DE102018219317A1

DE102018219317A1 - Kupplungsanordnung

Info

Publication number: DE102018219317A1
Application number: DE102018219317.7A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Grosspietsch; Arthur Schröder; Christian Schneider; Michael Kneuer; Angelilka Ebert
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2020-05-14

Abstract

Eine Kupplungsanordnung (1) ist mit einer Elektromaschine (47) und mit einer Kupplungseinrichtung (28; 28a) versehen, wobei die Elektromaschine (47) einen mit einer ersten Kupplungseinheit (90; 90a) der Kupplungseinrichtung (28; 28a) verbundenen Rotor (46) aufweist, und die Kupplungseinrichtung (28; 28a) über eine zweite Kupplungseinheit (91; 91a) verfügt sowie über eine Koppelanordnung (35; 35a), die zur Herstellung oder zur Aufhebung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten (90, 91; 90a; 91a) dient. Die erste Kupplungseinheit (90, 91; 90a; 91a) steht mit einer Abtriebseinrichtung (33) eines Getriebes (3) in Wirkverbindung, und die zweite Kupplungseinheit (91; 91a) mit einer Antriebsmaschine (12). In einem ersten Betriebszustand ist die Kupplungseinrichtung (28; 28a) zur Trennung der Antriebsmaschine (12) vom Rotor (46) der Elektromaschine (47) durch Aufhebung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten (90, 91; 90a; 91a) bestimmt, und in einem zweiten Betriebszustand zur Herstellung einer Wirkverbindung zwischen der Antriebsmaschine (12) und dem Rotor (46) der Elektromaschine (47) durch Herstellung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten (90, 91; 90a; 91a).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung mit einer Kupplungseinrichtung, wirksam zwischen einem Rotor einer Elektromaschine und einer Abtriebseinrichtung eines Getriebes und versehen mit einem mit dem Rotor in Wirkverbindung stehenden ersten Kupplungselemententräger, der wenigstens ein erstes Kupplungselement drehfest aufnimmt, und mit einem zweiten Kupplungselemententräger, der wenigstens ein zweites Kupplungselement drehfest aufnimmt, und mit einer Koppelanordnung zur Herstellung oder zur Aufhebung einer Wirkverbindung zwischen dem ersten Kupplungselemententräger und dem zweiten Kupplungselemententräger.
Eine derartige Kupplungsanordnung ist durch die EP 2 101 396 A1 bekannt. Der Rotor ist radial innerhalb eines wicklungstragenden Stators vorgesehen, und mittels eines Rotorträgers um eine Rotorwelle drehbar. Während der Rotorträger an seiner radialen Außenseite den Rotor aufnimmt, dient er an seiner radialen Innenseite durch drehfeste Aufnahme von ersten Kupplungselementen als erster Kupplungselemententräger einer ersten Kupplungseinheit. Radial innerhalb der ersten Kupplungselemente sind die zweiten Kupplungselemente vorgesehen, die an einem zweiten Kupplungselemententräger einer zweiten Kupplungseinheit drehfest aufgenommen sind. Der zweite Kupplungselemententräger ist fest mit einer Welle 38 verbunden, die als Abtriebseinrichtung wirksam ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsanordnung derart auszubilden, dass diese nicht nur den Rotor einer Elektromaschine mit einer Abtriebseinrichtung verbinden kann, sondern in vorteilhafter Weise auch eine Welle einer weiteren Antriebsmaschine, wie beispielsweise die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, eine Kupplungsanordnung mit einer Elektromaschine und mit einer Kupplungseinrichtung zu versehen, wobei die Elektromaschine einen mit einer ersten Kupplungseinheit der Kupplungseinrichtung verbundenen Rotor aufweist, und die Kupplungseinrichtung über eine der ersten Kupplungseinheit zugeordnete zweite Kupplungseinheit sowie über eine Koppelanordnung zur Herstellung oder zur Aufhebung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten verfügt, und wobei eine der Kupplungseinheiten mit einer Abtriebseinrichtung eines Getriebes in Wirkverbindung steht.
Von besonderer Bedeutung ist, dass die erste Kupplungseinheit mit der Abtriebseinrichtung des Getriebes in Wirkverbindung steht, und die zweite Kupplungseinheit mit einer weiteren Antriebsmaschine, wobei die Kupplungseinrichtung in einem ersten Betriebszustand zur Trennung der weiteren Antriebsmaschine vom Rotor der Elektromaschine durch Aufhebung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten bestimmt ist, und in einem zweiten Betriebszustand zur Herstellung einer Wirkverbindung zwischen der weiteren Antriebsmaschine und dem Rotor der Elektromaschine durch Herstellung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten.
Wesentlich bei der Kupplungsanordnung ist demnach, dass die Elektromaschine immer mit der Abtriebseinrichtung des Getriebes in Wirkverbindung, vorzugsweise sogar in drehfester Verbindung, steht, die weitere Antriebsmaschine, wie beispielsweise eine Brennkraftmaschine, dagegen nur im zweiten Betriebszustand, also dann, wenn durch die Koppelanordnung eine Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten hergestellt wird, oder ist. Die Elektromaschine ist also dazu befähigt, ein Kraftfahrzeug alleine oder in Kombination mit der Brennkraftmaschine anzutreiben. Wirkt die Elektromaschine alleine, dann liegt der erste Betriebszustand vor, und eine Verbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten der Kupplungseinrichtung ist weitgehend oder gar vollständig aufgehoben. Interne Widerstände der weiteren Antriebsmaschine können hierbei der Elektromaschine nicht entgegenwirken, da diese weitere Antriebsmaschine bei diesem Betriebszustand von der Elektromaschine ebenso wie von der Abtriebseinrichtung des Getriebes abgekoppelt ist. Besteht dagegen im zweiten Betriebszustand eine Wirkverbindung zwischen der weiteren Antriebsmaschine und dem Rotor der Elektromaschine, dann kann die Elektromaschine zur Unterstützung der Wirkung der anderen Antriebsmaschine herangezogen werden.
Mit Vorzug weist die erste Kupplungseinheit der Kupplungseinrichtung einen ersten Kupplungselemententräger auf, der wenigstens ein erstes Kupplungselement drehfest aufnimmt, und die zweite Kupplungseinheit der Kupplungseinrichtung einen zweiten Kupplungselemententräger, der wenigstens ein zweites Kupplungselement drehfest aufnimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Kupplungseinrichtung ist einem der beiden Kupplungselemententräger ein den anderen Kupplungselemententräger umschließendes Gehäuse zugeordnet, über welches der erste Kupplungselemententräger mit der Abtriebseinrichtung des Getriebes in Wirkverbindung steht, während für den zweiten Kupplungselemententräger in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand der Koppelanordnung eine Wirkverbindung mit der weiteren Antriebsmaschine herstellbar oder aufhebbar ist. Es wird also mittels des Gehäuses die bereits erwähnte Wirkverbindung zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Abtriebseinrichtung des Getriebes hergestellt, und gleichzeitig wirkt das Gehäuse als eine der beiden Kupplungseinheiten, während der zur weiteren Antriebsmaschine führende zweite Kupplungselemententräger eine Trennung der Elektromaschine von dieser weiteren Antriebsmaschine ermöglicht.
Die erste Kupplungseinheit ist ebenso wie die zweite Kupplungseinheit in einem Kupplungsgehäuse angeordnet, das an eine Kühlmittelversorgung angeschlossen ist, wobei ein dem Kupplungsgehäuse zugeleiteter Volumenstrom in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand bemessen ist, und wobei das Kupplungsgehäuse über eine Kühlmittelentlastungseinrichtung verfügt, über welche zumindest bei einem vorbestimmten Betriebszustand ein Austritt von Kühlmittel zur Reduzierung der im Kupplungsgehäuse enthaltenen Kühlmittelmenge zugelassen ist.
Da das Kupplungsgehäuse als ein den anderen Kupplungselemententräger umschließender Kupplungselemententräger wirksam ist, befinden sich die Kupplungselemente beider Kupplungselemententräger innerhalb des Kupplungsgehäuses, und sind, da dieses Kupplungsgehäuse an eine Kühlmittelversorgung angeschlossen ist, dem Volumenstrom dieses Kühlmittels ausgesetzt. Die Kupplungselemente erfahren somit eine vorzügliche Kühlung.
Durch Bemessung des dem Kupplungsgehäuse zugeleiteten Volumenstromes in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand kann die Versorgung der Kupplungselemente mit Kühlmittel bedarfsgerecht erfolgen. So wird beispielsweise dann, wenn das Kupplungsgehäuse zumindest teilentleert ist, für die gewünschte Funktion aber eine zumindest weitgehende Befüllung des Kupplungsgehäuses benötigt würde, der Volumenstrom maximiert, um das Kupplungsgehäuse schnellstmöglich zu befüllen. Eine derartige Situation liegt beispielsweise beim Anfahren vor, wenn die Kupplungselemente aufgrund vorliegender Druckbedingungen mit Schlupf betrieben werden. Mit der schnellstmöglichen Befüllung des Gehäuses wird die Kühlung der Kupplungselemente verstärkt.
Ist das Kupplungsgehäuse dagegen mit Kühlmittel zumindest weitgehend befüllt, und es wird eine Funktion gewünscht, für die eine starke Befüllung des Kupplungsgehäuses nachteilig ist, dann ist es von Vorteil, dass das Kupplungsgehäuse über eine Kühlmittelentlastungseinrichtung verfügt. Eine derartige Funktion kann beispielsweise vorliegen, wenn die Koppelanordnung für eine Aufhebung der Wirkverbindung zwischen den Kupplungselementen sorgen soll, und hierzu keine Beaufschlagung der Koppelanordnung in Richtung zu den Kupplungselementen erfolgen soll. Ist die Wirkverbindung zwischen den Kupplungselementen zumindest weitgehend aufgehoben, dann wird kaum noch Reibung zwischen den Kupplungselementen erfolgen, so dass die Wärmeentwicklung im Bereich der Kupplungselemente begrenzt ist. Stattdessen kann im Kupplungsgehäuse vorhandenes Kühlmittel zu unerwünschten Schlupfverlusten im Bereich der Kupplungselemente führen. Bei der Einleitung einer solchen Funktion ist die Kühlmittelentlastungseinrichtung sinnvoll, da sie eine schnelle Entleerung des Kupplungsgehäuses vom Kühlmittel ermöglicht. Hierfür kann die Kühlmittelentlastungseinrichtung entweder einen Verschluss für zumindest einen Kühlmittelaustritt aufweisen, der den Kühlmittelaustritt während einer solchen Funktion freigibt, oder aber die Kühlmittelentlastungseinrichtung verfügt über zumindest einen Kühlmittelaustritt, den lediglich ein Volumenstrom verlassen kann, der in Bezug auf den dem Kupplungsgehäuse zugeleiteten Volumenstrom um ein mehrfaches geringer ist. Im erstgenannten Fall kann der Verschluss während eines folgenden Wiederauffüllen des Kupplungsgehäuses den Kühlmittelaustritt wieder schließen, während im letztgenannten Fall ein ständiger Verlust von Kühlmittel über den Kühlmittelraustritt wegen dessen geringem Volumenstroms auch in Phasen des Wiederauffüllens tolerabel erscheint. Der vorgehend genannte Verschluss kann vorzugsweise durch ein Schaltventil gebildet sein. In beiden Fällen befindet sich der jeweilige Kühlmittelaustritt mit Vorzug radial außerhalb der Kupplungselemente, so dass dann, wenn das Kupplungsgehäuse zumindest weitgehend entleert ist, das verbliebene Kühlmittel sich radial außerhalb der Kupplungselemente ringförmig ansammelt, und somit die Kupplungselemente nicht benetzt. Dadurch sind Schleppverluste auch dann wirksam verhindert, wenn das Kupplungsgehäuse nicht restlos entleer ist.
Von besonderem Vorteil kann es sein, wenn der Übergang vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand, also die Herstellung einer Wirkverbindung zwischen der Elektromaschine und der weiteren Maschine, impulsartig erfolgt. Vorzugsweise wird hierfür der Rotor der Elektromaschine zur Einleitung des zweiten Betriebszustandes einer Drehzahlerhöhung unterworfen, bevor die weitere Antriebsmaschine mittels der impulsartigen Wirkverbindung eine Ankoppelung an den Rotor der Elektromaschine erfährt. Ziel diese Maßnahme ist, die weitere Antriebsmaschine nach einem Stillstand, der zur Verbrauchseinsparung sinnvoll sein kann, bei der Ankoppelung an die Elektromaschine sehr schnell auf das benötigte Drehzahlniveau zu ziehen, um auf diese Weise schnell und sicher zu starten.
Der impulsartige Start der weiteren Antriebsmaschine kann, ebenso wie die Drehzahlerhöhung am Rotor der Elektromaschine, sowohl bei einer Kupplungseinrichtung erfolgen, die über ein Kupplungsgehäuse verfügt, welches an eine Kühlmittelversorgung angeschlossen ist, und dem ein Volumenstrom in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand zugeleitet wird, oder aber bei einer konventionellen Kupplungseinrichtung, deren beide Kupplungseinheiten beispielsweise trocken arbeiten. Im erstgenannten Fall bildet das Kupplungsgehäuse allerdings eine Wirkverbindung, vorzugsweise sogar eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Abtriebseinrichtung des Getriebes, während im letztgenannten Fall die Kupplungseinrichtung unmittelbar zwischen der weiteren Antriebsmaschine und der Abtriebseinrichtung des Getriebes vorgesehen ist. Aber auch im letztgenannten Fall ist eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Abtriebseinrichtung des Getriebes vorhanden.
Nachfolgend ist die Kupplungsanordnung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt:

1 die Anordnung einer Kupplungsanordnung mit einer Kupplungseinrichtung, die zwei Kupplungselemententräger derart aufweist, dass ein erster Kupplungselemententräger mit dem Rotor einer Elektromaschine sowie mit einer Abtriebseinrichtung in Wirkverbindung steht, während ein zweiter Kupplungselemententräger mit einer weiteren Antriebsmaschine in Wirkverbindung steht;
2 die Ausbildung zumindest eines Kühlmittelaustrittes an einem Kupplungsgehäuse der Kupplungsanordnung, sowie die Zuordnung eines als Deckplatte ausgebildeten Verschlusses zum Kühlmittelaustritt;
3 wie 2, aber mit einem Ventil als Verschluss;
4 wie 3, aber mit einer Abdichtung als Verschluss;
5 wie 1, aber mit einer anderen Kupplungseinrichtung.

In 1 ist eine um eine Zentralachse 62 drehbare Kupplungsanordnung 1 innerhalb eines Getriebegehäuses 2 eines Getriebes 3 dargestellt. Das Getriebegehäuse 2 ist durch einen Deckel 4 mit zumindest im Wesentlichen radialer Erstreckung in einen antriebsseitigen Gehäusebereich 5 und in einen abtriebsseitigen Gehäusebereich 6 unterteilt. Der antriebsseitige Gehäusebereich 5 umschließt einen Torsionsschwingungsdämpfer 7, der mit einem antriebsseitigen Übertragungselement 10 an einer Kurbelwelle 11 einer als Antrieb 12 wirksamen Brennkraftmaschine drehfest angreift. Das antriebsseitigen Übertragungselement 10 wirkt über eine Dämpfungseinrichtung 13 auf ein abtriebsseitiges Übertragungselement 14, über welches der Torsionsschwingungsdämpfer 7 mittels einer Axialverzahnung 15 mit einer Antriebsnabe 16 drehfest verbunden ist, die unter Verwendung einer Abdichtung 17 gegenüber dem Deckel 4 abgedichtet ist.
Die Antriebsnabe 16 weist einerseits einen Nabenflansch 20 auf, der zur Aufnahme eines Tilgersystems 21 dient, und steht andererseits mittels einer Axialverzahnung 22 mit einem ersten Kupplungselemententräger 23 in drehfester Verbindung, der nachfolgend als antriebsseitiger Kupplungselemententräger 23 bezeichnet ist. Der antriebsseitige Kupplungselemententräger 23 nimmt eine Mehrzahl erster, also antriebsseitiger Kupplungselemente 24 axial verschiebbar, aber drehfest auf, denen zweite, also abtriebsseitige Kupplungselemente 25 zugeordnet sind, die an einem zweiten Kupplungselemententräger 26 axial verschiebbar, aber drehfest aufgenommen sind, der nachfolgend als abtriebsseitiger Kupplungselemententräger 26 bezeichnet ist. Der antriebsseitige Kupplungselemententräger 23 ist ebenso wie die antriebsseitigen Kupplungselemente 24 Teil einer ersten, also antriebsseitigen Kupplungseinheit 90, während der abtriebsseitige Kupplungselemententräger 26 ebenso wie die abtriebsseitigen Kupplungselemente 25 Teil einer zweiten, also abtriebsseitigen Kupplungseinheit 91 sind.
Der abtriebsseitige Kupplungselemententräger 26 ist an der radialen Innenseite eines Kupplungsgehäuses 27 ausgebildet, das an seiner dem Antrieb 12 zugewandten Seite drehbar gegenüber der Antriebsnabe 16 und gegenüber dieser mittels einer Abdichtung 30 abgedichtet aufgenommen ist, während das Kupplungsgehäuse 27 an seiner vom Antrieb 12 abgewandten Seite an einer Abtriebsnabe 31 befestigt ist, die eine Hohlwelle 32 umgreift, und als Teil einer Abtriebseinrichtung 33 des Getriebes 3 wirksam ist. Das Kupplungsgehäuse 27 umschließt nicht nur die an ihm aufgenommenen abtriebsseitigen Kupplungselemente 25, sondern auch den antriebsseitigen Kupplungselemententräger 23 sowie die antriebsseitiger Kupplungselemente 24, und auch einen Kupplungskolben 34, der als Teil einer Koppelanordnung 35 wirksam ist, und über eine Axialelastizität 36, wie beispielsweise eine Ringfeder, mit dem abtriebsseitig letzten antriebsseitigen Kupplungselement 24 in Wirkverbindung bringbar ist. Der Kupplungskolben 34 stützt sich zudem über eine Gegenelastizität 41 an der Abtriebsnabe 31 axial ab.
Axial zwischen einer abtriebsseitigen Gehäusewandung 42 des Kupplungsgehäuses 27 und der Koppelanordnung 35 erstreckt sich ein Druckraum 40, dem Ausnehmungen 43a, 43b in der Abtriebsnabe 31 sowie in der Hohlwelle 32 für die Zuführung von Kühlmittel zugeordnet sind. Auch der Bereich der Kupplungselemente 24, 25 des Kupplungsgehäuses 27, der nachfolgend als Kühlraum 44 bezeichnet ist, ist mit Kühlmittel befüllbar, und zwar über Ausnehmungen 45a, 45b in der Abtriebsnabe 31 sowie in der Hohlwelle 32. Liegt im Druckraum 40 ein Überdruck gegenüber dem Kühlraum 44 vor, bewegt sich der Kupplungskolben 34 gegen die Wirkung der Axialelastizität 36 sowie der Gegenelastizität 41 auf die Kupplungselemente 24, 25 zu, und presst über ein der Abtriebsseite nächstliegendes antriebsseitiges Kupplungselement 24 die Kupplungselemente 24, 25 gegeneinander, so dass Reibflächen der Kupplungselemente 24, 25 reibschlüssig in Anlage aneinander gelangen. Auf diese Weise wird eine Wirkverbindung zwischen den Kupplungselementen 24, 25 hergestellt, und eine die Kupplungselemente 24, 25 ebenso wie die Koppelanordnung 35 aufweisende Kupplungseinrichtung 28 eingerückt. Die abtriebsseitigen Kupplungselemente 25 stützen sich hierbei über ein der Antriebsseite nächstliegendes Kupplungselement 25 axial am Kupplungsgehäuse 27 ab. Liegt andererseits im Kühlraum 44 ein Überdruck gegenüber dem Druckraum 40 vor, entfernt sich der Kupplungskolben 34, unterstützt durch die Axialelastizität 36 sowie die Gegenelastizität 41, von den Kupplungselemente 24, 25, und hebt dadurch die gegenseitige Anpressung dieser Kupplungselemente 24, 25 auf, so dass die Reibflächen der Kupplungselemente 24, 25 ihre gegenseitige reibschlüssige Anlage beenden. Auf diese Weise wird die Wirkverbindung zwischen den Kupplungselementen 24, 25 aufgehoben, und die Kupplungseinrichtung 28 ausgerückt.
Das Kupplungsgehäuse 27 ist mit seiner radialen Außenseite an einem Rotor 46 einer Elektromaschine 47 befestigt, deren Stator 48 an der radialen Innenseite des Getriebegehäuses 2 befestigt ist.
Durch Befestigung des Kupplungsgehäuses 27 am Rotor 46 verfügt der Rotor 46 und damit die Elektromaschine 47 unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand der Schalteinrichtung 28 stets über eine drehfeste Verbindung 61 mit der Abtriebseinrichtung 33 des Getriebes 3, so dass eine Antriebsbewegung des Rotors 46 stets an die Abtriebseinrichtung 33 des Getriebes 3 übertragen wird. Durch Herstellung einer Wirkverbindung zwischen den Kupplungselementen 24 und 25 und damit zwischen der Antriebsnabe 16 und der Abtriebsnabe 31 wird allerdings die Wirkung der Elektromaschine 47 durch den Antrieb 12 unterstützt, so dass dieser Antrieb als weitere Antriebsmaschine 12 wirksam ist. Die kombinierte Wirkung von Elektromaschine 47 und von weiterer Antriebsmaschine 12 wird beispielsweise bei Betriebszuständen eines Kraftfahrzeuges, insbesondere bei Beschleunigungsvorgängen, von Bedeutung sein. Wird die Herstellung einer Wirkverbindung zwischen den Kupplungselementen 24 und 25 und damit zwischen der Antriebsnabe 16 und der Abtriebsnabe 31 dagegen aufgehoben, dann wird die weitere Antriebsmaschine 12 nicht nur von der Elektromaschine 47 getrennt, sondern aufgrund deren Verbindung mit der Abtriebseinrichtung 33 des Getriebes 3 auch von der Abtriebseinrichtung 33. Dies bedeutet, dass bei alleiniger Wirkung der Elektromaschine 47, beispielsweise beim Anfahren des Fahrzeugs oder bei Parkvorgängen, die weitere Antriebsmaschine 12 der Elektromaschine 47 keine internen Widerstände entgegensetzt, da die weitere Antriebsmaschine 12 bei diesem Betriebszustand von der Elektromaschine 47 ebenso wie von der Abtriebseinrichtung 33 des Getriebes 3 abgekoppelt ist. Derartige interne Widerstände können, bei Ausbildung der weiteren Antriebsmaschine 12 als Brennkraftmaschine, beispielsweise aufgrund einer Kompression in den Brennräumen auftreten.
Wie bereits erwähnt, ist das Kupplungsgehäuse 27 zumindest teilweise mit Kühlmittel befüllt. Hierdurch ergibt sich eine vorzügliche Wärmeabführung, wobei diese Wärme insbesondere bei Herstellung einer Wirkverbindung zwischen den Reibflächen der Kupplungselemente 24 und 25 entsteht. Andererseits kann die zumindest teilweise Befüllung des Kupplungsgehäuses 27 dann, wenn die Wirkverbindung zwischen den Reibflächen der Kupplungselemente 24 und 25 zumindest weitgehend aufgehoben ist, zu unerwünschten Schleppmomenten führen. Während demnach bei dem erstgenannten Betriebszustand eine möglichst starke Befüllung des Kupplungsgehäuses 27 mit Kühlmittel insbesondere im Erstreckungsbereich der Reibflächen der Kupplungselemente 24, 25 von Vorteil ist, wird es beim letztgenannten Betriebszustand von Vorteil sein, wenn möglichst wenig Kühlmittel im Erstreckungsbereich der Reibflächen der Kupplungselemente 24, 25 vorhanden ist. Es ist daher vorteilhaft, dass das Kupplungsgehäuse 27 zusätzlich zu seinem Anschluss an eine lediglich schematisch dargestellte Kühlmittelversorgung 55, welcher die Ausnehmungen 45a, 45b in der Abtriebsnabe 31 sowie in der Hohlwelle 32 zugeordnet sind, auch mit einer Kühlmittelentlastungseinrichtung 56 versehen ist, durch welche eine Abführung von im Kupplungsgehäuse 27 enthaltenem Kühlmittel beschleunigt wird, und zu der in den 2 bis 4 Ausführungen angegeben sind.
Gemäß einer in 2 gezeigten ersten Ausführung der Kühlmittelentlastungseinrichtung 56 ist am Kupplungsgehäuse 27, vorzugsweise im radialen Außenbereich der Kupplungselemente 24, 25 oder radial außerhalb derselben, zumindest ein Kühlmittelaustritt 60 geringen Durchmessers vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Ausbildung dieses zumindest einen Kühlmittelaustrittes 60 an der abtriebsseitigen Gehäusewandung 42 des Kupplungsgehäuses 27. Bei Betriebszuständen, in welchen eine Befüllung des Kupplungsgehäuses 27 mittels der Kühlmittelversorgung 55 erfolgt, lässt den zumindest einen Kühlmittelaustritt 60 wegen seines geringen Durchmessers lediglich eine Restleckage in den abtriebsseitigen Gehäusebereich 6 zu. Im Gegensatz dazu beschleunigt der zumindest eine Kühlmittelaustritt 60 bei Betriebszuständen, in welchen eine Entleerung des Kupplungsgehäuses 27 bei abgeschalteter Kühlmittelversorgung 55 erfolgen soll, diese Entleerung trotz seines geringen Durchmessers. Durch die Rotation des Kupplungsgehäuses 27 um die Zentralachse 62 sammelt sich bei nur teilweiser Befüllung des Kupplungsgehäuses 27 mit Kühlmittel dieses Kühlmittel im radialen Außenbereich des Kupplungsgehäuses 27 als Kühlmittelring an, so dass durchaus die Chance besteht, dass im radialen Erstreckungsbereich der Kupplungselemente 24, 25 kein Kühlmittel mehr verbleibt. Ist der zumindest eine Kühlmittelaustritt 60 im radialen Erstreckungsbereich der Kupplungselemente 24, 25 oder sogar radial außerhalb der Kupplungselemente 24, 25 vorgesehen, dann ist aufgrund der Ansammlung von Kühlmittel als Kühlmittelring im radialen Außenbereich des Kupplungsgehäuses 27 im Erstreckungsbereich des zumindest einen Kühlmittelaustrittes 60 stets noch Kühlmittel vorhanden, welches das Kupplungsgehäuse 27 über den zumindest einen Kühlmittelaustritt 60 verlassen kann.
Ist dem zumindest einen Kühlmittelaustritt 60 gemäß 2 ein Verschluss 63 zugeordnet, dann kann der zumindest eine Kühlmittelaustritt 60 in Betriebszuständen, in denen über die Kühlmittelversorgung 55 Kühlmittel in das Kupplungsgehäuse 27 geführt werden soll, verschlossen werden, während in Betriebszuständen, in denen die Kühlmittelversorgung 55 abgeschaltet sein soll, eine Freigabe des zumindest einen Kühlmittelaustrittes 60 durch den Verschluss 63 erfolgen kann. Der Verschluss 63 kann funktional den Überdruck im Kühlraum 44 bei aktiver Kühlmittelversorgung 55 nutzen, indem der Verschluss 63 durch diesen Überdruck gegen die Wirkung einer Gegenfeder 64 gegen den zumindest einen Kühlmittelaustritt 60 gepresst wird, und diesen dann verschließt. Bei abgeschalteter Kühlmittelversorgung 55 wird dagegen die Wirkung der Gegenfeder 64 die durch den Überdruck im Kühlraum 44 ausgeübte Druckkraft übersteigen, und dadurch den Verschluss 63 von dem zumindest einen Kühlmittelaustritt 60 abheben, so dass dieser freigegeben ist.
Wie 2 zeigt, kann der Verschluss 63 beispielsweise über eine an der abtriebsseitigen Gehäusewandung 42 des Kupplungsgehäuses 27 benachbart zum zumindest einen Kühlmittelaustritt 60 axial verlagerbar angeordnete Deckplatte 65 gebildet sein, die axial zwischen sich und der abtriebsseitigen Gehäusewandung 42 eine als Wellfeder 66 ausgebildete Gegenfeder 64 aufnimmt. Bei Überdruck im Kühlraum 44 infolge aktiver Kühlmittelversorgung 55 wird die Deckplatte 65 in Richtung zur abtriebsseitigen Gehäusewandung 42 gepresst, und verformt hierbei die Gegenfeder 64 so stark, dass diese an der abtriebsseitigen Gehäusewandung 42 platt zur Anlage gelangt, und dadurch den zumindest einen Kühlmittelaustritt 60 zumindest im Wesentlichen komplett verschließt. Sinkt dagegen der Überdruck im Kühlraum infolge deaktivierter Kühlmittelversorgung 55, dann entfernt sich die Deckplatte 65 zunehmend von der antriebsseitigen Gehäusewandung 61, und lässt hierdurch der Gegenfeder 64 die Möglichkeit einer Entspannung unter Rückgang ihrer Verformung. Die Gegenfeder 64 kehrt dann wieder zu ihrer gewellten Form zurück, und stellt dadurch jeweils benachbart zu einem Anlagebereich 67 an der abtriebsseitigen Gehäusewandung 42 je einen Durchflusskanal 68 zur Verfügung, über welchen Kühlmittel das Kupplungsgehäuse 27 über den zumindest einen Kühlmittelaustritt 60 verlassen kann.
Alternativ kann der Verschluss 63a für den zumindest einen Kühlmittelaustritt 60 gemäß 3 durch ein Ventil 70 gebildet werden, das beispielsweise an der Außenseite der abtriebsseitigen Gehäusewandung 42 befestigt ist, und in einem Ventilgehäuse 71 über ein Absperrorgan 72 verfügt, das beispielsweise eine Gegenfeder 64a sowie ein kugelförmiges Dichtmittel 73 aufweist, das mittels eines am Kupplungskolben 34 befestigten Steuerflansches 74 sowie eines Schiebers 75 von einem Dichtsitz 76 des Ventilgehäuses 71 lösbar ist. Der Steuerflansch 74 ist am Kupplungskolben 34 befestigt, und bewegt sich daher bei Überdruck in einem durch eine Trennwandung 77 vom Kühlraum 44 abgetrennten Ausgleichsraum 78 gegenüber dem Druckraum 40a infolge auch den Ausgleichsraum 78 über eine Zuleitung 80 versorgender aktiver Kühlmittelversorgung 55 zusammen mit dem Kupplungskolben 34 in Richtung zur abtriebsseitigen Gehäusewandung 42. Bei dieser Bewegung des Kupplungskolbens 34 löst der Steuerflansch 74 ein axiales Eindringen des Schiebers 75 in das Ventilgehäuse 71 aus, und bewirkt hierdurch ein Abheben des Dichtmittels 73 vom Dichtsitz 76 des Ventilgehäuses 71. Dadurch wird der zumindest eine Kühlmittelaustritt 60 freigegeben, und es kann Kühlmittel aus dem Kupplungsgehäuse 27 abströmen. Sinkt dagegen der Überdruck im Ausgleichsraum 78 gegenüber dem Druckraum 40a infolge deaktivierter Kühlmittelversorgung 55, dann entfernt sich der Kupplungskolben 34 von der antriebsseitigen Gehäusewandung 61, wodurch der Schieber 75 unter der Wirkung der Gegenfeder 64a in seine Ausgangsposition zurückkehrt, und hierbei das Dichtmittel 73 wieder seinen Dichtsitz 76 am Ventilgehäuse 71 einnehmen lässt.
Eine nochmals andere Lösung für einen Verschluss 63b ist in 4 gezeigt, nach welcher der zumindest eine Kühlmittelaustritt 60a einen an der abtriebsseitigen Gehäusewandung 42 vorgesehenen Axialvorsprung 81 zumindest im Wesentlichen in Radialrichtung durchdringt. Der Kupplungskolben 34a weist, abweichend von seiner Darstellung in 3, an seiner radialen Außenseite zwei mit Axialversatz zueinander vorgesehene Abdichtungen 82 und 83 auf. Solange der Kupplungskolben 34a eine Axialposition einnimmt, in welcher der zumindest eine Kühlmittelaustritt 60a durch eine der Abdichtungen 82, 83, bei der vorliegenden Ausführung durch die Abdichtung 83, verdeckt ist, besteht kein Zugang von Kühlmittel aus dem Kühlraum 44 zu dem zumindest einen Kühlmittelaustritt 60a. Dies wird dann der Fall sein, wenn im Druckraum 40a ein Überdruck gegenüber dem Ausgleichsraum 78 (vgl. 3) besteht. Wechseln dagegen die Druckverhältnisse zwischen Druckraum 40a und Ausgleichsraum 78, dann wird der Kupplungskolben 34a in eine Axialposition verlagert, in welcher die Abdichtung 83 den zumindest einen Kühlmittelaustritt 60a freigibt.
Bei der Lösung gemäß 5 weist die Kupplungsanordnung 1 eine Kupplungseinrichtung 28a auf, die räumlich zwischen der Elektromaschine 47 und der weiteren Antriebsmaschine 12 angeordnet ist, und eine antriebsseitige Kupplungseinheit 90a sowie eine abtriebsseitige Kupplungseinheit 91a aufweist. Den beiden Kupplungseinheiten 90a und 91a ist eine in üblicher Weise ausgebildete und daher nicht näher gezeigte Koppelanordnung 35a zugeordnet, durch welche eine Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten 90a und 91a herstellbar oder aufhebbar ist.
Die Kupplungseinrichtung 28a macht eine Kupplungseinrichtung 28 an der in 1 gezeigten Stelle entbehrlich. Alternativ kann die Kupplungseinrichtung 28a aber auch mit einer Kupplungseinrichtung kombiniert sein, die zwischen der Elektromaschine 47 und der Abtriebseinrichtung 33 des Getriebes 3 vorgesehen ist, aber nicht über die vorteilhaften Möglichkeiten einer Abkoppelung der weiteren Antriebsmaschine 12 von der Elektromaschine 47 verfügt, wie diese bei der in 1 behandelten Kupplungseinrichtung 28 vorhanden sind.
Solange durch die Koppelanordnung 35a eine Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten 90a und 91a der Kupplungseinrichtung 28a aufgehoben ist, gelangt allein das Antriebsmoment der Elektromaschine 47 zu der Abtriebseinrichtung 33 des Getriebes 3, so dass ein Betriebszustand vorliegt, der beim Anfahren des Fahrzeugs oder bei Parkvorgängen den Vorteil bietet, die weitere Antriebsmaschine 12 von der Elektromaschine 47 abzukoppeln, und dadurch vermeidet, dass das Antriebsmoment der Elektromaschine 47 interne Widerstände de weiteren Antriebsmaschine 12 überwinden muss, die, bei Ausbildung der weiteren Antriebsmaschine 12 als Brennkraftmaschine, beispielsweise aufgrund einer Kompression in den Brennräumen auftreten können.
Wird ein anderer Betriebszustand gewünscht, wie beispielsweise ein Wiederstart der weiteren Antriebsmaschine 12 nach einem Fahrzeugstillstand, dann wird die Drehzahl der Elektromaschine 47 zunächst erhöht, um danach die Herstellung einer Wirkverbindung zwischen der weiteren Antriebsmaschine 12 und dem Rotor 46 der Elektromaschine 47 impulsartig vorzunehmen. Dadurch wird die kinetische Energie des Rotors 46 der Elektromaschine 47 für einen Startvorgang der weiteren Antriebsmaschine 12 genutzt. Eine derartige Kupplungseinrichtung 28a dient demnach als Impulsstartkupplung für die weitere Antriebsmaschine 12.
Selbstverständlich kann die Herstellung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten 90a, 91a auch dann erfolgen, wenn die Elektromaschine 47 die weitere Antriebsmaschine 12 in deren Wirkung unterstützen soll, beispielsweise im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges, und insbesondere bei einem Beschleunigungsvorgang, bei welchem das Abrufen einer Spitzenlast von der weiteren Antriebsmaschine 12 vermieden und dadurch der Kraftstoffverbrauch reduziert werden soll.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsanordnung
2: Getriebegehäuse
3: Getriebe
4: Deckel
5: antriebsseitiger Gehäusebereich
6: abtriebsseitiger Gehäusebereich
7: Torsionsschwingungsdämpfer
10: antriebsseitiges Übertragungselement
11: Kurbelwelle
12: Antrieb
13: Dämpfungseinrichtung
14: abtriebsseitiges Übertragungselement
15: Axialverzahnung
16: Antriebsnabe
17: Abdichtung
20: Nabenflansch
21: Tilgersystem
22: Axialverzahnung
23: antriebsseitiger Kupplungselemententräger
24: antriebsseitige Kupplungselemente
25: abtriebsseitige Kupplungselemente
26: abtriebsseitiger Kupplungselemententräger
27: Kupplungsgehäuse
28: Kupplungseinrichtung
30: Abdichtung
31: Abtriebsnabe
32: Hohlwelle
33: Abtriebseinrichtung
34: Kupplungskolben
35: Koppelanordnung
36: Axialelastizität
40: Druckraum
41: Gegenelastizität
42: abtriebsseitige Gehäusewandung
43: Ausnehmungen in der Abtriebsnabe
44: Kühlraum
45: Ausnehmungen
46: Rotor
47: Elektromaschine
48: Stator 48 an der radialen Innenseite des Getriebegehäuses 2 befestigt ist.
55: Kühlmittelversorgung
56: Kühlmittelentlastungseinrichtung
60: Kühlmittelaustritt
61: drehfeste Verbindung
62: Zentralachse
63: Verschluss
64: Gegenfeder
65: Deckplatte
66: Wellfeder
67: Anlagebereich
68: Durchflusskanal
70: Ventil
71: Ventilgehäuse
72: Absperrorgan
73: kugelförmiges Dichtmittel
74: Steuerflansch, am Kupplungskolben befestigt
75: Schiebers
76: Dichtsitz
77: Trennwandung
78: Ausgleichsraum
80: Zuleitung
81: Axialvorsprung
82: Abdichtung
83: Abdichtung
90: antriebsseitige Kupplungseinheit
91: abtriebsseitige Kupplungseinheit

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

EP 2101396 A1 [0002]

Claims

Kupplungsanordnung (1) mit einer Elektromaschine (47) und mit einer Kupplungseinrichtung (28; 28a), wobei die Elektromaschine (47) einen mit einer ersten Kupplungseinheit (90; 90a) der Kupplungseinrichtung (28; 28a) verbundenen Rotor (46) aufweist, und die Kupplungseinrichtung (28; 28a) über eine der ersten Kupplungseinheit (90; 90a) zugeordnete zweite Kupplungseinheit (91; 91a) sowie über eine Koppelanordnung (35; 35a) zur Herstellung oder zur Aufhebung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten (90, 91; 90a; 91a) verfügt, und wobei eine der Kupplungseinheiten (90, 91; 90a; 91a) mit einer Abtriebseinrichtung (33) eines Getriebes (3) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplungseinheit (90; 90a) mit der Abtriebseinrichtung (33) des Getriebes (3) in Wirkverbindung steht, und die zweite Kupplungseinheit (91; 91a) mit einer weiteren Antriebsmaschine (12), wobei die Kupplungseinrichtung (28; 28a) in einem ersten Betriebszustand zur Trennung der weiteren Antriebsmaschine (12) vom Rotor (46) der Elektromaschine (47) durch Aufhebung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten (90, 91; 90a; 91a) bestimmt ist, und in einem zweiten Betriebszustand zur Herstellung einer Wirkverbindung zwischen der weiteren Antriebsmaschine (12) und dem Rotor (46) der Elektromaschine (47) durch Herstellung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Kupplungseinheiten (90, 91; 90a; 91a).
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 1 mit einer ersten Kupplungseinheit (90) der Kupplungseinrichtung (28), die über einen ersten Kupplungselemententräger (23) verfügt, der wenigstens ein erstes Kupplungselement (24) drehfest aufnimmt, und mit einer zweiten Kupplungseinheit (91) der Kupplungseinrichtung (28), die über einen zweiten Kupplungselemententräger (26) verfügt, der wenigstens ein zweites Kupplungselement (25) drehfest aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass einem Kupplungselemententräger (26) ein den anderen Kupplungselemententräger (23) umschließendes Kupplungsgehäuse (27) zugeordnet ist, über welches dieser Kupplungselemententräger (26) mit der Abtriebseinrichtung (33) des Getriebes (3) in Wirkverbindung steht, und für den anderen Kupplungselemententräger (23) in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand der Koppelanordnung (35) eine Wirkverbindung mit der weiteren Antriebsmaschine (12) herstellbar oder aufhebbar ist.
Kupplungsanordnung (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einem eine erste Kupplungseinheit (90) einer Kupplungseinrichtung (28) sowie eine zweite Kupplungseinheit (91) der Kupplungseinrichtung (28) umschließenden Kupplungsgehäuse (27), dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsgehäuse (27) an eine Kühlmittelversorgung (55) angeschlossen ist, wobei ein dem Kupplungsgehäuse (27) zugeleiteter Volumenstrom in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand bemessen ist, und wobei das Kupplungsgehäuse (27) über eine Kühlmittelentlastungseinrichtung (56) verfügt, über welche zumindest bei einem vorbestimmten Betriebszustand ein Austritt von Kühlmittel zur Reduzierung der im Kupplungsgehäuse (27) enthaltenen Kühlmittelmenge zugelassen ist.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest dann, wenn die Wirkverbindung zwischen der ersten Kupplungseinheit (90) und der zweiten Kupplungseinheit (91) aufgehoben ist, ein Betriebszustand vorliegt, bei welchem ein Austritt von Kühlmittel zur Reduzierung der im Kupplungsgehäuse (27) enthaltenen Kühlmittelmenge zugelassen ist.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelentlastungseinrichtung (56) über zumindest einen Kühlmittelaustritt (60, 60a) verfügt.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kühlmittelaustritt (60; 60a) derart bemessen ist, dass den Kühlmittelaustritt (60; 60a) lediglich ein Volumenstrom verlassen kann, der in Bezug auf den dem Kupplungsgehäuse (27) zugeleiteten Volumenstrom um ein Mehrfaches geringer ist.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kühlmittelaustritt (60) radial außerhalb der Kupplungseinheiten (90, 91) vorgesehen ist.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 5 mit einem die erste Kupplungseinheit (90) mit der zweiten Kupplungseinheit (91) in Wirkverbindung bringenden oder die Wirkverbindung der beiden Kupplungseinheiten (90, 91) aufhebenden Kupplungskolben (34), dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kühlmittelaustritt (60a) radial außerhalb des Kupplungskolbens (34) vorgesehen ist.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem zumindest einen Kühlmittelaustritt (60; 60a) wenigstens ein Verschluss (63; 63a; 63b) zugeordnet ist, der den zumindest einen Kühlmittelaustritt (60; 60a) während des zumindest einen vorbestimmten Betriebszustandes, bei welchem ein Austritt von Kühlmittel aus dem Kupplungsgehäuse (27) zugelassen ist, freigibt.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Kupplungselemententräger (23) mit einer weiteren Antriebsmaschine (12) in Wirkverbindung steht.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 3 mit zumindest einem Betriebszustand, bei welchem nach einer wenigstens teilweisen Entleerung des Kupplungsgehäuses (27) eine Wiederbefüllung erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem Betriebszustand der zumindest im Wesentlichen maximale Volumenstrom des in das Kupplungsgehäuse (27) geführten Kühlmittels eingestellt ist.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 3, 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebszustand, bei welchem nach einer wenigstens teilweisen Entleerung des Kupplungsgehäuses (27) eine Wiederbefüllung mit Kühlmittel erforderlich ist, ein Austritt von Kühlmittel zur Reduzierung der im Kupplungsgehäuse (27) enthaltenen Kühlmittelmenge unterbunden ist, indem der wenigstens eine Verschluss (63; 63a; 63b) der Kühlmittelentlastungseinrichtung (56) gegenüber dem zumindest einen Kühlmittelaustritt (60; 60a) während dieses Betriebszustandes, wirksam ist.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung zwischen dem Rotor (46) der Elektromaschine (47) und der Abtriebseinrichtung (33) des Getriebes (3) durch eine drehfeste Verbindung (61) gebildet ist.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung einer Wirkverbindung zwischen der weiteren Antriebsmaschine (12) und dem Rotor (46) der Elektromaschine (47) impulsartig erfolgt.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (46) der Elektromaschine (47) zur Einleitung dieses Betriebszustandes einer Drehzahlerhöhung unterworfen ist, bevor die weitere Antriebsmaschine (12) mittels der impulsartigen Wirkverbindung eine Ankoppelung an den Rotor (46) der Elektromaschine (47) erfährt.