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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kupplungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebsstrang, umfassend eine Eingangswelle, welche drehmomentübertragend mit einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, einen Kupplungsdeckel sowie einen Rotorträger, wobei der Kupplungsdeckel und der Rotorträger konzentrisch um die Eingangswelle herum angeordnet sind, wobei der Kupplungsdeckel über ein Stützlager und ein Kugellager an der Eingangswelle gelagert ist, und der Rotorträger drehfest mit der Eingangswelle verbindbar ist, wobei der Kupplungsdeckel und der Rotorträger axial zumindest abschnittsweise derart direkt gegenüberliegend angeordnet sind, dass zwischen dem Kupplungsdeckel und dem Rotorträger ein Fluidkanal für einen Ölvolumenstrom ausgebildet ist und der Fluidkanal das Stützlager und/oder das Kugellager hydraulisch an den Ölvolumenstrom anbindet.
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Nasse Kupplungen, insbesondere Doppelkupplungen, welche durch einen Zentralausrücker, der auch häufig als Centric-Slave-Cylinder CSC bezeichnet wird, betätigt werden, weisen in der Regel wenigstens ein Stützlager auf, das die Kupplungsbetätigungskraft aufnehmen muss. Diese Lager sind hoch belastet und kritisch in der Auslegung. Nicht berücksichtigte Störungen, wie z.B. erhöhter Schmutzeintrag ins Lager können zu vorzeitigem Ausfall des Lagers führen. So können beispielsweise harte metallische oder keramische Partikel, welche mit dem Getriebe- oder Kupplungsöl durch das Lager gespült werden zu Pittingbildung auf der Lagerlaufbahn und als Folge zum Ausfall des Lagers führen. Besonders gefährdet ist das Lager, wenn es nicht durch vorher gefiltertes Öl geschmiert bzw. gekühlt wird, sondern durch Sumpföl, welches zuvor eine Vielzahl von Schmutzpartikeln, welche sich in einem Getriebgehäuse befinden, aufnehmen konnte.
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Es sind grundsätzlich auch sogenannte „Clean Bearings“ bekannt, welche beidseitige Dichtungen aufweisen, die das Innere des Lagers vor Schmutzpartikeln schützen. Diese „Clean Bearings“ haben den Nachteil von vergleichsweise hohen Kosten und benötigen einen relativ großen Bauraum (Axialbauraum).
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Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe der Erfindung ein Kupplungssystem mit einer hohen Betriebssicherheit, kompakten Bauraumabmessungen sowie günstigen Herstellkosten bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kupplungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebsstrang, umfassend eine Eingangswelle, welche drehmomentübertragend mit einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, einen Kupplungsdeckel sowie einen Rotorträger, wobei der Kupplungsdeckel und der Rotorträger konzentrisch um die Eingangswelle herum angeordnet sind, wobei der Kupplungsdeckel über ein Stützlager und ein Kugellager an der Eingangswelle gelagert ist, und der Rotorträger drehfest mit der Eingangswelle verbindbar ist, wobei der Kupplungsdeckel und der Rotorträger axial zumindest abschnittsweise derart direkt gegenüberliegend angeordnet sind, dass zwischen dem Kupplungsdeckel und dem Rotorträger ein Fluidkanal für einen Ölvolumenstrom ausgebildet ist und der Fluidkanal das Stützlager und/oder das Kugellager hydraulisch an den Ölvolumenstrom anbindet, wobei in und/oder an dem Fluidkanal Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom vorgesehen sind.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom in ein bestehendes Kupplungssystem integrierbar sind. Ferner sind die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom kostengünstig herstellbar und schützen das Stützlager und/oder das Kugellager vor Eintritt von unerwünschten Feststoffen. Die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom können beispielsweise ausgewählt sein aus der funktionalen Gruppe der Schleudermittel, welche beispielsweise durch ein zentrifugalkraftbewirktes Wegschleudern des Öls gekennzeichnet sind, Sperrmittel, welche beispielsweise den Strömungsweg des Öls durch Spaltdichtungen versperren bzw. verengen, und Umlenkmittel, die eine Umlenkung bzw. Richtungsänderung des Öls hervorrufen. Natürlich können auch beliebige Kombinationen dieser Wirkmechanismen miteinander im Rahmen des technisch Sinnvollen zusammengestellt werden.
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Zunächst werden einige grundlegende Elemente und Merkmale in der Reihenfolge ihrer Nennung im Patentanspruch näher erläutert und nachfolgend bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung aufgezeigt.
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Ein Kupplungssystem für Kraftfahrzeuge hat die Funktion, die antreibende Motorseite in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges schaltbar von der Getriebeseite zu kuppeln bzw. zu entkuppeln und so einen Gangwechsel des Getriebes während der Fahrt zu ermöglichen und den antreibenden Motor hierdurch in einem bevorzugten Drehzahl-/ Drehmomentenbereich betreiben zu können. In hybridisierten Antriebssträngen, in denen sowohl eine
Verbrennungskraftmaschine als auch ein Elektromotor das Kraftfahrzeug antreiben können, kann ein Kupplungssystem auch zur Trennung und/oder Kopplung der Verbrennungskraftmaschine von dem Elektromotor bzw. zur Trennung und/oder Kopplung der Verbrennungskraftmaschine und/oder des Elektromotors vom Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
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Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
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Ein Hybridelektrokraftfahrzeug, auch als Hybrid Electric Vehicle (HEV) bezeichnet, ist ein Elektrofahrzeug, das von mindestens einem Elektromotor sowie einem weiteren Energiewandler angetrieben wird und Energie sowohl aus seinem elektrischen Speicher (Akku) als auch einem zusätzlich mitgeführten Kraftstoff bezieht.
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Die Eingangswelle des Kupplungssystems kann insbesondere mit einer Verbrennungskraftmaschine drehmomentübertragend verbunden sein. Die Eingangswelle kann als Voll- oder Hohlwelle ausgeformt werden.
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Der Rotorträger des Kupplungssystems überträgt das Drehmoment eines Elektromotors in den Antriebsstrang des Kupplungssystems. Hierzu ist der Rotor des Elektromotors mit dem Rotorträger drehmomentübertragend gekoppelt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom eine am Kupplungsdeckel ausgeformte Abtropfkante umfassen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Abtropfkante einfach an dem Kupplungsdeckel ausgeformt werden kann. Die Abtropfkante kann insbesondere als eine aus der Oberfläche des Kupplungsdeckels herausragende Nase ausgebildet sein.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom eine am Rotorträger ausgeformte Abspritzkante umfassen. Es kann hierdurch insbesondere erreicht werden, dass ein Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom auf herstellungstechnisch einfache Weise an bzw. mit dem Rotorträger ausgebildet werden kann. Insbesondere kann vorteilhafter Weise die Abtropfkante und die Abspritzkante so konfiguriert sein, dass das der Ölvolumenstrom von der Abtropfkante zur Abspritzkante geleitet wird, um von dort nach außen in Richtung aus dem Fluidkanal geschleudert zu werden.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom wenigstens eine innerhalb des Fluidkanals am Kupplungsdeckel und/oder Rotorträger ausgeformte Spaltdichtung umfassen. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass die Spaltdichtung eindringendes Öl um das Stützlager und/oder Kugellager herum ableitet.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom wenigstens einen Ablaufkanal umfassen, welcher innerhalb des Fluidkanals angeordnet ist. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass eindringendes Öl um das Lager herum leitet wird.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom wenigstens ein am Kupplungsdeckel angeordnetes Schottblech umfassen, welches derart ausgeformt und innerhalb des Fluidkanals positioniert ist, dass es eine Stirnfläche des Stützlagers und/oder des Kugellagers zumindest abschnittsweise überdeckt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass das Schottblech das Stützlager und/oder das Kugellager vor eindringendem Öl schützt.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom wenigstens ein Ringelement umfassen, dass innerhalb des Fluidkanals angeordnet ist und welches eine Reduktion des Strömungsquerschnitts des Fluidkanals bewirkt. Hierdurch kann erreicht werden, dass unerwünschte Feststoffe effektiv von den Lagern ferngehalten werden können.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom eine Bohrung umfassen, welche in axialer Richtung zwischen dem Stützlager und dem Kugellager angeordnet ist und sich radial durch die als Hohlwelle ausgebildete Eingangswelle erstreckt. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt ist, dass es zu keiner Mangelschmierung des Lagers bzw. der Lager kommt, da über die Bohrung Öl zu den Lagern geleitet wird, welches vorher, beispielsweise durch das Filtersystem des Getriebes gereinigt wurde.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das Ringelement aus Kunststoff gebildet ist, wodurch das Ringelement besonders kostengünstig und flexibel herstellbar ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kupplungssystem für ein Hybridmodul eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Querschnittsansicht
- 2 eine Detailansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungssystems in einer schematischen Querschnittsansicht
- 3 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kupplungssystems in einer schematischen Querschnittsansicht
- 4 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kupplungssystems in einer schematischen Querschnittsansicht
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Die 1 zeigt ein Kupplungssystem 1 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebsstrang, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das gezeigte nasse Kupplungssystem 1 besitzt eine Eingangswelle 15, welche drehmomentübertragend mit einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Das Kupplungssystem 1 weist ferner einen Kupplungsdeckel 2 sowie einen Rotorträger 3 auf, wobei der Kupplungsdeckel 2 und der Rotorträger 3 konzentrisch um die Eingangswelle 15 herum angeordnet sind. Der Rotorträger 3 ist drehmomentübertragend mit dem Elektromotor 17 verbunden. Der Kupplungsdeckel 2 ist über ein Stützlager 4 und ein Kugellager 5 an der Eingangswelle 15 gelagert. Der Rotorträger 3 ist drehfest mit der Eingangswelle 15 verbunden. Der Kupplungsdeckel 2 und der Rotorträger 3 sind axial derart direkt gegenüberliegend angeordnet, dass zwischen dem Kupplungsdeckel 2 und dem Rotorträger 3 ein Fluidkanal 6 für einen Ölvolumenstrom 16 ausgebildet ist und der Fluidkanal 6 das Stützlager und/oder das Kugellager 5 hydraulisch an den Ölvolumenstrom 16 anbindet.
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Das Stützlager 4 befindet sich zwischen einem gehäusefesten Kupplungsdeckel 2 und dem drehenden Rotorträger 3 welcher u.a. die Axialkräfte der Kupplung aufnimmt. Neben der Aufnahme der Kupplungskräfte kann das Stützlager 4 auch dazu dienen die radiale Führung der Kupplung zu übernehmen. Bei der hier dargestellten Kupplung wird die radiale Führung durch ein zusätzliches Kugellager 5 übernommen. Der Radialwellendichtring 18 trennt den Kupplungsnassraum vom Trockenraum des Kupplungssystems 1. Im Trockenraum befindet sich im Allgemeinen ein Dämpfer, der in der 1 jedoch nicht dargestellt ist, welcher über die Verzahnung 19 an der Eingangswelle 15 angebunden werden kann.
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Der Ölvolumenstrom 16 wird durch die sich drehenden Kupplungs- und Getriebeteile an die Getriebewände geschleudert und läuft dann u. a. am stehenden Kupplungsdeckel 2 nach innen in den Fluidkanal 6. Die beim Kontakt mit den Kupplungs- und Getriebeteilen sowie den Gehäuseteilen aufgenommenen Schmutzpartikel gelangen somit über den Ölvolumenstrom 16 zum ungeschützten Stützlager 4 und können dort die eingangs geschilderten Schäden verursachen. Dies ist in der 2 noch einmal in einem Detailausschnitt gezeigt.
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Ausgehend von diesem grundsätzlich vorbekannten Stand der Technik, zeigen die 3 und die 4 erfindungsgemäße Kupplungssysteme, die nun nachstehend näher erläutert werden.
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3 zeigt nun mehrere, voneinander unabhängige Maßnahmen zur Vermeidung, dass ein kontaminierter Ölvolumenstrom 16 durch das Stützlager 4 läuft. Es wird darauf hingewiesen, dass jede der in den 3 und 4 gezeigten Maßnahme beliebig im Rahmen des technisch Möglichen mit anderen gezeigten Maßnahmen kombiniert werden oder als Einzelmaßnahme genutzt werden kann.
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Allen gezeigten Ausführungsformen in der 3 und der 4 ist gemein, dass in und/oder an dem Fluidkanal 6 Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom 16 vorgesehen sind. In der 3 sind nun die folgenden in und/oder an dem Fluidkanal 6 angeordneten Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom 16 dargestellt:
- • Eine Abspritzkante 8, welches eindringendes Öl nach außen abschleudert,
- • Eine Spaltdichtung 9, welche eindringendes Öl um das Lager herum ableitet,
- • Einen Ablaufkanal 10, welcher eindringendes Öl um das Lager herum leitet,
- • Ein Schottblech 11, welches das Lager vor eindringendem Öl schützt,
- • Eine Abtropfkante 7, welche das Öl zur Abspritzkante 8 leitet um von dort nach außen ab geschleudert zu werden.
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Aus der 3 ist ferner ersichtlich, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom 16 eine am Kupplungsdeckel 2 ausgeformte Abtropfkante 7 umfassen. Die Abtropfkante 7 ist integral mit an dem Kupplungsdeckel 2 angeformt und steht nasenartig aus der Oberfläche des Kupplungsdeckels 2 herfor. Die Abtropfkante 7 ist in radialer Richtung oberhalb der Abspritzkante 8 des Rotorträgers 3 angeordnet. Der 3 ist auch gut entnehmbar, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom 16 eine am Rotorträger 3 ausgeformte Abspritzkante 8 umfassen, die insbesondere mit der Abtropfkante 7 zusammenwirken kann, indem insbesondere unerwünschte Feststoffe des Ölvolumenstroms 16 von der Abtropfkante 7 so auf die in radialer Richtung tiefer gelegene Abspritzkante 8 geleitet werden, dass sie von dieser durch die Rotation des Rotorträger 3 in das Kupplungssystem 1 zurückgeschleudert werden und nicht n den Fluidkanal 6 gelangen.
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Wie in der 3 dargestellt, können die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom 16 wenigstens eine innerhalb des Fluidkanals 6 am Kupplungsdeckel 2 und/oder Rotorträger 3 ausgeformte Spaltdichtung 9 umfassen. Die Spaltdichtung 9 kann durch entsprechende Profilierung bzw. Kontur der Oberfläche des Rotorträgers 3 und/oder des Kupplungsdeckels 2, die den Fluidkanal 6 bilden, ausgestaltet sein. Im oberen radial verlaufenden Abschnitt des Fluidkanals 6 ist die Spaltdichtung 9 durch einen entsprechenden Vorsprung am Rotorträger 3, welcher sich in den Fluidkanal 6 hinein erstreckt, gebildet. Im axial verlaufenden Abschnitt des Fluidkanals 6 ist die Spaltdichtung 9 durch einen entsprechenden am Kupplungsdeckel 2 angeformten Vorsprung, der sich in den Fluidkanal 6 hinein erstreckt, gebildet.
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Die 3 zeigt des Weiteren, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom 16 wenigstens einen Ablaufkanal 10 umfassen, welcher innerhalb des Fluidkanals 6 angeordnet ist. Der Ablaufkanal 10 ist durch eine umlaufende nutartige Vertiefung im axialen Abschnitt des Kupplungsdeckels 10 realisiert. Der Ablaufkanal 10 ist so positioniert, dass der Ölvolumenstrom 16 um das Stützlager 4 herum geleitet wird. In Strömungsrichtung des Ölvolumenstroms 16 aus betrachtet, liegt der Ablaufkanal 10 somit vor dem Stützlager 10. Wie aus der 3 auch zu erkennen ist, kann das Kupplungssystem 1 in Strömungsrichtung des Ölvolumenstroms 16 einen zweiten Ablaufkanal 10 aufweisen, der den Ölvolumenstrom 16 unmittelbar vor einem möglichen Eintritt in das Festlager 4 von diesem weg ableiten soll.
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In der 3 ist ferner gezeigt, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom 16 wenigstens ein am Kupplungsdeckel 2 angeordnetes Schottblech 11 umfassen können, welches derart ausgeformt und innerhalb des Fluidkanals 6 positioniert ist, dass es eine Stirnfläche 12 des Stützlagers 4 und/oder des Kugellagers 5 zumindest abschnittsweise überdeckt. Das Schottblech 11 ist dazu ringscheibenartig ausgeformt und besitzt an seinem radial äußeren Ende einen Kragen, der in bzw. an dem Kupplungsdeckel 2 ein bzw. aufgesetzt ist.
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Auch ist in der 3 gezeigt, dass die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom 16 eine Bohrung 14 umfassen können, welche in axialer Richtung zwischen dem Stützlager 4 und dem Kugellager 5 angeordnet ist und sich radial durch die als Hohlwelle ausgebildete Eingangswelle 15 erstreckt. Um eine gesicherte Schmierung der Lager bereitstellen zu können, kann über die Bohrung 14 ein Schmiermittel, zum Beispiel ein Getriebeöl, welches vorher durch das Filtersystem gereinigt wurde, zugeführt werden. Hierdurch kann insbesondere eine Unterversorgung des Stützlagers 2 mit Schmiermittel, durch die im Fluidkanal 6 verwirklichten Maßnahmen zur Reduktion von Feststoffen im Ölvolumenstrom 16 vermieden werden.
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Was in der 4 gezeigt ist, ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung bei der die Mittel zur Separation von Feststoffen aus dem Ölvolumenstrom 16 ein Ringelement 13 umfassen, dass innerhalb des Fluidkanals 6 angeordnet ist und welches eine Reduktion des Strömungsquerschnitts des Fluidkanals 6 bewirkt. Das Ringelement 13 ist aus Kunststoff gebildet. Das Ringelement 13 ist als vom Kupplungsdeckel 2 separates Bauteil ausgestaltet und ist auf den axial verlaufenden, dem Fluidkanal 6 zugewandten Abschnitt des Kupplungsdeckels 2 aufgeschoben und dort stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig fixiert.
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Durch das zusätzliche Ringelement 13 im Fluidkanal 6 wird ein Ablaufkanal 10 und eine Spaltdichtung 9 ausgebildet, welche den eindringenden Ölvolumenstrom 16 um das Stützlager 4 herumleiten.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungssystem
- 2
- Kupplungsdeckel
- 3
- Rotorträger
- 4
- Stützlager
- 5
- Kugellager
- 6
- Fluidkanal
- 7
- Abtropfkante
- 8
- Abspritzkante
- 9
- Spaltdichtung
- 10
- Ablaufkanal
- 11
- Schottblech
- 12
- Stirnfläche
- 13
- Ringelement
- 14
- Bohrung
- 15
- Eingangswelle
- 16
- Ölvolumenstrom
- 17
- Elektromotor
- 18
- Radialwellendichtring
- 19
- Verzahnung
