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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung, umfassend eine erste Teilkupplung mit einem ersten Lamellenpaket und eine radial innerhalb der ersten Teilkupplung liegende zweite Teilkupplung mit einem zweiten Lamellenpaket, wobei jedes Lamellenpaket an einem Außenlamellenträger axial geführte Außenlamellen und an einem Innenlamellenträger axial geführte Innenlamellen aufweist und jedes Lamellenpaket zu einer Seite axial abgestützt ist und mittels eines an der anderen Seite angreifenden Druckelements axial zusammendrückbar ist.
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Eine solche Kupplungseinrichtung kommt in bekannterweise zur temporären Herstellung eines Momente übertragenden Kraftschlusses zwischen einer Antriebswelle und einer Brennkraftmaschine oder eines Elektromotors und einer zu einem Getriebe laufenden Abtriebswelle zum Einsatz. Neben der Auslegung einer solchen Kupplungseinrichtung als Einfachkupplung ist es auch bekannt, eine Kupplungseinrichtung als Doppelkupplung auszulegen. Eine solche Kupplungseinrichtung umfasst eine erste Teilkupplung und eine zweite Teilkupplung, die jeweils ein entsprechendes Lamellenpaket mit Außen- und Innenlamellen sowie einen Außenlamellenträger und einen Innenlamellenträger aufweisen, das heißt, dass insgesamt vier separate Lamellenträger, nämlich die beiden Außenlamellenträger und die beiden Innenlamellenträger, als separate Bauteile vorgesehen sind. Jedes Lamellenpaket ist über ein separates Druckelement, üblicherweise einen Drucktopf, separat zusammendrückbar. In der Regel sind die beiden Außenlamellenträger gemeinsam mit einer das Drehmoment einleitenden Antriebswelle verbunden, während die beiden Innenlamellenträger mit separaten Abtriebswellen, die zu separaten Getriebestufen führen, die über die einzelnen Teilkupplungen separat geschaltet werden können, verbunden sind. Durch das Zusammendrücken des jeweiligen Lamellenpakets der ersten oder zweiten Teilkupplung wird ein Kraft- bzw. Reibschluss erwirkt, sodass von der Antriebswelle über den jeweiligen Außenlamellenträger eingebrachte Drehmomente über das jeweilige Lamellenpaket auf den jeweiligen Innenlamellenträger und über diesen auf die jeweilige Abtriebswelle zum Getriebe geleitet werden können. Der Aufbau der vorstehend beschriebenen Kupplungseinrichtung ist hinlänglich bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2004 061 020 A1 .
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Eine solche, wenigstens zwei Teilkupplungen aufweisende Kupplungseinrichtung wird zumeist in Kombination mit einer Brennkraftmaschine, über die das Drehmoment geliefert wird, verbaut, gleichermaßen kann sie aber auch in Kombination mit einer das Antriebsmoment liefernden elektrischen Maschine verbaut werden, das heißt, dass die Kupplungseinrichtung Teil einer sogenannten „E-Achse“ ist oder einer solchen zugeordnet wird. Grundsätzlich dient eine solche Doppelkupplung dazu, das Antriebsmoment auf zwei nachgeschaltete Getriebestufen zu verzweigen, wobei bei Kombination der Kupplungseinrichtung mit einer elektrischen Maschine als nachgeschaltetes Getriebe beispielsweise ein zweistufiges Planetengetriebe verwendet wird, wobei über die jeweilige Stufe das über die Kupplungseinrichtung übertragene Antriebsmoment respektive die Radkraft über eine gemeinsame Abtriebswelle des Planetengetriebes an das anzutreibende Rad übertragen wird. Da die elektrische Maschine nicht über ein derart breites Drehzahlband betrieben werden kann, das nötig wäre, wenn das Planetengetriebe nur einstufig wäre, wird über die beiden Teilkupplungen zwischen den Stufen geschaltet. Beim Anfahren wird über die erste Teilkupplung die erste Getriebestufe zugeschaltet. Beim Beschleunigen dreht die elektrische Maschine hoch, wobei die Drehzahl dabei mehrere 1000 bis über 10 000 Umdrehungen pro Minute beträgt. Mit erreichen einer entsprechenden Schaltrandbedingung, beispielsweise einer Schaltdrehzahl, schaltet die Kupplungseinrichtung dann auf die zweite Planetengetriebestufe, was zu einer Reduzierung der Drehzahl der elektrischen Maschine führt, die dann erneut zur weiteren Beschleunigung hochdrehen kann.
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Mit der Integration der Elektromaschinen, von denen jeweils eine für den Antrieb eines Rades achsseitig zu integrieren ist, einher geht ein entsprechender Bauraumbedarf, was dazu führt, dass die nachgeschalteten Komponenten, so beispielsweise die der jeweiligen elektrischen Maschinen nachgeschaltete Kupplungseinrichtung, möglichst kompakt ausgeführt werden sollen, resultierend aus dem geringen zur Verfügung stehenden Bauraum.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine möglichst kompakt aufgebaute Kupplungseinrichtung anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Kupplungseinrichtung die eingangsgenannte Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Innenlamellen der ersten Teilkupplung und die Außenlamellen der zweiten Teilkupplung an einem gemeinsamen Lamellenträger, der den Innenlamellenträger der ersten Teilkupplung und den Außenlamellenträger der zweiten Teilkupplung bildet, geführt sind, wobei am gemeinsamen Lamellenträger eine axiale Widerlagerebene ausgebildet ist, an der ein das erste oder das zweite Lamellenpaket axial abstützendes Stützelement abgestützt ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung wird mit besonderem Vorteil ein gemeinsamer Lamellenträger eingesetzt, der beiden Teilkupplungen zugeordnet ist. Er dient als Innenlamellenträger der ersten, radial weiter außenliegenden Teilkupplung, gleichzeitig aber auch als Außenlamellenträger der radial weiter innenliegenden zweiten Teilkupplung. Es kommen demzufolge nur drei Lamellenträger zum Einsatz, nämlich der Außenlamellenträger der ersten Teilkupplung, der Innenlamellenträger der zweiten Teilkupplung sowie der, radial gesehen, zwischen beiden angeordnete gemeinsame Lamellenträger. Dies führt zu einer radial gesehen wesentlich kompakteren Auslegung der Kupplungseinrichtung, da kein separater Innenlamellenträger der ersten Teilkupplung und kein separater Außenlamellenträger der zweiten Teilkupplung, die radial gesehen voneinander beabstandet wären und demzufolge entsprechend Bauraum benötigen würden, vorgesehen sind, sondern nur quasi eine gemeinsame Lagerebene für die Innenlamellen der ersten und die Außenlamellen der zweiten Teilkupplung. Auch reduziert sich hierdurch natürlich die Teileanzahl der Kupplungseinrichtung, nachdem nur drei Lamellenträger zum Einsatz kommen. Auch in axialer Richtung kann Bauraum eingespart werden, da nur ein gemeinsamer Lamellenträger vorgesehen ist, der bei der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung fest mit der Eingangswelle der Kupplungseinrichtung, die mit der Antriebswelle der Antriebsmaschine, sei es eine Brennkraftmaschine, sei es eine elektrische Maschine, gekoppelt ist, zu verbinden ist, was über eine sich radial erstreckende Koppelscheibe erfolgt, mit der der gemeinsame Lamellenträger gekoppelt ist.
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Da nur ein gemeinsamer Lamellenträger zum Einsatz kommt, jedoch sowohl das erste Lamellenpaket als auch das zweite Lamellenpaket axial abzustützen sind, werden erfindungsgemäß entsprechende Vorkehrungen hierzu getroffen. Das eine Lamellenpaket kann in an sich bekannterweise dadurch axial abgestützt werden, dass der gemeinsame Lamellenträger mit seinem einen Ende radial nach innen oder außen gebördelt ist, also einen sich radial erstreckenden Widerlagerflansch aufweist, der im Rahmen der Lamellenträgerherstellung durch entsprechendes Umformen ausgebildet werden kann. An ihm stützt sich das eine Lamellenpaket mit der Seite, die der Seite gegenüberliegt, an der das Druckelement, üblicherweise der Drucktopf, zum Zusammendrücken angreift, ab. Eine solche Ausgestaltung ist jedoch an der gegenüberliegenden Seite des Lamellenträgers zwangsläufig nicht möglich. Um auch hier eine Abstützung zu erreichen, ist erfindungsgemäß an dem gemeinsamen Lamellenträger eine axiale Widerlagerebene ausgebildet, an der ein das andere Lamellenpaket axial abstützendes Stützelement abgestützt ist. Erfindungsgemäß wird also der kombinierte Lamellenträger an dieser Seite entsprechend umgeformt, sodass sich eine axiale Widerlagerebene ausbildet, die eine entsprechende Abstützung eines an ihm anzuordnenden, separaten Stützelements ermöglicht, an dem wiederum das zugeordnete Lamellenpaket mit der Seite, die der Angriffsseite des Druckelements gegenüberliegt, abgestützt ist. Hierdurch wird demzufolge der erfindungsgemäße gemeinsame Lamellenträger nicht nur als reines Lamellenführungselement für beide Teilkupplungen verwendet, sondern es dient darüber hinaus gleichzeitig auch als Widerlager- respektive Abstützmittel für beide Teilkupplungen, einerseits direkt über dem ungeformten randseitigen Radialflansch, andererseits durch Ausbildung der Widerlagerebene für das Stützelement des anderen Lamellenpakets.
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Insgesamt ergibt sich eine äußerst kompakte Ausgestaltung der Kupplungseinrichtung, die es ermöglicht, die Kupplungseinrichtung auch bei sehr begrenztem Bauraum zu integrieren.
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Bevorzugt stützt das Stützelement das radial weiter außenliegende erste Lamellenpaket axial ab, das heißt, dass die ausgebildete Widerlagerebene zum Innenlamellenträgerabschnitt des gemeinsamen Lamellenträgers, also der Seite, an der die Innenlamellen der ersten Teilkupplung geführt sind, ausgebildet ist. Der Rand des Lamellenträgers, also der Radialflansch, an dem das zweite Lamellenpaket abgestützt ist, erstreckt sich demzufolge radial nach innen, was dazu führt, dass er einen deutlich kleineren Durchmesser aufweist, als wenn er sich radial nach außen erstrecken würde. Dies ist im Hinblick auf die im Betrieb und den extrem hohen Drehzahlen bei Verbindung mit einer elektrischen Maschine entstehenden Fliehkräfte von Vorteil, da diese dann etwas niedriger sind. Dies ist von Vorteil, als grundsätzlich zu vermeiden ist, dass in der Kupplungseinrichtung integrierte, rotierende Bauteile bei Rotation mit den hohen Drehzahlen sich geringfügig radial weiten, also aufgehen, was durch entsprechende Aussteifung zu vermeiden ist. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist natürlich, dass die Kupplungseinrichtung in Folge des sich radial nach innen erstreckenden Widerlagerflansches kompakter ausgestaltet werden kann, als wenn sich dieser radial nach außen erstreckt.
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Die Ausbildung der axialen Widerlagerebene des Lamellenträgers erfolgt erfindungsgemäß in Form eines oder mehrerer in Umfangsrichtung verteilter, lammelenträgerseitig eingeprägter und radial vorspringender Absätze. Bei der umformtechnischen Herstellung des Lamellenträgers können der oder diese Absätze bereits integral mit ausgebildet werden. Sie springen nur ein kurzes Stück, also wenige Millimeter aus der Lamellenträgerumfangsfläche hervor, sodass sie das grundsätzlich ringförmige Stützelement axial abstützen können. Wird diese Widerlagerebene im Bereich der Axialverzahnung des Lamellenträgers, die, da gleichzeitig Außen- und Innenlamellen zu führen sind, natürlich an beiden Seiten vorgesehen ist, ausgebildet, so wird der jeweilige Absatz natürlich so ausgebildet, dass damit keine Beeinträchtigung der Axialbewegung der an der anderen Seite geführten Lamellen gegeben ist. Werden also die Absätze radial nach außen geprägt, so werden sie in den von der Lamellenträgerinnenseite her gesehen gegebenen, radial weiter außenliegenden Verzahnungstälern ausgebildet. In diesem Verfahren werden also eine Mehrzahl an in Umfangsrichtung verteilter Absätze ausgebildet. Befindet sich die Widerlagerebene jedoch in einem Bereich, in dem die axiale Verzahnung nicht mehr gegeben ist, so kann ein umlaufender, ringförmiger Absatz ausgebildet werden.
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Als Stützelement können unterschiedliche Bauteile verwendet werden. So kann als Stützring eine endständige Lamelle des zugeordneten Lamellenpakets, also beispielsweise des ersten Lamellenpakets verwendet werden. Wird also beispielsweise das erste Lamellenpaket der ersten Teilkupplung axial abgestützt, so kann eine endständige Innenlamelle verwendet werden, bei denen es sich in diesem Fall bevorzugt um Stahllamellen handelt, während die Außenlamellen Reiblamellen sind. Diese Innenlamelle kann etwas dicker ausgeführt werden als die anderen Innenlamellen, da ihr gleichzeitig auch die Aufgabe zukommt, das Lamellenpaket zu Shimmen, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Alternativ zur Verwendung einer endständigen Lamelle als Stützelement kann auch ein separater Stützring verwendet werden. Dieser Stützring, dem - anders als der Innenlamelle - nur die Abstützfunktion zukommt, kann, radial gesehen, deutlich schmäler ausgeführt werden als die benachbarte Innenlamelle, wobei auch er axial gesehen etwas dicker ausgeführt werden kann, da auch ihm die Shim-Funktion zukommt. Der Vorteil der Verwendung dieser Stützelementarten ist natürlich, dass sie fliehkraft sicher sind, also auch bei hoher Drehzahl sich radial nicht weiten.
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Wie beschrieben kommt dem Stützelement darüber hinaus auch die Funktion zu, das Lamellenpaket zu Shimmen. Hierunter wird die Einstellung des axialen Abstands der Außen- und Innenlamellen zueinander im unbelasteten Zustand des Lamellenpakets verstanden. Dieser Abstand beträgt üblicherweise nur wenige Zehntel Millimeter und kann durch entsprechende Wahl der axialen Dicke des jeweiligen Stützelements eingestellt werden. Bevorzugt wird ein separater Stützring verwendet, was es ermöglicht, durchgehend gleiche Innenlamellen respektive Stahllamellen zu verwenden, sodass lediglich der ohnehin separat herzustellende Stützring mit variierender axialer Dicke auszuführen ist.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich axial erstreckende Verzahnungsabschnitte des gemeinsamen Lamellenträgers, in denen die Innenlamellen des ersten Lamellenpakets und die Außenlamellen des zweiten Lamellenpakets axial geführt sind, nur über einen Teil der Länge des Lamellenträgers erstrecken und die daran anschließenden Abschnitte unverformt zylindrisch sind. Das heißt, dass die Verzahnungen nicht durchgerollt sind und sich von einer Axialseite zur gegenüberliegenden erstrecken, sondern nur quasi im mittleren Lamellenträgerbereich ausgebildet sind, und wenn überhaupt nur zu einem Trägerende laufen. Dies führt dazu, dass sich zwangsläufig unverformte zylindrische Abschnitte zu einer oder beiden Seiten der Verzahnungen anschließen, was zu einer Versteifung des Lamellenträgers in Umfangsrichtung führt und damit zu einer Erhöhung der Stabilität gegen ein radiales Aufweiten bei hoher Drehzahl. Dies wäre zu besorgen, wenn sich die Verzahnungen über die gesamte Lamellenträgerlänge erstrecken würden, da eine solche dann quasi ziehharmonikaartige Querschnittsform bei hoher Drehzahl zu einem Aufweiten neigt.
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In gleicher Weise kann eine solche verkürzte Ausbildung der Verzahnungsabschnitte auch am Außenlamellenträger der ersten Teilkupplung und/oder am Innenlamellenträger der zweiten Teilkupplung vorgesehen sein, wiederum mit dem Ergebnis, dass die jeweiligen Lamellenträger steifer sind und damit stabiler gegen ein radiales Weiten bei hoher Drehzahl.
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Wie beschrieben wird jedes Lamellenpaket über ein separates Druckelement, üblicherweise einen Drucktopf, axial zusammengedrückt, um in einen Momente übertragenen Reibschluss gebracht zu werden. Wird der Reibschluss nicht mehr benötigt und das Druckelement entlastet, muss das Lamellenpaket wieder auseinander bewegt werden, also gelüftet werden, und das Druckelement zurückgestellt werden. Um dies zu ermöglichen, ist jedes Druckelement gegen ein Federpaket zum Zusammendrücken des jeweiligen Lamellenpakets bewegbar. Die axiale Bewegung des jeweiligen Druckelements erfolgt hydraulisch, indem über einen entsprechenden Zuführkanal ein Fluid in eine Ringkammer, die über das jeweilige Druckelement begrenzt ist, eingedrückt wird. Gegenüberliegend zu diesem Ringraum ist das Federpaket angeordnet. Auch in diesen Bereich ist ein Fluid über einen entsprechenden Zuführkanal einzubringen, um einen Fliehölausgleich vorzunehmen. Wird Fluid zum Bewegen des Druckelements eingebracht, so wird zum einen hierüber der Arbeitsdruck aufgebaut, über den das Druckelement axial verschoben wird. Zum anderen ergibt sich jedoch auch resultierend aus der Drehzahl eine zusätzliche dynamische Druckkomponente resultierend aus der auf das Fluid wirkenden Fliehkraft. Diese dynamische Druckkomponente ist nun möglichst weitgehend oder vollständig durch Aufbau eines dynamischen Gegendrucks an der anderen Seite des Druckelements, wo das Federpaket angeordnet ist, auszugleichen, sodass effektiv nur der eigentliche Arbeitsdruck auf das Druckelement, also den Drucktopf wirkt. Zu diesem Zweck wird das Fluid auch in den Bereich des Federpakets eingebracht, um einen Fliehölausgleich vorzunehmen. Da aufgrund der hohen Drehzahlen diese dynamische Druckkomponente beachtlich hoch sein kann, muss demzufolge auch ein entsprechender Ausgleichsdruck aufgebaut werden.
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Da die der Ringkammer gegenüberliegende Struktur, wo das Federpaket integriert ist, radial gesehen nicht immer geschlossen ist, was aber zum Aufbau insbesondere eines hohen Gegendrucks erforderlich ist, ist zweckmäßigerweise jedes Federpaket in einem über ein Dichtelement, das zu dem jeweiligen Druckelement hin abdichtet, abgedichteten Ringraum aufgenommen. Das heißt, dass über entsprechende Dichtelemente jeder „Gegendruckraum“ abgedichtet ist, um den Aufbau eines hinreichend hohen Gegendrucks zu ermöglichen. Es werden damit zwei abgedichtete Fliehölausgleichskammern gebildet.
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Zur Bildung dieses Ringraums im Bereich des dem ersten Lamellenpaket zugeordneten Federpakets weißt zweckmäßigerweise das Federpaket selbst ein Dichtelement auf, das diesen Ringraum abdichtet. Das Federelement ist so angeordnet, dass es einerseits zu dem Druckelement hin abdichtet, andererseits aber auch zu einem benachbarten Radialflansch, über den der gemeinsame Lamellenträger mit der Eingangswelle gekoppelt ist, wobei Druckelement und Radialflansch auf gleicher Drehzahl liegen. Es kommt also ein gemeinsames Dichtelement zum Einsatz, das zu beiden Bauteilen hin abdichtet und direkt am Federelement angeordnet ist, sodass sich ein kleiner, kompakter Ringraum als Fliehölausgleichskammer ausbildet.
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Zweckmäßig ist es ferner, wenn zwischen dem Federpaket und einem Radialflansch des gemeinsamen Lamellenträgers, an dem das Federpaket an der dem Druckelement gegenüberliegenden Seite abgestützt ist, ein Fluiddurchlass realisiert ist. Über diesen Fluiddurchlass ist ein Fliehölüberlauf realisiert, der als Druckausgleich dient. Hierüber kann sichergestellt werden, dass sich in diesem Bereich nur ein tatsächlich benötigter Gegendruck aufbaut und ein etwaiger Überdruck abgebaut werden kann.
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Auch dem Ringraum, in den über einen weiteren Zuführkanal das Fluid zum axialen Verschieben des dem zweiten Lamellenpaket zugeordneten Druckelements eingebracht wird, gegenüberliegenden Ringraum ist ein solches abdichtendes Dichtelement zugeordnet. Hier ist das dem zweiten Lamellenpaket zugeordnete Federpaket an einem sich radial erstreckenden Lagerring angeordnet respektive abgestützt, der das Dichtelement aufweist, das zu dem Druckelement hin abdichtet. Auch hier kommt also nur ein den Ringraum axial abdichtendes Dichtelement zum Einsatz.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung 1, umfassend eine erste Teilkupplung 2 sowie eine zweite Teilkupplung 3, die separat betätigt werden können, um ein über eine mit einem Antriebsaggregat wie einer Brennkraftmaschine oder einer elektrischen Maschine gekoppelte Eingangswelle 4 eingeleitetes Drehmoment auf zwei zu separaten, nachgeschalteten Getriebestufen führende Ausgangswellen 5, 6 zu übertragen. Die separaten Getriebestufen sind beispielsweise mittels eines zweistufigen Planetengetriebes im Falle einer Kopplung mit einer elektrischen Maschine ausgeführt, wobei die beiden Getriebestufen auf eine gemeinsame Getriebeabtriebswelle wirken, über die das zugeordnete Rad angetrieben wird.
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Die erste Teilkupplung 2 umfasst ein erstes Lamellenpaket 7 mit in Form von Reiblamellen ausgeführten Außenlamellen 8, die axial verschiebbar in einer Verzahnung 9 eines Außenlamellenträgers 10 geführt sind. Der Außenlamellenträger 10 ist über einen Radialflansch 11 über eine axial Verzahnungsverbindung 12 mit der ersten Ausgangswelle 5 verbunden.
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Das erste Lamellenpaket 7 umfasst des Weiteren mehrere als Stahllamellen ausgeführte Innenlamellen 13, die in einer Verzahnung 14 eines als Innenlamellenträger der ersten Teilkupplung 2 dienenden, gemeinsamen Lamellenträgers 15 axial verschiebbar geführt sind. Dieser gemeinsame Lamellenträger 15, der, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, auch den Außenlamellenträger der zweiten Teilkupplung 3 bildet, ist über ein als Radialflansch 16 dienendes Bauteil fest mit der Eingangswelle 4 verbunden, sodass ein eingebrachtes Drehmoment zwingend auf den gemeinsamen Lamellenträger 15 gegeben wird, der damit permanent mit der Eingangswelle 4 rotiert. Der gemeinsame Lamellenträger 15 ist über einen in eine an ihm ausgebildete Nut 17 eingreifenden Sicherungsring 18 axial fixiert, wobei diese Nut entweder mechanisch oder durch Umformung in das den Lamellenträger 15 bildende Blechbauteil eingebracht ist.
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Das erste Lamellenpaket 7 ist über ein Stützelement 19 in Form eines Stützrings 20 axial gegenüber dem Lamellenträger 15 abgestützt. Hierzu ist am Lamellenträger 15 zum ersten Lamellenpaket 7 vorspringend eine Widerlagerebene 21 vorgesehen, die über mehrere in Umfangsrichtung verteilte, eingeprägte Absätze 22, die im Bereich der Innenverzahnung 14 ausgebildet sind, gebildet ist. Diese radial vorspringenden Absätze 22 lagern den Stützring 20 axial auf. An ihm abgestützt ist die erste Innenlamelle 13.
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An der gegenüberliegenden Seite des Lamellenpakets 7 greift ein Druckelement 23 hier in Form eines Drucktopfes an, er drückt gegen die dort endständige Innenlamelle 13. Er ist axial verschiebbar auf der Eingangswelle 4 über ein Dichtelement 24 gelagert, sodass er bei Einbringen eines Fluids über einen Zuführkanal 25 in einen Ringraum 26, der einerseits über das Druckelement 23, andererseits über ein Flanschelement 27 und ein Dichtelement 28 abgedichtet ist, axial verschoben werden kann. Der Lamellenträger 15 ist mit dem Druckelement 23 drehfest gekoppelt, wozu axiale endständige Finger 29 des Lamellenträgers 15 entsprechende fensterartige Durchbrechungen 30 des Druckelements 23 durchgreifen.
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Die Verstellbewegung des Druckelements 23 erfolgt gegen die Rückstellkraft eines Federpakets 31, das beispielsweise am Druckelement 23 befestigt ist und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilter Schraubenfedern 32 aufweist. Das Federpaket 31 ist an dem Radialflansch 16, der wie beschrieben positionsfest ist, axial abgestützt. Am Federelement 31 ist ein Dichtelement 33 angeordnet, das einerseits zu dem Druckelement 23, andererseits zum Radialflansch 16 hin abdichtet und so einen abgedichteten Ringraum 34 begrenzt, in den über ein Zuführkanal 35 ein Fluid eingebracht werden kann, um hierüber einen Fliehölausgleich vornehmen zu können, also einen Gegendruck aufzubauen, der dem aus der hohen Rotationsgeschwindigkeit, die auf das in den Ringraum 26 eingebrachte Fluid wirkt, resultierenden dynamischen Druck entgegenwirkt. Dabei ist zur Ermöglichung eines Überlaufs ein Fluiddurchlass 36 zwischen dem Federpaket 31 und dem Radialflansch 16 realisiert, über den das eingebrachte Fluid zum Abbau eines etwaigen Überdrucks radial abfließen kann.
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Auch die zweite Teilkupplung 3 umfasst ein Lamellenpaket 37, mit Außenlamellen 38, hier in Form von Reiblamellen, die an einem Verzahnungsabschnitt 39 des gemeinsamen Lamellenträgers 15 axial verschiebbar geführt sind. Zwischen sie greifen Innenlamellen 40 in Form von Stahllamellen, die an einem Verzahnungsabschnitt 41 eines Innenlamellenträgers 42 axial verschiebbar geführt sind, wobei der Innenlamellenträger 42 über eine Verzahnungsverbindung 43 mit der zweiten Ausgangswelle 6 gekoppelt ist.
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Ersichtlich dient der Lamellenträger 15 als gemeinsamer Lamellenträger für beide Teilkupplungen 2, 3, nachdem er einerseits den Verzahnungsabschnitt 14 aufweist, der der axialen Führung der Innenlamellen 13 der ersten Teilkupplung 2 dient, und andererseits den Verzahnungsabschnitt 39, der der axialen Führung der Außenlamellen 38 der zweiten Teilkupplung 3 dient. Die beiden Verzahnungsabschnitte 14, 39 sind in Form von umlaufend in Umfangsrichtung ausgebildeten, sich axial erstreckenden Erhebungen und Vertiefungen ausgeführt, was auf einfache Weise durch Umformen des den Lamellenträger 15 bildenden Blechbauteil möglich ist.
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Das Lamellenpaket 37 ist axial zur einen Seite über einen radial nach innen verlaufenden Radialflansch 44, der integral am Lamellenträger 15 ausgebildet ist, abgestützt, das heißt, dass der Lamellenträgerrand radial nach innen umgebogen ist. An der gegenüberliegenden Seite des Lamellenpakets 37 greift wiederum ein Druckelement 45 in Form eines Drucktopfes an, das, über ein Dichtelement 46 abgedichtet, wiederum axial bewegbar auf der Eingangswelle 4 geführt ist. Um das Druckelement 45 axial zu verschieben, ist auch hier ein Zuführkanal 47 vorgesehen, über den ein Fluid in eine Ringkammer 48 eingedrückt werden kann. Die Ringkammer 48 ist einerseits durch den Radialflansch 16, der positionsfest ist, und andererseits durch das Druckelement 45 begrenzt, wobei auch hier die Abdichtung der Ringkammer 48 über ein Dichtelement 49, das am Druckelement 45 angeformt ist und im gezeigten Beispiel einstückig mit dem Dichtelement 46 ist, abgedichtet ist.
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Das Druckelement 45 ist axial gegen die Rückstellkraft eines Federpakets 50 bewegbar, wobei das Federpaket 50 axial einerseits an der Eingangswelle 4 abgestützt ist, andererseits an einem Lagerring 51, der über einen Sprengring 52 drehfest mit der Eingangswelle 4 verbunden ist, sodass auch hier der Lagerring 51, das Federpaket 50 und, wie bereits beschrieben, der Radialflansch 16 und das Druckelement 45 auf der Eingangswellendrehzahl liegen. Zur Ausbildung eines dem Fliehölausgleich dienenden Ringraums 53, in den über einen Zuführkanal 54 ein den Gegendruck aufbauendes Fluid eingedrückt werden kann, ist ein Dichtelement 55 an dem Lagerring 51 angeordnet, das zum Druckelement 45 hin abdichtet.
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Im Betrieb rotiert die Eingangswelle 4, die über ein Wälzlager 56 drehbar relativ zur zweiten Ausgangswelle 6 gelagert ist, mit entsprechender Eingangsdrehzahl. Mit ihr rotieren die an der Eingangswelle befestigten oder gelagerten Bauteile, nämlich der Stützring 27, das Druckelement 23, der Radialflansch 16, das Druckelement 45 sowie der Lagerring 51, wie auch die beiden Federpakete 31 und 50, sowie der mit dem Radialflansch 16 gekoppelte Lamellenträger 15 und mit diesem die Innenlamellen 13 der ersten Teilkupplung 2 sowie die Außenlamellen 38 der zweiten Teilkupplung 3. Soll nun die erste Teilkupplung 2 geschlossen werden, um das Eingangsdrehmoment auf die erste Ausgangswelle 5 zu führen, so wird das Fluid über den Zuführkanal 25 in den Ringraum 26 gedrückt, sodass sich der entsprechende Steuerdruck oder Arbeitsdruck aufbaut und das Druckelement 23 nach rechts gegen das Federpaket 31 geschoben wird. Hierbei drückt das Druckelement 23 das erste Lamellenpaket 7, gegengelagert am Stützelement 19, zusammen, sodass die Außenlamellen 8 in Reibschluss mit den Innenlamellen 13 gelangen und daraus resultierend der Außenlamellenträger 10 mitgenommen wird. Das Drehmoment wird über den Radialflansch 11 sodann auf die erste Ausgangswelle 5 übertragen. Über diese Ausgangswelle 5 wird die erste Getriebestufe bedient.
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Mit Erreichen der Schaltdrehzahl wird der Arbeitsdruck in der Ringkammer 26 abgebaut und gleichzeitig durch Zuführen eines Fluids über den Zuführkanal 47 in den Ringraum 48 die zweite Teilkupplung 3 zugeschaltet. Der Abbau des Arbeitsdrucks in der Ringkammer 26 bewirkt, dass das Federpaket 31 das Druckelement 23 wieder zurückstellt, was zum Entlasten des Lamellenpakets 7 führt, die Lamellen 8, 13 trennen sich, der Reibschluss und damit der Momentenübertrag wird aufgehoben.
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Gleichzeitig wird durch Aufbau des Arbeitsdrucks in der Ringklammer 48 das zweite Druckelement 45 axial nach rechts gegen das Lamellenpaket 37 geschoben, sodass dieses zusammengedrückt wird. Die bereits auf Drehzahl befindlichen Außenlamellen 38 nehmen die Innenlamellen 40 sodann aufgrund des Reibschlusses mit, was zur Rotation des Innenlamellenträgers 42 und damit zur Rotation der zweiten Ausgangswelle 6 führt. Über diese wird die zweite Getriebestufe bedient, über die die gemeinsame Abtriebswelle zum jeweiligen gekoppelten Rad angetrieben wird. Mit dem Schalten auf die zweite Getriebestufe einher geht zwangsläufig eine Reduzierung der Drehzahl der Antriebsmaschine, also der Brennkraftmaschine oder der elektrischen Maschine, die dann erneut hochdrehen kann, um die Ausgangswellendrehzahl weiter zu erhöhen und die Raddrehzahl resultierend aus der anderen Übersetzung der zweiten Getriebestufe verglichen mit der ersten Getriebestufe weiter zu erhöhen, also zu beschleunigen.
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Das nachgeschaltete Getriebe ist bevorzugt ein zweistufiges Planetengetriebe, insbesondere im Falle einer elektrischen Maschine als Antriebsaggregat. Die Ausgangswelle 5 arbeitet auf die erste Getriebestufe, während die Ausgangswelle 6 auf die zweite Getriebestufe arbeitet. Beide Getriebestufen arbeiten jedoch auf eine gemeinsame Getriebeabtriebswelle, die mit dem Rad, das angetrieben werden soll, gekoppelt ist.
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Wie die Figur zeigt, weist die Kupplungseinrichtung 1 einen sehr kompakten Aufbau auf, insbesondere in radialer Richtung. Denn ersichtlich sind nur drei Lamellenträger, nämlich der Außenlamellenträger 10, der gemeinsame Lamellenträger 15 sowie der Innenlamellenträger 42 vorgesehen, nicht aber, wie bisher üblich, vier separate Lamellenträger. Dies führt dazu, dass eine radiale Kompaktierung möglich ist, da keine zwei Lamellenträger zwischen dem Außenlamellenträger 10 und dem Innenlamellenträger 42 zu integrieren sind, die auch axial gesehen separat zu lagern wären, sodass auch eine axiale Bauraumreduzierung möglich ist. Der Umstand, dass der Radialflansch 44 nach innen gezogen ist und nicht nach außen geführt ist, vielmehr radial außen das Stützelement 19 vorgesehen ist, erlaubt es des Weiteren, den Außenlamellenträger 10 respektive den Radialflansch 11 in diesen Bereich nach innen zu ziehen, sodass auch hier eine Kompaktierung erfolgt.
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Die beiden Verzahnungsabschnitte 14 und 39, die wie beschrieben radial gesehen ineinander übergehen, da ein Zahnfuß der einen Verzahnung gleichzeitig ein Zahntal der anderen Verzahnung ist, erstrecken sich nicht über die gesamte Länge des Lamellenträgers 15, das heißt, dass dieser nicht durchgerollt ist. Vielmehr erstreckt sich die Verzahnung, wie insbesondere über den Verzahnungsabschnitt 39 gezeigt ist, von der rechten Seite her nur ein Stück weit, sodass sich im Kopplungsbereich zum Radialflansch 16 ein unverformter zylindrischer Abschnitt ergibt. Dies ist für die Erhöhung der Steifigkeit des Lamellenträgers 15 zweckmäßig, um ein Aufweiten zu vermeiden. Der Aussteifung dient natürlich auch der radial nach innen gezogene Radialflansch 44.
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Auch der Außenlamellenträger 10 mit seiner Verzahnung 9 ist nicht durchgerollt, auch hier bildet sich am linken Ende ein unverformter Abschnitt, der der Versteifung dient.
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Auch die Federpakete 31, 50 sind so kompakt wie möglich integriert und die entsprechenden benachbarten Bauteile soweit als möglich ineinander geschachtelt, um die Kompaktierung noch weiter zu erhöhen, gleichzeitig aber auch die entsprechenden benötigten Ringkammern 26 bzw. 34 sowie 48 bzw. 53 auszubilden. Die Verschachtlung ermöglicht es des Weiteren, auf einfache Weise die entsprechenden Ringkammern über die beschriebenen Dichtelemente abzudichten, um einerseits ein schnelles und sicheres Schalten auch bei hohen Drehzahlen zu ermöglichen, da der entsprechende Schaltdruck aufgebaut werden kann, andererseits aber auch einen entsprechenden Fliehölausgleich zu ermöglichen.
