: Nabe
19: Nabe
20: Ausgangsglied
21: Ausgangsglied
22: Ringbauteil
23: Hohlwelle
24: Rotorträger
25: Rotor
26: Elektromaschine
27: Betätigungseinrichtung
28: Dichtelement
29: Druckkolben
30: Betätigungsabschnitt
31: Betätigungsabschnitt
32: Druckraum
33: Druckraum
34: Ringbauteil
35: Dichtelement
36: Dichtelement
37: Faltenbalg
38: Faltenbalg
39: Druckfläche
40: Druckfläche
41: dritte Kupplungseinrichtung
42: Eingangsglied

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009059944 A1 [0004]
DE 102007008946 A1 [0005]

Claims

Kupplungseinrichtung, umfassend eine erste Teilkupplung (2) mit einem ersten Lamellenpaket (4) umfassend Außen- und Innenlamellen (6, 8) und eine zweite Teilkupplung (3) mit einem zweiten Lamellenpaket (10) umfassend Außen- und Innenlamellen (12, 14), wobei die Teilkupplungen (2, 3) axial beabstandet zueinander angeordnet sind, einen zwischen den Lamellenpaketen (4, 10) angeordneten Druckkolben (29) sowie eine hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtung (27) zum axialen Bewegen des Druckkolbens (29) gegen das eine oder andere Lamellenpaket (4, 10), wobei die Betätigungseinrichtung (27) an einer Seite des Druckkolbens (29) einen ersten Druckraum (32) und an der anderen Seite des Druckkolbens (29) einen zweiten Druckraum (33) aufweist, wobei jeder Druckraum (32, 33) zwischen dem Druckkolben (29) und einem axial positionsfesten Ringbauteil (22, 34) ausgebildet ist und über ein elastisches Dichtelement (35, 36), das gleichzeitig als Rückholfederelement dient, radial abgeschlossen ist.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (35, 36) als metallene Faltenbälge (37, 38) ausgeführt sind.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faltenbälge (37, 38) torsionssteif sind und zur Übertragung eines Drehmoments von den beiden drehfest mit einer Hohlwelle (23) verbundenen Ringbauteile (22, 34) auf den auf der Hohlwelle (23) axial verschiebbar angeordneten Druckkolben (29) ausgelegt sind.
Kupplungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden seitlichen Kolbenflächen (39, 40), auf die der Druck eines in die Druckräume (32, 33) einbringbaren Arbeitsmediums wirkt, annähernd gleich groß sind.