-
Die Erfindung betrifft eine Trennkupplung mit einer Rotationsachse für eine Verbrennungskraftmaschine in einem Hybrid-Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Hauptkupplung mit einer Getriebeseite und einer Motorseite zum trennbaren Übertragen eines vorbestimmten Soll-Drehmoments zwischen der Getriebeseite und der Motorseite;
- - eine Magnetkupplung zum Übertragen eines Vorsteuerdrehmoments für die Hauptkupplung; und
- - ein Rampensystem zum Umwandeln des Vorsteuerdrehmoments in eine axiale Betätigungskraft,
wobei mittels einer Magnetkraft infolge einer Leistungsbestromung ein Anker axial an einem Stator haltbar ist, und wenn der Anker axial an dem Stator gehalten ist, das Vorsteuerdrehmoment übertragbar ist. Die Trennkupplung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine schaltbare Sperre zwischen der Motorseite der Hauptkupplung und dem Rampensystem vorgesehen ist,
wobei die Sperre zwischen einer freien Stellung und einer drehmomentabstützenden Stellung schaltbar ist,
wobei die Sperre mittels der Magnetkraft in die drehmomentabstützende Stellung schaltbar ist.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Hybrid-Antriebsstrang mit einer solchen Trennkupplung, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Hybrid-Antriebsstrang, sowie ein Schließverfahren zum elektrisch-leistungsarmen Geschlossenhalten einer Trennkupplung.
-
Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Antriebssträngen, beispielsweise im Bereich der Hybrid-Kraftfahrzeuge, wird eine rein elektrisches Fahren als Hauptzustand für innerstädtische Geschwindigkeiten (beispielsweise bis 50 km/h [fünfzig Kilometer pro Stunde]) gefordert. Es lassen sich selbst bei einer geringeren Leistung der elektrischen Antriebsmaschine die elektrischen Fahrfunktionen Kriechen, Rangieren und aktives Segeln, also Halten einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit, realisieren. Bei geringer Versorgerspannung ist teilweise das System für Beschleunigungsvorgänge und Anfahrvorgänge nur eingeschränkt nutzbar. Der Motorwiederstart der Verbrennungskraftmaschine über die elektrische Antriebsmaschine kann sehr dynamisch und komfortabel dargestellt werden und ist damit gegenüber einem konventionellen Start-Stopp-System deutlich verbessert. Eine Einschränkung ergibt sich bei elektrischer Fahrt mit gleichzeitigem Motorwiederstart bei geringer Leistung der elektrischen Antriebsmaschine. Es existiert ein Zielkonflikt zwischen der Momentenverteilung für die Traktion (in Richtung Abtrieb) und dem Wiederstart (in Richtung Verbrennungskraftmaschine). Auf Basis der gewählten Betriebsstrategie ergeben sich daher die Anforderungen an das Trennkupplungssystem und das gegebenenfalls erforderliche Zusatzstartsystem.
-
Für den Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine ist eine Trennkupplung vorgesehen, welche oftmals als KO-Kupplung bezeichnet wird. Eine solche KO-Kupplung hat bezüglich ihrer Regelbarkeit und ihrer Funktionswerte andere Vorgaben zu erfüllen, als vorbekannte Anfahrkupplungen, beispielsweise in einem reinen Verbrenner-Antriebsstrang. In diesem Zusammenhang wurde bereits ein Kupplungssystem erdacht, welches als Vorsteuerkupplung eine Magnetkupplung verwendet. Eine solche Trennkupplung ist in der ATZ elektronik Ausgabe 2/2016 Seite 64 und Folgende im Artikel 48-V-Hybridmodule - mehr als ein Einstieg in die Elektrifizierung unter der Rubrik Entwicklung E /E im Antriebsstrang veröffentlicht.
-
Nachteilig bei diesem Konzept ist, dass die Magnetkupplung zum Halten der Trennkupplung im geschlossenen Zustand maximal leistungsbestromt werden muss.
-
Ferner ist aus der
DE 10 2016 219 234 A1 ein Kupplungssystem zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors bekannt, mit einer Reibungskupplung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einem Drehmomenteinleitungselement und einem Drehmomentausleitungselement, einem Rampensystem zum axialen Verlagern einer Anpressplatte der Reibungskupplung, wobei das Rampensystem eine Eingangsrampe und eine relativ zur Eingangsrampe verdrehbare Ausgangsrampe zur Veränderung einer axialen Erstreckung des Rampensystems infolge einer Differenzdrehzahl zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement aufweist, einem mit dem Drehmomenteinleitungselement und der Eingangsrampe gekoppelten Freilauf, wobei der Freilauf in einer Sperrstellung von dem Drehmomenteinleitungselement an die Eingangsrampe ein Steuermoment zum Schließen der Reibungskupplung überträgt, und einer mit dem Drehmomenteinleitungselement und der Eingangsrampe gekoppelten Magnetkupplung zur Überbrückung des Freilaufs. Für den Wechsel der Betriebsmodi im Schubbetrieb ist es erforderlich mit Hilfe der Magnetkupplung den Freilauf zu überbrücken.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
-
Die Erfindung betrifft eine Trennkupplung mit einer Rotationsachse für eine Verbrennungskraftmaschine in einem Hybrid-Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Hauptkupplung mit einer Getriebeseite und einer Motorseite zum trennbaren Übertragen eines vorbestimmten Soll-Drehmoments zwischen der Getriebeseite und der Motorseite;
- - eine Magnetkupplung zum Übertragen eines Vorsteuerdrehmoments für die Hauptkupplung; und
- - ein Rampensystem zum Umwandeln des Vorsteuerdrehmoments in eine axiale Betätigungskraft,
wobei mittels der Betätigungskraft des Rampensystems die Hauptkupplung für ein Übertragen des vorbestimmten Soll-Drehmoments verpressbar ist,
wobei die Magnetkupplung einen axial fixierten Stator und einen axial bewegbaren Anker umfasst, wobei mittels einer Magnetkraft infolge einer Leistungsbestromung der Anker axial an dem Stator haltbar ist, und wenn der Anker axial an dem Stator gehalten ist, das Vorsteuerdrehmoment übertragbar ist,
-
Die Trennkupplung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine schaltbare Sperre zwischen der Motorseite der Hauptkupplung und dem Rampensystem vorgesehen ist,
wobei die Sperre zwischen einer freien Stellung und einer drehmomentabstützenden Stellung schaltbar ist,
wobei die Sperre mittels der Magnetkraft in die drehmomentabstützende Stellung schaltbar ist.
-
Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
-
Die hier vorgeschlagene Trennkupplung ist in einem Hybrid-Antriebsstrang zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Antriebsmaschine einsetzbar, beispielsweise angeordnet in konventioneller Weise als KO-Kupplung. Beispielsweise umfasst die Trennkupplung einen mitrotierenden Kupplungsdeckel, an welchem der Antriebsrotor (Rotorwelle) einer elektrischen Antriebsmaschine dauerhaft drehmomentübertragend angreift und ein entsprechender Antriebsstator radial außerhalb angeordnet ist. Alternativ ist ein solcher mitrotierender Kupplungsdeckel zugleich eine Zugmittelscheibe, beispielsweise für eine parallel angeordnete elektrische Antriebsmaschine drehmomentübertragend verbunden mittels eines Riementriebs. In einer alternativen Ausführungsform ist der Kupplungsdeckel verbrennerseitig angeschlossen und eine Zentralwelle ist mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden. Die Hauptkupplung ist dazu eingerichtet, ein vorbestimmtes Soll-Drehmoment entsprechend der gewünschten Leistung der Verbrennungskraftmaschine zwischen der Getriebeseite und der Motorseite zu übertragen. Die Getriebeseite ist die (axiale) Seite, an welcher ein Übertragungsgetriebe anschließbar ist, beispielsweise (optional zunächst eine weitere Reibkupplung und anschließend) eine Getriebeeingangswelle eines Übersetzungsgetriebes. Die Motorseite ist die (axiale) Seite, an welcher die Rotorwelle, bevorzugt dauerhaft, und die Verbrennerwelle, mittels der Trennkupplung abtrennbar, angeschlossen ist, beispielsweise unmittelbar eine Getriebeeingangswelle eines Übersetzungsgetriebes. Die Hauptkupplung ist dafür mittels der Magnetkupplung, welche als Vorsteuerkupplung eingerichtet ist, betätigbar. Das Vorsteuerdrehmoment wird (zumindest zu einem Teil) an das Rampensystem übergeben, wobei dort das Vorsteuerdrehmoment in eine axiale Betätigungskraft umgewandelt wird, mittels welcher die Hauptkupplung ausreichend stark verpressbar ist, um das vorbestimmte Soll-Drehmoment zu übertragen. Zumindest bei Anliegen des maximalen Vorsteuerdrehmoments ist die Hauptkupplung dann mittels des Rampensystems derart geschlossen, dass das vorbestimmte Soll-Drehmoment übertragbar ist. Die Hauptkupplung ist schlupfend betreibbar, bevorzugt ausgeführt als Reibkupplung, sodass das übertragbare Drehmoment von der elektrischen Antriebsmaschine auf die Verbrennungskraftmaschine und umgekehrt steuerbar ist.
-
Die Trennkupplung ist dazu eingerichtet, dass eine Verbrennungskraftmaschine zusätzlich zu der elektrischen Antriebsmaschine zur Drehmomentabgabe an die Getriebeseite zuschaltbar ist. Die elektrische Antriebsmaschine ist dabei drehmomentabgebend, neutral oder rekuperierend betreibbar. Bevorzugt ist die Trennkupplung zudem dazu eingerichtet, dass eine Verbrennungskraftmaschine mittels der elektrischen Antriebsmaschine anlassbar ist. Dazu ist bevorzugt die Trennkupplung schlupfend betreibbar.
-
In den meisten Fällen ist die Trennkupplung in einer normal-offenen Konfiguration ausgeführt. Der Nicht-Normalzustand, also der geschlossene Zustand, ist nicht unbedingt ein kurzfristiger Zustand. Zum Halten der Trennkupplung in dem geschlossenen Zustand ist die Magnetkupplung in einem leistungsbestromten, oftmals in Maximalleistung, zu betreiben. Es ist also ein recht hoher elektrischer Energiebedarf notwendig.
-
Hier ist nun vorgeschlagen, dass eine Sperre vorgesehen ist, mittels welcher der geschlossene Zustand der Hauptkupplung haltbar ist, ohne dass die Magnetkupplung in diesem geschlossenen Zustand mit Maximalleistung betrieben werden muss. Zudem ist zum geschlossen Halten der Hauptkupplung kein (entgegenstehendes) Drehmoment von der Getriebeseite notwendig, sondern die Sperre schließt den Drehmomentverlauf über das Rampensystem kurz, weil die Sperre zwischen die Hauptkupplung und das Rampensystem geschaltet ist. Zugleich bleibt aber eine Schaltbarkeit mittels der Magnetkupplung erhalten.
-
Die Sperre ist in eine drehmomentabstützende Stellung überführt, wenn die Magnetkraft anliegt und das Rampensystem zum Übertragen der Betätigungskraft verdreht ist. Sobald und während die Sperre in die drehmomentabstützende Stellung überführt ist, ist die Magnetkraft reduzierbar und damit die elektrische Energieaufnahme reduzierbar. Die Magnetkraft muss nur so groß sein, dass der Anker an dem Stator gehalten bleibt, wobei die dazu benötigte Magnetkraft deutlich geringer ist als notwendig zum Erzeugen einer solchen Betätigungskraft, mittels welcher mit der Hauptkupplung ein Soll-Drehmoment übertragbar ist, und bevorzugt geringer ist als notwendig zum Erzeugen einer solchen Betätigungskraft, mittels welcher mit der Hauptkupplung ein Drehmoment oberhalb eines vernachlässigbaren oder zulässigen Schleppmoments übertragbar ist. Die Höhe der Betätigungskraft ist bevorzugt maßgeblich von der Axialkraft auf die Zahnvorrichtung bestimmt (vergleiche beispielsweise die nachfolgend beschriebene Ausführungsform mit den biegbaren Laschen).
-
Die Betätigungskraft beziehungsweise die maximale Betätigungskraft ist von der Sperrwirkung der Sperre in der drehmomentabstützenden Stellung haltbar, aber bevorzugt ist die Sperre erst dann in die drehmomentabstützende Stellung überführt, wenn einmal (mittels der maximalen Magnetkraft) die maximale Betätigungskraft erzeugt ist. Damit ist ein Verpressen mittels der Magnetkraft, also mittels der Leistungsbestromung der Magnetkupplung, regelbar und somit ein sanftes (schlupfendes) Einrücken der Hauptkupplung ermöglicht. Dies ist vor allem während eines rein elektrischen Zugbetriebs (Drehmomentabgabe einzig von der elektrischen Antriebsmaschine an die Getriebeseite) vorteilhaft, wenn zeitgleich die Verbrennungskraftmaschine von der elektrischen Antriebsmaschine angelassen, also auf eine Eigenbetriebsdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine beschleunigt, werden soll. Dann sind währenddessen in der Regel auftretende Drehmomentschwankungen im (von der Magnetkraft geregelten) Schlupfbetrieb der Hauptkupplung dissipierbar.
-
Die Schaltbarkeit mittels der Magnetkraft zwischen der freien Stellung und der drehmomentabstützenden Stellung ist beispielsweise dadurch sichergestellt, dass ein (beispielsweise axial wirkender) Verriegelungsmechanismus mittelbar oder unmittelbar mit dem Anker verbunden ist oder ebenfalls von dem Stator oder der Leistungsbestromung der Spule der Magnetkupplung aktuierbar ist. Dies sind vorteilhafte Ausführungsformen, welche vorhandene Funktionseinheiten integral nutzen und es sind auch andere Verriegelungsmechanismen und/oder Ansteuerungen für einen Verriegelungsmechanismus einsetzbar. Beispielsweise bei einem Schlingband nach nachfolgend beschriebener Ausführungsform ist dessen Aktor beispielsweise in einer zusätzlichen Stellung zum Überführen und/oder Halten der Sperre in der drehmomentabstützenden Stellung einsetzbar.
-
Der Verriegelungsmechanismus wirkt (wie oben bereits erläutert) mit dem Rampensystem bevorzugt derart zusammen, dass das Rampensystem unmittelbar nach dem Schließen eines Lüftspiels oder mit dem Anliegen eines vorbestimmten Minimal-Drehmoments in der Hauptkupplung die Sperre in die drehmomentabstützende Stellung überführt und dort hält. Eine Steigerung des mittels der Hauptkupplung übertragbaren Drehmoments, also ein weiteres Anziehen, ist bevorzugt auch mit geschlossener Sperre möglich. Damit ist eine Regelbarkeit der Hauptkupplung mittels der Magnetkupplung geschaffen, wobei die Magnetkupplung dazu nicht geöffnet werden muss. Alternativ ist die Sperre erst in einem Zustand der Erzeugung der maximalen Betätigungskraft in die drehmomentabstützende Stellung gebracht. Damit ist eine Regelbarkeit in beiden Richtungen (Steigerung und Minderung des mittels der Hauptkupplung übertragbaren Drehmoments) mittels der Magnetkraft, also mittels der Leistungsbestromung der Magnetkupplung, gewährleistet. Beispielsweise ist dazu zumindest ein Rampenring mit einer korrespondierenden Riegelaufnahme für den Verriegelungsmechanismus vorgesehen, welche ihrerseits (beispielsweise axial) dem Verriegelungsmechanismus zugeführt werden muss, um die drehmomentabstützende Stellung der Sperre zu bewirken. Beispielsweise sind die Riegelaufnahme und der Verriegelungsmechanismus als Steckverzahnung ausgeführt, wobei beide Komponenten (von entgegengesetzten Seiten) axial aufeinander zu führbar sind.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Trennkupplung vorgeschlagen, dass die Magnetkupplung weiterhin umfasst:
- - einen antagonistisch zu der Magnetkraft wirkenden Drehmoment-Axialkraft-Wandler, mittels welchem der Anker von dem Stator axial beabstandet gehalten ist; und
- - eine rotatorische Bremse, welche einer Synchron-Rotation des Ankers mit dem Stator entgegenwirkend eingerichtet ist,
wobei bevorzugt der Drehmoment-Axialkraft-Wandler als Blattfedereinrichtung mit dem Anker an einer Ankerseite und mit einem Blattfedertopf mit einer Lagerseite axialkraftübertragend und drehmomentübertragend verbunden ist,
wobei bevorzugt die Bremse ein Schlingband umfasst, wobei besonders bevorzugt das Schlingband unmittelbar mit dem Blattfedertopf des als Blattfedereinrichtung ausgeführten Drehmoment-Axialkraft-Wandlers reibschlüssig drehmomentübertragend verbindbar ist.
-
Die hier vorgeschlagene Magnetkupplung ist als Vorsteuerkupplung für eine Trennkupplung eingerichtet, bevorzugt für einen Hybrid-Antriebsstrang, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug. Mittels der Magnetkupplung ist ein Vorsteuerdrehmoment in eine axiale Betätigungskraft, beispielsweise Anpresskraft, für eine Hauptkupplung schaltbar erzeugbar, sodass ein zu übertragendes Drehmoment für den Hybrid-Antriebsstrang (zumindest hauptsächlich) über die Hauptkupplung übertragbar ist. Die Hauptkupplung ist beispielsweise eine konventionelle Reibkupplung oder eine sogenannte Wedge-Clutch (in einem geringen Differenzdrehzahlbereich schlupfend betreibbare Formschluss-Kupplung). Die Magnetkupplung ist um eine Rotationsachse rotierbar, wobei der Stator und der Anker im geschlossenen Zustand der Trennkupplung mit der anliegenden Drehzahl mitdrehen. Der Stator ist axial fixiert und bewirkt bei einer entsprechenden Leistungsbestromung eine axiale Magnetkraft auf den Anker, sodass der Anker von dieser Magnetkraft gegen den axial fixierten Stator gezogen gehalten wird. Bevorzugt ist der Stator mit einer Spule ausgeführt und der Anker als passives, beispielsweise ferromagnetisches, Element ausgeführt.
-
Weiterhin ist ein Drehmoment-Axialkraft-Wandler vorgesehen, beispielsweise umfassend zumindest eine Blattfeder, Schraubenfeder und/oder eine Rampe, welche der Magnetkraft entgegenwirkend (bevorzugt vorgespannt) angeordnet ist. Mittels des Drehmoment-Axialkraft-Wandlers ist der Anker von dem Stator mit einem gewünschten Axialspalt, beispielsweise um die Magnetkupplung schleppmomentfrei zu halten, beabstandet gehalten. Der Drehmoment-Axialkraft-Wandler weist eine Ankerseite auf, welche dem Anker zugeordnet ist und mittelbar oder unmittelbar mit dem Anker verbunden ist. Axial gegenüberliegend weist der Drehmoment-Axialkraft-Wandler eine Lagerseite auf, welche beispielsweise im Einsatz in einem Hybrid-Antriebsstrang der elektrischen Antriebsmaschine zugeordnet ist. Die Lagerseite rotiert somit mit der elektrischen Antriebsmaschine (beziehungsweise deren Rotor) mit und die Ankerseite mit der Verbrennungskraftmaschine (beziehungsweise deren Verbrennerwelle) mit. Bei geschlossener Trennkupplung und/oder geschlossener Magnetkupplung laufen die Ankerseite und die Lagerseite synchron.
-
Hier ist nun vorgeschlagen, dass zusätzlich eine rotatorische Bremse vorgesehen ist, wobei die Bremse dazu eingerichtet ist, eine Differenzdrehzahl zwischen der Ankerseite und der Lagerseite des Drehmoment-Axialkraft-Wandlers mittels Bremswirkung, also eine Relativdrehzahl über dem Drehmoment-Axialkraft-Wandler, zu bewirken. Die rotatorische Bremse ist gegen eine Rotationsbewegung fixiert, bevorzugt an einem stehenden Gehäuse fixiert, beispielsweise an dem Motorgehäuse der elektrischen Antriebsmaschine, an einer Kupplungsglocke und/oder an dem Motorblock der Verbrennungskraftmaschine. Wenn also die rotatorische Bremse geschlossen wird und eine Drehzahl an der Lagerseite anliegt und keine Drehzahl an der Ankerseite, wenn also beispielsweise eine angeschlossene Verbrennerwelle steht, wird eine Differenzdrehzahl zwischen der Lagerseite und der Ankerseite bewirkt und dem Drehmoment-Axialkraft-Wandler wird infolge der Differenzdrehzahl entgegen seiner Vorspannung zum Bereithalten des Axialspalts zwischen dem Anker und dem Stator eine den Axialspalt verkleinernde Axialbewegung aufgezwungen. Beispielsweise bei einem als Druckfeder ausgeführten Drehmoment-Axialkraft-Wandler wird infolge der von der Differenzdrehzahl bedingten Torsion der Drehmoment-Axialkraft-Wandler axial aufgestellt. Bei einer Ausführungsform des Drehmoment-Axialkraft-Wandlers als Zugfeder wird der Drehmoment-Axialkraft-Wandler infolge der Torsion axial zusammengezogen. Somit ist der Axialspalt mittels der rotatorischen Bremse steuerbar verkleinerbar und vergrößerbar, wobei bevorzugt dafür keine Magnetkraft benötigt wird.
-
Ein Schließen oder zumindest Verkleinern des Axialspalts mittels der rotatorischen Bremse hat zudem den Vorteil, dass für das Überwinden des Axialspalts, wofür bei vorbekannten Lösungen ohne rotatorischen Bremse also aufgrund der quadratischen Abhängigkeit zu der Größe des Axialspalts eine große Magnetkraft notwendig ist, keine solch große Magnetkraft benötigt ist und damit der Stator und Anker geringer dimensioniert auslegbar ist und/oder mit einer geringeren Leistungsbestromung betätigbar ist. Beispielsweise ist eine Magnetkraft ausreichend, welche den Anker bei überwundenem (also geschlossenen) Axialspalt axial an dem Stator hält. Besonders bevorzugt ist der Axialspalt axial länger als für ein rein magnetisches Schließen zulässig beziehungsweise als eine Spaltbreite, über welche eine ausreichende Magnetkraft erzeugbar ist. Beispielsweise ist der Axialspalt größer/gleich 1 mm [größer/gleich ein Millimeter]. In einer bevorzugten Ausführungsform ist während des Schließens des Axialspalts (mittels der Bremse) keine oder nur eine geringe Magnetkraft erzeugt, wobei diese derart gering ist, dass ein Drehmoment über die Hauptkupplung von einer Minimalkraft bis zu einer Maximalkraft sanft aufbaubar ist (vergleiche dazu unten).
-
Für eine Ausführungsform der Trennkupplung, bei welcher eine Regelbarkeit des (mittels der Hauptkupplung) übertragbaren Drehmoments mittels der Magnetkraft gewünscht ist, ist der Einsatz des Drehmoment-Axialkraft-Wandlers also besonders vorteilhaft.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Trennkupplung vorgeschlagen, dass die Sperre mittels des Rampensystems bei einem über der Hauptkupplung anliegenden Schubdrehmoment aus der drehmomentabstützenden Stellung herausschaltbar ist.
-
Bei dieser Ausführungsform ist das Schließen der Sperre von der Richtung des Drehmoments abhängig. Oftmals ist es erwünscht oder notwendig, in einer Drehmomentrichtung, hier als Schubdrehmoment bezeichnet, beispielsweise wie im Bereich von Kraftfahrzeugen verwendet, ist dauerhaft eine Regelbarkeit zu erhalten und/oder nur für eine kurze Zeit ein Drehmoment dieser Richtung zu übertragen, sodass sich keine Vorteile aus einer Sperrung ergeben. In einigen Anwendungsfällen ist das Schubdrehmoment deutlich geringer als das (entgegengesetzt wirkende) Zugdrehmoment. Auch hierfür ist eine Sperrung entweder nicht wirtschaftlich oder eine Sperrung mit zu hohem Soll-Drehmoment ist sogar hinsichtlich der Sicherheit für die Motorseite schädlich beziehungsweise mit dieser nicht vereinbar. Indem also die Sperre sich einzig bei anliegendem Zugdrehmoment schließen lässt, ist ein Schutz vor einem zu hohen Schubdrehmoment von der Getriebeseite zu der Motorseite sichergestellt.
-
Beispielsweise ist ein solches drehmomentrichtungsabhängiges Schließen der Sperre mittels eines Freilaufs erreicht, beispielsweise an dem Verriegelungsmechanismus und/oder an der Riegelaufnahme nach obiger Beschreibung.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Trennkupplung vorgeschlagen, dass die Sperre zumindest umfasst:
- - eine Zahnvorrichtung, welche mit dem Anker axial und rotatorisch fixiert ist;
- - einen Axialsteller, welcher axial mit dem Rampensystem in axialkraftabstützenden Kontakt steht; und
- - eine Rastvorrichtung, welche zu der Motorseite der Hauptkupplung rotatorisch fixiert ist, wobei bevorzugt von der Rastvorrichtung der Axialsteller rotatorisch fixiert ist, wobei, wenn der Axialsteller in einer der drehmomentabstützenden Stellung der Sperre entsprechenden Aktivstellung steht, die Rastvorrichtung mit der Zahnvorrichtung in drehmomentabstützender Verbindung steht und, wenn der Axialsteller in einer der freien Stellung der Sperre entsprechenden Passivstellung steht, die Rastvorrichtung von dem Axialsteller derart axial ausgelenkt ist, dass eine drehmomentübertragende Verbindung mit der Zahnvorrichtung verhindert ist.
-
Hier ist eine bevorzugte Ausführungsform detailliert beschrieben, welche besonders hinsichtlich eines konventionell gegebenen Bauraums und/oder unter Berücksichtigung (beispielsweise mittels integraler Nutzung) der für andere vorteilhafte Funktionen und/oder konventionell verwendeten Bauteile vorteilhaft ist.
-
Die Zahnvorrichtung ist mit dem Anker axial und rotatorisch fixiert, beispielsweise ausgeführt als Blechbauteil und/oder in einer Topfform mit im Vergleich zu dem Anker geringer Masse. Alternativ ist die Zahnvorrichtung mit dem Anker einstückig gebildet. Die Zahnvorrichtung ist zwischen einer Eingriffposition, welche für die drehmomentabstützende Stellung der Sperre notwendig ist, und einer Freiposition axial hin und her bewegbar, nämlich mit dem Anker. Die Freiposition liegt vor, wenn der Anker nicht an dem Stator anliegt. Die Eingriffposition liegt vor, wenn der Anker an dem Stator anliegt. Es ist also die drehmomentabstützende Stellung der Sperre einzig dann einschaltbar, wenn der Anker an dem Stator anliegt.
-
Die Rastvorrichtung ist zu der Motorseite der Hauptkupplung rotatorisch fixiert, wobei die Motorseite beispielsweise dem Kupplungsdeckel, der Gegenplatte und der Anpressplatte einer als Reibkupplung ausgeführten Hauptkupplung umfasst. Die Rastvorrichtung ist bevorzugt nicht axial fixiert, jedoch axial an der Motorseite abgestützt. Die Rastvorrichtung ist der Antagonist zu der Zahnvorrichtung. Die Zahnvorrichtung entspricht also dem Verriegelungsmechanismus und die Rastvorrichtung der Riegelaufnahme.
-
Der Axialsteller steht mit dem Rampensystem in axialkraftabstützenden Kontakt, sodass der Axialsteller axial (wirkend) derart bewegbar ist, dass mittels des Axialstellers die Rastvorrichtung zwischen einer Eingriffstellung (bei der Aktivstellung des Axialstellers) und einer Freistellung (bei der Passivstellung des Axialstellers) hin und her schaltbar ist. Die Aktivstellung des Axialstellers und damit Eingriffstellung der Rastvorrichtung liegt vor, wenn ein vorbestimmtes, bevorzugt gerade noch kein Vorsteuerdrehmoment an dem Rampensystem anliegt (und bevorzugt die Hauptkupplung noch schleppmomentfrei ist), also noch keine Betätigungskraft auf die Hauptkupplung ausgeübt ist. Bevorzugt bleibt dabei die Funktion erhalten, dass die Drehmomentübertragung mittels der Magnetkraft der Magnetkupplung regelbar ist, ohne dass dabei von dem Anker ein Axialweg zurückgelegt wird. Die Zahnvorrichtung verbleibt also (zusammen mit dem Anker) in der Eingriffposition, ohne dass die drehmomentabstützende Stellung der Sperre eingestellt ist.
-
Sobald aber das Rampensystem mit einem vorbestimmten (minimalen) Vorsteuerdrehmoment beaufschlagt ist, wird die Rastvorrichtung (mittels des Axialstellers in der Aktivstellung) in die Eingriffstellung überführt und dort gehalten; die Sperre ist dann in der drehmomentabstützenden Stellung. Im Gegenteil ist aber auch die Eingriffstellung der Rastvorrichtung nicht hinreichend, um die Sperre in die drehmomentabstützende Stellung zu überführen. Verlässt die Zahnvorrichtung die Eingriffposition öffnet also die Sperre und ist dann in der freien Stellung. Die aus der drehmomentabstützenden Stellung der Sperre resultierende Drehmoment-Sperrung zwischen Hauptkupplung und Rampensystem ist dann wieder gelöst und das Rampensystem ist wieder kraftfrei.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Trennkupplung vorgeschlagen, dass das Rampensystem einen ersten Rampenring und einen zweiten Rampenring umfasst, welche bei Erzeugen der Betätigungskraft relativ zueinander bei einem Zugdrehmoment in einer Zugdrehrichtung und bei einem Schubdrehmoment in einer zu der Zugdrehrichtung entgegengesetzten Schubdrehrichtung verdreht sind, wobei der Axialsteller von dem zweiten Rampenring mittels einer Stellrampe ausschließlich dann in die Aktivstellung axial ausgelenkt ist, wenn mittels des Rampensystems eine zugdrehmomentbedingte Betätigungskraft erzeugt ist.
-
Hier ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Rampensystems vorgeschlagen, bei welcher das relative Verdrehen der beiden Rampenringe gegeneinander genutzt wird, um den Axialsteller zwischen der Aktivstellung und der Passivstellung hin und her zu schalten. Indem an dem zweiten Rampenring, bevorzugt rückseitig bezogen auf die Rampenseite, welche mit dem ersten Rampenring in kraftabstützendem Kontakt steht, eine Stellrampe vorgesehen ist, ist eine Abhängigkeit von der Drehrichtung des zweiten Rampenrings, welche zwischen einem Zugdrehmoment (Zugdrehrichtung) und einem Schubdrehmoment (Schubdrehrichtung) entgegengesetzt ist, für die axiale Bewegung des Axialstellers zwischen der Passivstellung und der Aktivstellung genutzt. Die Stellrampe weist also in Zugdrehrichtung eine solche Steigung auf, dass der Axialsteller bei (bevorzugt gering) in Zugdrehrichtung verdrehtem zweiten Rampenring in die Aktivstellung überführt ist. Beispielsweise ist bezogen auf die (Axial-) Lagerfläche des zweiten Rampenrings der Axialsteller in der Passivstellung axial ausgefahren und in der Aktivstellung axial eingefahren. Dann ist die Stellrampe in Zugdrehrichtung des zweiten Rampenrings sinkend eingerichtet. Der zweite Rampenring ist bevorzugt derjenige der beiden Rampenringe, welcher dem Axialsteller axial zugewandt angeordnet ist.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Trennkupplung vorgeschlagen, dass die Hauptkupplung ein Reibpaket umfasst, welches gemäß einer der folgenden Konfigurationen ausgeführt ist:
- - als ein Lamellenpaket, bevorzugt mit dem Rampensystem als unmittelbar auf das Lamellenpaket einwirkendes Anpressmittel;
- - als ein Mehrscheibenpaket, bevorzugt mit dem Rampensystem als unmittelbar auf das Mehrscheibenpaket einwirkendes Anpressmittel;
- - als ein Einscheibenpaket, bevorzugt mit einer Betätigungsfeder zwischen dem Rampensystem und dem Einscheibenpaket.
-
Hier ist vorgeschlagen, dass die Hauptkupplung ein Reibpaket umfasst, wobei das Reibpaket als Lamellenpaket, also mit einer Mehrzahl von Motorlamellen und antagonistischen Getriebelamellen ausgeführt ist, welche bevorzugt in einem entsprechenden Motorkorb beziehungsweise Getriebekorb eingehängt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wirkt das Rampensystem als Anpressmittel, beispielsweise entsprechend einer Anpressplatte, unmittelbar, beispielsweise mit einem reibpaketseitigen Rampenelement, auf das Lamellenpaket. Alternativ ist beispielsweise ein Hebel, beispielsweise eine Hebelfeder wie beispielsweise eine Membranfeder, und/oder ein Zugtopf beziehungsweise Drucktopf zwischengeschaltet.
-
In einer anderen Ausführungsform ist das Reibpaket als Mehrscheibenpaket ausgeführt, wobei zumindest eine Zwischenplatte vorgesehen ist, welche in Ihrer Funktion einer Anpressplatte ähnelt, jedoch zwischen zwei Reibscheiben angeordnet ist und dazu beidseitig mit Reibflächen versehen ist. Wie eine Anpressplatte ist die Zwischenscheibe axial verschiebbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anpressplatte des Mehrscheibenpakets unmittelbar von dem Rampensystem, beispielsweise einem reibpaketseitigen Rampenelement, gebildet. Alternativ ist eine separate Anpressplatte und/oder ein Hebel, beispielsweise eine Hebelfeder wie beispielsweise eine Membranfeder, und/oder ein Zugtopf beziehungsweise Drucktopf zwischengeschaltet.
-
In einer anderen Ausführungsform ist das Reibpaket als Einscheibenpaket ausgeführt, wobei also eine axial zentrale Reibscheibe vorgesehen ist, welche zwischen einer Anpressplatte und einer Gegenplatte verpressbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Betätigungsfeder, beispielsweise eine Membranfeder, zwischen dem Rampensystem und dem Einscheibenpaket, bevorzugt unmittelbar auf eine Anpressplatte wirkend, vorgesehen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trennkupplung einen mitrotierenden Kupplungsdeckel auf, und die Platten (Anpressplatte, Zwischenplatte und/oder Gegenplatte) des Reibpakets, ausgeführt als Einscheibenpaket oder Mehrscheibenpaket, sind dauerhaft mitrotierend mit dem mitrotierenden Kupplungsdeckel eingerichtet. Das bedeutet, dass die Platten bei einer anliegenden Drehzahl an dem Rotor mit der elektrischen Antriebsmaschine mitrotieren.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Trennkupplung vorgeschlagen, dass die Rastvorrichtung zumindest eine Lasche umfasst, welche mittels des Axialstellers aus einer der drehmomentabstützenden Stellung der Sperre entsprechenden Eingriffstellung axial heraus in eine der freien Stellung der Sperre entsprechende Freistellung elastisch auslenkbar ist,
wobei bevorzugt die Rastvorrichtung eine Mehrzahl von Laschen umfasst und die Zahnvorrichtung eine zu der Anzahl der Laschen derart korrespondierende Anzahl von Freilaufzähnen umfasst, dass in der drehmomentabstützenden Stellung der Sperre jeweils einzig eine vorbestimmte Teilanzahl von Freilaufzähnen und Laschen, bevorzugt zwei Freilaufzähne und zwei Laschen, miteinander in drehmomentabstützenden Eingriff bringbar sind.
-
Hier ist vorgeschlagen, dass die Rastvorrichtung zumindest eine Lasche, bevorzugt zumindest zwei Laschen, besonders bevorzugt eine Vielzahl von Laschen, aufweist. Die Lasche beziehungsweise jede der Laschen ist zum drehmomentabstützenden Eingreifen mit der Zahnvorrichtung eingerichtet. Die Zahnvorrichtung weist eine korrespondierende Anzahl von Freilaufzähnen auf, sodass zumindest eine Lasche, bevorzugt zwei Laschen, mit (jeweils) einem Freilaufzahn in drehmomentabstützenden Eingriff bringbar ist. Damit ist eine Drehmomentabstützung ermöglicht, wenn sich die Rastvorrichtung beziehungsweise die Lasche in der Eingriffstellung befindet und zugleich die Zahnvorrichtung in der Eingriffposition.
-
Für eine möglichst hohe Auflösung der Verdrehstellung zwischen der Rastvorrichtung und der Zahnvorrichtung, ist die Anzahl der Freilaufzähne hoch. Besonders bevorzugt ist zudem die Anzahl der Laschen hoch und die Anzahl der Freilaufzähne weicht von der Anzahl der Laschen ungerade, bevorzugt um eins [Anzahl der Freilaufzähne = Anzahl der Laschen + 1], ab. Damit ist eine sehr hohe Auflösung bei einer insgesamt geringen Anzahl von Laschen und Freilaufzähnen ermöglicht, wobei aber ein gleichzeitiger Eingriff von beispielsweise mehr als einer Paarung oder bevorzugt mehr als zwei Paarungen von Lasche und Freilaufzahn, welche aktuell in drehmomentabstützendem Eingriff steht, ausgeschlossen ist. Dies liegt daran, dass jeweils nur die gewünschte Anzahl von Paarungen miteinander in Eingriff bringbar ist, während die anderen Laschen und Freilaufzähne auch in der drehmomentabstützenden Stellung der Sperre nicht miteinander in Eingriff stehen. Ein im Vergleich zu dem Soll-Drehmoment, welches mit der Hauptkupplung übertragbar ist, ist das hier (in Drehmoment-Sperrung) mittels der Sperre in der drehmomentabstützenden Stellung vorzuhaltende Vorsteuerdrehmoment deutlich geringer und daher keine hohe mechanische Anforderung an die Sperre, also die Laschen und die Freilaufzähne gerichtet.
-
Die Freilaufzähne selbst sind in einer bevorzugten Ausführungsform rampenartig gebildet, wobei eine steile Eingrifffläche, beispielsweise axial ausgerichtet, und eine geneigte und/oder gewölbte Freilauffläche gebildet ist, sodass bei relativer Verdrehung zwischen der Zahnvorrichtung und der Rastvorrichtung in Freilaufrichtung (in Zugdrehrichtung) die Laschen ausweichen und keine (ausreichend hohe) Drehmomentabstützung stattfindet. Dadurch ist die Drehmoment-Sperrung bei einem Wechsel der Drehmomentrichtung aufgehoben und ein Überführen der Sperre aus der drehmomentabstützenden Stellung in die freie Stellung, also ein Lösen des Rampensystems, welches ein relatives Verdrehen der motorseitigen Rastvorrichtung zu der Zahnvorrichtung verlangt, ist erleichtert oder ermöglicht. Darüber hinaus ist der Axialkraftanteil ausgehend von der Vorspannkraft der Rastvorrichtung in der Anlage an der Freilauffläche infolge der resultierend schrägen, also nicht rein axialen, Krafteinleitung in der antagonistischen Wirkung auf die Magnetkupplung, also entgegen der Magnetkraft zum Halten des Ankers an dem Stator (Haltekraft) gemindert. Damit ist die Haltekraft weiter reduzierbar. Alternativ oder zusätzlich sind die Laschen in Umlaufrichtung geneigt und/oder gewölbt ausgeführt, sodass ein relatives Verdrehen der motorseitigen Rastvorrichtung zu der Zahnvorrichtung erleichtert oder ermöglicht ist.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Hybrid-Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Verbrennerwelle;
- - eine elektrische Antriebsmaschine mit einer Rotorwelle;
- - ein Getriebe zum drehmomentübertragenden Verbinden der Verbrennerwelle und/oder der Rotorwelle mit einem Verbraucher;
- - eine Trennkupplung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Trennkupplung zwischen der Rotorwelle und der Verbrennerwelle angeordnet ist und die Verbrennungskraftmaschine über die Trennkupplung von der elektrischen Antriebsmaschine anlassbar ist.
-
Der hier vorgeschlagene Hybrid-Antriebsstrang umfasst eine Trennkupplung in einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Getriebeseite mittels eines Getriebes mit einem Verbraucher verbunden ist, sodass von der Trennkupplung ein (Soll-) Drehmoment, sei es von der elektrischen Antriebsmaschine oder von der Verbrennungskraftmaschine, mittels des Getriebes an zumindest einen Verbraucher übertragbar ist. Bevorzugt bilden die elektrische Antriebsmaschine und die Trennkupplung eine vormontierbare Baueinheit, welche als Hybridmodul bezeichnet werden kann. Die elektrische Antriebsmaschine ist bevorzugt ein koaxialer oder parallel angeordneter Motorgenerator. Mittels der Trennkupplung (als KO-Kupplung) ist schaltbar die Rotorwelle und die Verbrennerwelle, beispielsweise zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine, verbindbar. Die Trennkupplung beziehungsweise die Hauptkupplung ist mit einer geringen elektrischen Energieaufnahme mittels einer mechanischen Drehmoment-Sperrung über die Sperre in einem (optional) langanhaltenden drehmomentabstützenden Zustand (also verpresst) haltbar, wobei dazu ein Teil des Verbrennerdrehmoments abgezweigt wird und eine geringe Leistungsbestromung der Magnetkupplung die Schaltbarkeit der Trennkupplung ermöglicht beziehungsweise aufrechterhält. Die Höhe der (geringen) Leistungsbestromung richtet sich nach der Rückstellkraft der Rastvorrichtung, beispielsweise den oben genannten axial vorgespannten Laschen. Die Schaltbarkeit ist infolge der zwei jeweils separat steuerbaren Antagonisten der Sperre erhalten. Bevorzugt ist zudem eine solche Drehmoment-Sperrung einzig bei der Übertragung des Zugdrehmoments von der Sperre einschaltbar und bei Anliegen eines Schubdrehmoments ist keine Drehmoment-Sperrung einschaltbar. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zudem mittels der rotatorischen Bremse die Trennkupplung beziehungsweise die Hauptkupplung (mittels der Steuerung der Leistungsbestromung der Magnetkupplung) einfach regelbar schlupfend verbindbar, sodass ein Zuschalten der Verbrennungskraftmaschine sehr sanft durchführbar ist. Die Trennkupplung ist bevorzugt in einem Bauraum unterbringbar, welcher konventionell für eine solche Trennkupplung (samt Aktor, also Betätigungssystem) zur Verfügung gestellt ist. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform die Rotorwelle einstückig von einem mitrotierenden Kupplungsdeckel gebildet ist, wobei dann bevorzugt der Kupplungsdeckel eine Nabe, beispielsweise eine Steckverzahnung, zum Anschließen einer Getriebeeingangswelle umfasst. Alternativ ist die Rotorwelle von einer Zentralwelle gebildet und die Verbrennerwelle mit dem Kupplungsdeckel dauerhaft drehmomentübertragend verbunden. Die Zentralwelle ist dann zum Anschließen mit einer Getriebeeingangswelle eingerichtet.
-
Das Getriebe umfasst beispielsweise ein Übersetzungsgetriebe, sodass die erforderliche Drehzahl beziehungsweise das gewünschte Drehmoment automatisch oder manuell anpassbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Übersetzungsgetriebe ein kontinuierlich veränderbar übersetzendes Umschlingungsgetriebe (beispielsweise ein sogenanntes CVT [engl.: continuous variable transmission]), beispielsweise mit einem Zugmittel oder mit einem Schubgliederband.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest ein Vortriebsrad zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs und
einen Hybrid-Antriebsstrang nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung,
wobei das zumindest eine Vortriebsrad mittels des Hybrid-Antriebsstrangs mit einem Drehmoment zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs steuerbar versorgbar ist.
-
Der axiale und/oder radiale Bauraum ist gerade bei hybridisierten Kraftfahrzeugen aufgrund der hohen Anzahl von Antriebskomponenten besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, einen Hybrid-Antriebsstrang kleiner Baugröße zu verwenden. Dies ist dadurch erreichbar, dass die Trennkupplung bezogen auf das maximal übertragbare Drehmoment mit einem geringen Bauraum ausführbar ist. Zugleich ist die hier vorgeschlagenen Trennkupplung mit einer geringen elektrischen Energieaufnahme mittels der Sperre in einem (optional) langanhaltenden drehmomentübertragenden Zustand (also verpresst) haltbar. Bevorzugt ist die Magnetkupplung geringer, bevorzugt baulich kleiner, als vorbekannt dimensioniert, weil sie derart betreibbar ist, dass ein maximales Vorsteuerdrehmoment nur kurzzeitig vorgehalten werden muss und dann die Sperre per Drehmoment-Sperrung dieses neue Vorsteuerdrehmoment hält. Damit ist die Magnetkupplung für ein solches maximales Vorsteuerdrehmoment voll bestromt (für einen Dauerbetrieb überlastetet) betreibbar. Für ein maximales Schubdrehmoment, welches meist geringer als ein maximales Zugdrehmoment ist, ist entsprechend nur eine geringere, beispielsweise maximal halbe, Leistung der Magnetkupplung (unter Dauerlast) notwendig. Infolgedessen ist eine Magnetkupplung mit einer halbierten Leistung einsetzbar, weist also einen deutlich geringeren Bauraumbedarf auf als eine Magnetkupplung, welche ohne eine Sperre gemäß der obigen Erläuterung betrieben wird.
-
Verschärft wird die Bauraum-Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Bei dem hier vorgeschlagenen (hybridisierten) Kraftfahrzeug mit dem oben beschriebenen Hybrid-Antriebsstrang wird bevorzugt trotz des wesentlichen Funktionszugewinns kein zusätzlicher Bauraum benötigt.
-
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo MiTo, Volkswagen Polo, Ford Ka+ oder Renault Clio. Bekannte Voll-Hybride in der Kleinwagenklasse sind der BMW i3 oder der Toyota Yaris Hybrid.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Schließverfahren zum elektrisch-leistungsarmen Geschlossenhalten einer Trennkupplung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, das Schließverfahren umfassend zumindest die folgenden Schritte in der genannten Reihenfolge:
- i. mittels Leistungsbestromen der Magnetkupplung Halten der Zahnvorrichtung in einer der drehmomentabstützenden Stellung entsprechenden Eingriffposition;
- ii. Erzeugen eines Vorsteuerdrehmoments und bei Anliegen eines Zugdrehmoments an dem Rampensystem Überführen des Axialstellers aus der Passivstellung in die Aktivstellung und damit Überführen und Halten der Sperre in der drehmomentabstützenden Stellung; und
- iii. Reduzieren des Leistungsbestromens der Magnetkupplung auf eine vorbestimmte magnetische Haltekraft, wobei die Haltekraft ausreichend ist, um die Zahnvorrichtung in der Eingriffposition zu halten.
-
Hier ist ein Schließverfahren zum elektrisch-leistungsarmen Geschlossenhalten der Trennkupplung vorgeschlagen. Mittels Leistungsbestromen der Magnetkupplung wird das (auslegungsgemäße) Vorsteuerdrehmoment an das Rampensystem übertragen und die Zahnvorrichtung in einer der drehmomentabstützenden Stellung entsprechenden Eingriffposition überführt. Die Zahnvorrichtung wird dabei beispielsweise mit dem Anker der Magnetkupplung um den Betrag des Axialspalts und/oder in der gleichen axialen Richtung aus der Freiposition in die Eingriffposition mitbewegt. Anschließend wird in Schritt ii. von dem Rampensystem resultierend aus dem Vorsteuerdrehmoment eine Betätigungskraft auf die Hauptkupplung erzeugt. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hier aus Sicht der Hauptkupplung und Verbrennerwelle ein Schubdrehmoment anliegt, welches in einem Kraftfahrzeug von den Vortriebsrädern und/oder von der elektrischen Antriebsmaschine (mit Hinsicht auf die Vortriebsräder im Zugbetrieb) bereitgestellt ist. Die Sperre ist in diesem Drehmomentgefälle hin zu der Motorseite (Schubdrehmoment) bevorzugt nicht schließbar. Die Verbrennerwelle wird nun auf Eigenbetriebsdrehzahl (oder etwas schneller) hoch beschleunigt, sodass sich die Verbrennungskraftmaschine nun von einer Drehmomentsenke in eine Drehmomentquelle wandelt, also ziemlich unmittelbar anschließend an das Anlassen für eine Drehmomentabgabe an einen Verbraucher, beispielsweise zumindest ein Vortriebsrad eines Kraftfahrzeugs, bereit ist. Danach liegt an der Trennkupplung und damit (bei geschlossener Magnetkupplung) an dem Rampensystem also ein Zugdrehmoment an. Infolge der Relativverdrehung der beiden Rampenringe des Rampensystems gegeneinander in Zugdrehrichtung wird, bevorzugt mittels der oben beschrieben Stellrampe, der Axialsteller aus der Passivstellung in die Aktivstellung überführt. Der Axialsteller wiederum überführt die Rastvorrichtung aus der Freistellung in die Eingriffstellung, sodass nun die bereits in Eingriffposition überführte Zahnvorrichtung mit der Rastvorrichtung in drehmomentabstützenden Eingriff kommt. Damit ist die Sperre in die drehmomentabstützende Stellung überführt und darin so lange gehalten, bis entweder die Rampenringe sich relativ gegeneinander verdrehen oder die Magnetkupplung geöffnet wird. Die Rampenringe sind (in der drehmomentabstützenden Stellung der Sperre) nun mittels des Verbrennerdrehmoments in der das Reibpaket schließenden Stellung gehalten. Es ist also eine Drehmoment-Sperrung gebildet. Die Magnetkraft wird zum relativen Verdrehen der Rampenringe des Rampensystems also auch zum Geschlossenhalten der Hauptkupplung nicht benötigt. Einzig ist die Zahnvorrichtung mittels der Magnetkraft (Haltekraft) in der Eingriffposition zu halten. Es ist also möglich in einem Schritt iii. die Leistungsbestromung der Magnetkupplung auf eine vorbestimmte magnetische Haltekraft zu reduzieren, wobei die Haltekraft ausreichend ist, um die Zahnvorrichtung in der Eingriffposition zu halten. Die Stromaufnahme der Magnetkupplung ist beispielsweise auf etwa 10 % [zehn Prozent] oder weniger der (bevorzugt Dauer-) Maximalleistungsbestromung reduzierbar.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Schließverfahrens vorgeschlagen, dass die Trennkupplung mit einer rotatorischen Bremse nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist, wobei weiterhin die folgenden Schritte umfasst sind:
- iv.vor Schritt i., Schließen der rotatorischen Bremse und damit Schließen eines Axialspalts zwischen dem Anker und dem Stator, sodass der Anker mit dem Stator zur Anlage gebracht ist; und
- v. nach oder während Schritt i., Öffnen der rotatorischen Bremse.
-
Hier sind ergänzend Schritt iv. und Schritt v. des Schließverfahrens für eine Trennkupplung mit einer Magnetkupplung als Vorsteuerkupplung vorgeschlagen, wobei die Magnetkupplung eine rotatorische Bremse nach obiger Beschreibung umfasst. In einem Schritt iv., beispielsweise zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine mittels der (rotierenden) elektrischen Antriebsmaschine, wird die rotatorische Bremse geschlossen, sodass ein relatives Verdrehen zwischen der Ankerseite und der Lagerseite des Drehmoment-Axialkraft-Wandlers bewirkt wird und damit dem Drehmoment-Axialkraft-Wandler entgegen seiner antagonistischen Kraft zum Vorhalten des (maximalen) Axialspalts zwischen dem Anker und dem Stator eine derartige Axialbewegung aufgezwungen wird, dass damit der Axialspalt verkleinert wird, bis bevorzugt vollständig geschlossen wird. Hieraus resultiert, dass der Axialspalt ohne oder mit weniger (lediglich unterstützender) Magnetkraft schließbar ist. Es ist nicht notwendig eine hohe oder sogar die Maximalkraft, oder sogar eine über einer Dauerbelastbarkeit liegende Kurzzeit-Maximalkraft, mittels der Spule der Magnetkupplung zu erzeugen, um den Axialspalt (magnetisch) zu schließen. Vielmehr ist der Axialspalt (bevorzugt einzig) mittels des Bremsmoments der Bremse vollständig schließbar. Die Magnetkupplung beziehungsweise deren Spule wird in Schritt i., bevorzugt erst nach dem vollständigen Schließen des Axialspalts gemäß Schritt iv., leistungsbestromt. Sobald die so erzeugte Magnetkraft ausreichend ist, um den Axialspalt geschlossen zu halten, also den Anker axial an dem Stator zu halten, ist mit Schritt v. die Bremse wieder abschaltbar, also öffenbar. Nun ist es möglich (in einem optionalen Schritt ii.) die Leistungsbestromung der Spule der Magnetkupplung weiter zu steigern und damit das Vorsteuerdrehmoment, und damit wiederum die Betätigungskraft auf das Reibpaket zu steigern, wobei dies bevorzugt proportional zu dem Stromfluss in der Spule der Magnetkupplung ist. Damit ist (bei geschlossenem Axialspalt jederzeit) ein schlupfender Betrieb der Hauptkupplung ermöglicht.
-
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: eine Trennkupplung mit deaktivierter Bremse, deaktivierter Sperre und offener Magnetkupplung im Vollschnitt;
- 2: die Trennkupplung gemäß 1 mit deaktivierter Sperre, geschlossener Bremse und geschlossenem Axialspalt im Vollschnitt;
- 3: die Trennkupplung gemäß 1 mit deaktivierter Bremse, deaktivierter Sperre und drehmomentübertragender Magnetkupplung im Vollschnitt;
- 4: die Trennkupplung im Schubbetrieb gemäß 1 mit deaktivierter Sperre und drehmomentübertragender Magnetkupplung im Vollschnitt;
- 5: die Trennkupplung im Zugbetrieb gemäß 1 mit deaktivierter Bremse, aktivierter Sperre und haltender Magnetkupplung im Vollschnitt;
- 6: ein Flussdiagramm eines Schließverfahrens; und
- 7: ein Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang.
-
In 1 ist die Trennkupplung 1 mit einer Rotationsachse 2 in einer Schnittansicht dargestellt, wobei die rotatorische Bremse 19 deaktiviert, die Sperre 16 deaktiviert und die Magnetkupplung 9 offen ist. In der Darstellung oben ist zunächst eine Hauptkupplung 5 angeordnet, welche hier ein als Einscheibenpaket ausgeführtes Reibpaket 44 aufweist. Das Reibpaket 44 ist im verpressten Zustand zum Übertragen eines vorbestimmten, also auslegungsgemäßen, Soll-Drehmoments 8 eingerichtet. Ein Anker 14, ein Stator 13 und eine Magnetspule 46 sind Bestandteile einer Magnetkupplung 9, welche hier als Vorsteuerkupplung für die Hauptkupplung 5 eingerichtet ist. Der Stator 13 ist drehmomentübertragend, hier formschlüssig, mit der Rotorwelle 37 verbunden. In diesem (deaktivierten) Zustand weist die Magnetkupplung 9 einen Axialspalt 43 zwischen Stator 13 und Anker 14 auf. Somit ist ein mittels der Verbrennerwelle 35 (vergleiche 7), welche an der Motorseite 7 (unmittelbar oder mittelbar) anschließbar ist, übertragbares Verbrennerdrehmoment 47 von einer Übertragung auf die Rotorwelle 37 getrennt. Die hier als Verbrennerwelle 35 bezeichnete Welle ist beispielsweise eine Zwischenwelle, welche zwischen einem verbrennerseitigen Zweimassenschwungrad und dem Trennkupplungseingang angeordnet ist. Die Magnetkupplung 9 ist hier (optional) bei der Rotorwelle 37 angeordnet. Der Stator 13 ist mittels einer axial (und hier optional rotatorisch) fixierten Magnetspule 46 unter Leistungsbestromung magnetisierbar und rotiert mit der Rotorwelle 37 mit.
-
Der Stator 13 ist mittels eines Drehmoment-Axialkraft-Wandlers 18, hier (optional) als Zugfedereinrichtung mit einer Mehrzahl von Blattfedern 48 eingerichtet, mit einem Blattfedertopf 22 drehmomentübertragend verbunden. Der Blattfedertopf 22 ist mittels eines ersten Blattfederniets 49 bei der Ankerseite 21 mit dem Blattfedertopf 22 und mittels eines zweiten Blattfederniets 49 bei der Lagerseite 23 mit dem Stator 13 fixiert. Der Blattfedertopf 22 wiederum ist in dem gezeigten Zustand derart überlappend beziehungsweise in Eingriff mit einer Schaltscheibe 50 (hier zugleich die Zahnvorrichtung 27) angeordnet, dass mittels der Schaltscheibe 50, welche axial an dem Anker 14 fixiert ist, der Anker 14 axial zu dem Stator 13 bewegbar ist, und bevorzugt (besonders bevorzugt einzig) im Zusammenwirken von der Schaltscheibe 50 und dem Blattfedertopf 22 mit einem vorbestimmten Axialspalt 43 von dem Stator 13 beabstandet gehalten ist.
-
Ein Rampensystem 11 umfasst einen ersten (hier darstellungsgemäß oberen) Rampenring 30, einen zweiten Rampenring 31 und (hier optional) eine Mehrzahl von Wälzkörpern 51 zwischen den beiden Rampenringen 30,31. Für ein reibungsarmes Verdrehen des zweiten Rampenrings 31 relativ zu dem ersten Rampenring 30 und damit relativ zu dem Kupplungsdeckel 52 der Hauptkupplung 5 ist hier rückseitig des zweiten Rampenrings 31 ein Axiallager 53, beispielsweise ein Nadellager, zwischen dem zweiten Rampenring 31 und dem Kupplungsdeckel 52 angeordnet. Hier ist (optional) ein Laschen tragender Ring der Rastvorrichtung 29 zwischen dem Axiallager 53 und dem Kupplungsdeckel 52 angeordnet. Der erste Rampenring 30 ist zum Verpressen der Hauptkupplung 5 eingerichtet, indem der erste Rampenring 30 mit seiner axialen Bewegung auf eine Betätigungsfeder 45 und damit auf die Anpressplatte 54 einwirkt. Die axiale Bewegung des ersten Rampenrings 30 resultiert aus einer relativen Verdrehung von dem ersten Rampenring 30 zu dem zweiten Rampenring 31, wobei der erste Rampenring 30 hier (optional) rotatorisch fixiert ist. Damit wird ein reibschlüssiger Kontakt, also drehmomentübertragender Kontakt, zwischen Gegenplatte 55, hier (optional) einstückig mit dem Kupplungsdeckel 52 gebildet, der Anpressplatte 54 und der axial zwischen diesen Platten angeordneten Reibscheibe 56 bewirkt. Solange an dem zweiten Rampenring 31 keine Drehmomentdifferenz (beispielsweise ein Rotordrehmoment 57 gegen ein Verbrennerdrehmoment 47) anliegt, rotieren der erste Rampenring 30 und der zweite Rampenring 31 synchron. Dann wird keine Betätigungskraft 12 (vergleiche 2) erzeugt und die Hauptkupplung 5 wird nicht geschlossen.
-
Hier ist optional eine rotatorischen Bremse 19 vorgesehen, welche hier optional als Schlingbandbremse ausgeführt ein Schlingband 24 und eine Schlingbandbefestigung 58 umfasst. Die Darstellung zeigt die rotatorische Bremse 19 in einem deaktivierten Zustand, wobei das Schlingband 24, hier (optional) unmittelbar, auf einen Blattfedertopf 22 einwirkt und somit die Ankerseite 21 gegenüber der Lagerseite 23 des Drehmoment-Axialkraft-Wandlers 18 (vergleiche 2 bis 4) abbremst. Das Schlingband 24 ist mit einem Ende mittels der Schlingbandbefestigung 58 fixiert, beispielsweise an einem stehenden Gehäuse (nicht dargestellt), und ist hier (optional) etwa anderthalb mal [1,5 mal] um den Blattfedertopf 22 gewickelt. Am anderen Ende ist ein Bremsbetätigungsaktor (hier nicht gezeigt, beispielsweise als einfahrender und ausfahrender Zylinderkolben ausgeführt) angeordnet, wobei der Bremsbetätigungsaktor bevorzugt elektrisch betätigbar ist. Bei aktivierter rotatorischer Bremse 19 (vergleiche 2) ist der Zylinderkolben eingefahren, bei deaktivierter Bremse 19 ist der Zylinderkolben ausgefahren. Der Stellweg für einen solchen Bremsbetätigungsaktor ist bezogen auf die Bremsleistung kurz. Die notwendigen Aktorkräfte gering. Damit ist eine energiearme Regelbarkeit der Hauptkupplung 5 geschaffen. Indem der Drehmoment-Axialkraft-Wandler 18 vorgesehen ist, ist der Axialspalt 43 (bevorzugt einzig) mittels der rotatorischen Bremse 19 schließbar und die Magnetkraft 15 (vergleiche 2) ist sanft nach oder kurz vor Schließen des Axialspalts 43 zuschaltbar und damit ist die Betätigungskraft 12 auf die Hauptkupplung 5 mittels der Magnetkraft 15 (beispielsweise stromfluss-proportional) zwischen einem Vorsteuerdrehmoment 10 von (nahezu) null bis zu einem maximalen Vorsteuerdrehmoment 10 regelbar. Die Hauptkupplung 5 ist somit unmittelbar nach dem Engagieren der Hauptkupplung 5 (Axialspalt 43 ist geschlossen) mit einem regelbaren Schlupf betreibbar.
-
Bei einem rein elektrischen Betrieb wird die Hauptkupplung 5 nicht verpresst und einzig die Rotorwelle 37, der formschlüssig mit der Rotorwelle 37 verbundene Stator 13 und der mittels des Drehmoment-Axialkraft-Wandlers 18 verbundene Blattfedertopf 22 sowie die Reibscheibe 56 werden mitrotiert. Die Verbrennerwelle 35 ist abgekoppelt und das Verbrennerdrehmoment 47 ist nicht an die Rotorwelle 37 beziehungsweise das Rotordrehmoment 57 ist nicht an die Verbrennerwelle 35 übertragbar. Das Getriebedrehmoment, an der Getriebeseite 6 gebildet, entspricht in diesem Zustand also (in idealer vereinfachter Betrachtung) dem Rotordrehmoment 57.
-
Hier ist weiterhin eine Sperre 16 für eine Drehmoment-Sperrung des Rampensystems 11 vorgesehen. Deren Komponenten und der Funktionszusammenhang wird nachfolgend erläutert.
-
In 2 bis 5 ist ein Ausschnitt der Trennkupplung 1 gemäß 1 gezeigt und insoweit wird auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen. Im gezeigten (gebremsten) Zustand ist die (optionale) rotatorische Bremse 19 geschlossen und ein Bremsmoment 20 (reibschlüssig) auf den Blattfedertopf 22 übertragen. Damit ist der Axialspalt 43 geschlossen worden.
-
Die Sperre 16 ist hier im Detail zu erkennen und umfasst eine Zahnvorrichtung 27 mit einer Vielzahl von Freilaufzähnen 34 (hier ist der Pfeil pars-pro-toto auf eine steile Eingrifffläche eines Freilaufzahns 34 gerichtet), eine Rastvorrichtung 29 mit einer zu der Anzahl der Freilaufzähne 34 korrespondierenden Anzahl von axial biegbaren Laschen 33 und einen Axialsteller 28, welcher axial kraftabstützend mit einer Stellrampe 32 des zweiten Rampenrings 31 verbunden ist. Der Axialsteller 28 ist von den Laschen 33 rotatorisch fixiert und lenkt, also biegt, die Laschen 33 aus, sodass diese in der Freistellung sind. Die Zahnvorrichtung 27 ist mit dem Anker 14 in die Eingriffposition überführt und dort (hauptsächlich im nachfolgenden Zustand magnetisch) gehalten. Die Sperre 16 bleibt somit in der freien Stellung. Das Vorsteuerdrehmoment 10 ist einzig mittels des Stators 13 auf das Rampensystem 11 übertragbar. Die Freilaufzähne 34 weisen jeweils eine steile Eingrifffläche auf, welche hier parallel zu der Rotationsachse 2 ausgerichtet sind und in Freilaufrichtung, hier (optional) bis, hin zum benachbarten Freilaufzahn 34 eine geneigte Freilauframpe. Bei relativer Verdrehung der Freilaufzähne 34 zu den Laschen 33 werden die Laschen 33 entgegen ihrer Vorspannkraft 17 axial ausgelenkt und es ist somit keine Drehmomentübertragung möglich, auch wenn sich die Rastvorrichtung 29 in Eingriffstellung und die Zahnvorrichtung 27 in Eingriffposition befinden (entsprechend der drehmomentabstützenden Stellung der Sperre 16).
-
In 3 ist die Trennkupplung 1 in einem (magnetisch gehaltenen) Zustand gezeigt, wobei die rotatorische Bremse 19 wieder geöffnet ist und der Anker 14 einzig mittels der Magnetkraft 15 (beispielsweise so gering wie die minimal notwendige Haltekraft 42, vergleiche nachfolgende Beschreibung zu 5) gehalten. Die Zahnvorrichtung 27 bleibt mit dem gehaltenen Anker 14 in die Eingriffposition überführt und dort gehalten. Solange die Magnetkraft 15 nicht über die Haltekraft 42 gesteigert wird, bleibt das Rampensystem 11 inaktiv, also die Rampenringe 30,31 zueinander unverdreht, sodass die axiale Länge des Rampensystems 11 minimal ist.
-
Anschließend wird im Übergang zu dem in 4 gezeigten Zustand zum Übertragen eines Drehmoments über die Hauptkupplung 5 an die Motorseite 7 die Magnetkraft 15 (bevorzugt gesteuert für eine schlupfende Synchronisation) für die maximal notwendige Betätigungskraft 12 (mittels des Rampensystems 11) gesteigert, um die Verbrennungskraftmaschine 3 (vergleiche 7) anzulassen. Währenddessen bleibt der Axialsteller 28 in der gezeigten Passivstellung und die Laschen 33 in der Freistellung. Die Sperre 16 ist somit weiterhin in einer freien Stellung und eine Drehmoment-Sperrung des Rampensystems 11 ist nicht möglich.
-
In 4 ist die Trennkupplung 1 in dem (synchronisierenden) Zustand gezeigt, wobei hier das Rotordrehmoment 57 (und/oder Getriebedrehmoment) als Schubdrehmoment 25 über der Hauptkupplung 5 anliegt. Damit aber überhaupt ein Drehmoment mittels der Hauptkupplung 5 von der Getriebeseite 6 an die Motorseite 7 übertragbar ist, wird von dem Anker 14 die Rotation des Stators 13, also das Vorsteuerdrehmoment 10, auf den zweiten Rampenring 31 übertragen und dieser relativ zu dem ersten Rampenring 30 entgegen der Spannfeder 59 (hier zugleich die Betätigungsfeder 45) verdreht. Die axiale Länge des Rampensystems 11 ist damit vergrößert und damit die Betätigungskraft 12 auf die Betätigungsfeder 45 aufgegeben, also das Vorsteuerdrehmoment 10 in die (axiale) Betätigungskraft 12 für die Hauptkupplung 5 umgewandelt. Damit wird die Anpressplatte 54 gegen die Reibscheibe 56 gezwungen und die Reibscheibe 56 zwischen der Anpressplatte 54 und der Gegenplatte 55 verpresst. Damit liegt über dem Rampensystem 11 ein Schubdrehmoment 25 an. Die Stellrampe 32 an der Rückseite des zweiten Rampenrings 31 wird oder bleibt dadurch so verdreht relativ zu dem Axialsteller 28, dass er in der Passivstellung verbleibt, also in dieser Ausführungsform die Laschen 33 der Rastvorrichtung 29 entgegen ihrer Vorspannkraft 17 axial auslenkt. Damit bleiben die Laschen 33 außerhalb eines Eingriffbereichs der Freilaufzähne 34, obwohl diese sich in der Eingriffposition befinden. Es ist also bei dieser vorteilhaften Ausführungsform wegen der Drehrichtungsabhängigkeit der Aktivierung der Rastvorrichtung 29 weiterhin sichergestellt, dass keine Drehmoment-Sperrung des Rampensystems 11 möglich ist.
-
In 5 ist nun die Motorseite 7, also die Verbrennerwelle 35 auf Betriebsdrehzahl gebracht, sodass die Verbrennungskraftmaschine 3 eine Drehmomentquelle für die Getriebeseite 6 ist. Damit muss mittels der Hauptkupplung 5 ein Zugdrehmoment 26 übertragen werden. Der Übersichtlichkeit halber ist das Rotordrehmoment 57 (vergleiche 2 bis 4) hier null und kein Drehmomentpfeil eingezeichnet. Gleichwohl ist (weiterhin) eine Drehmomentabgabe von der Rotorwelle 37 an die Getriebeseite 6 möglich und dies ist (beispielsweise bei einem raschen Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs 41) ein gewünschter Zustand. Das Rampensystem 11 wechselt aufgrund der umgekehrten Drehmomentdifferenz über dem Rampensystem 11 (Motorseite 7 zu Getriebeseite 6, genauer Kupplungsdeckel 52 zu Anker 14/Stator 13) seine Verdrehrichtung von der Schubdrehrichtung zu der Zugdrehrichtung. Nach Vollendung der Anpassung im Rampensystem 11 liegt wieder eine axiale Länge vor, welche das Reibpaket 44 der Hauptkupplung 5 in gleicher Weise verpresst und somit eine Übertragung eines (Zug-) Soll-Drehmoments 8 ermöglicht.
-
Der zweite Rampenring 31, welcher sich nun in Zugdrehrichtung verdreht hat, bewirkt nun mit seiner rückseitigen Stellrampe 32, dass der Axialsteller 28 axial hin zu dem zweiten Rampenring 31 frei wird und von der Vorspannkraft 17 der Laschen 33 in die Aktivstellung bewegt wird, sodass die Laschen 33 nun in der Eingriffstellung sind. Die Stellrampe 32 ist dabei bevorzugt derart eingestellt, dass die Eingriffstellung der Laschen 33 bereits dann erreicht wird, wenn mittels des Rampensystems 11 das Lüftspiel in dem Reibpaket 44 geschlossen ist, also gerade noch kein Schleppmoment an dem Reibpaket 44 der Hauptkupplung 5 anliegt. Weil sich auch die Zahnvorrichtung 27 in der korrespondierenden Eingriffposition befindet, kann die vorgesehene Anzahl von Laschen 33, hier beispielsweise zwei (diametral gegenüberliegende) Laschen 33, mit der steilen Eingrifffläche jeweils eines Freilaufzahns 34 in kraftabstützenden Kontakt kommen. Solange die ausreichende, beispielsweise maximale, Magnetkraft 15 an dem Anker 14 anliegt, also das maximal notwendige Vorsteuerdrehmoment 10 anliegt, um die gezeigte Zugverdrehung des Rampensystems 11 aufrechtzuerhalten, können die Freilaufzähne 34 zu den Laschen 33 noch leicht verdreht sein. Dann findet noch keine Drehmomentabstützung über die Sperre 16 statt. Spätestens wenn aber die Magnetkraft 15 auf die Haltekraft 42 reduziert ist, findet eine leichte Verdrehung der Zahnvorrichtung 27 gegenüber der Rastvorrichtung 29 statt, sodass die (vorgesehenen) Laschen 33 mit einer Eingrifffläche jeweils eines Freilaufzahns 34 in drehmomentabstützendem Kontakt stehen. Die Sperre 16 befindet sich dann in der drehmomentabstützenden Stellung und es ist eine Drehmoment-Sperrung erzeugt, wobei also ein Teil des Verbrennerdrehmoments 47 über die Sperre 16 in ein Vorsteuerdrehmoment 10 gewandelt und somit in die Betätigungskraft 12 gewandelt wird. Die Hauptkupplung 5 bleibt geschlossen.
-
Zum Unterbrechen der Drehmomentübertragung von der Motorseite 7 an die Getriebeseite 6, also zum Trennen der Hauptkupplung 5, muss einzig die Magnetkraft 15 auf unterhalb der Haltekraft 42 reduziert werden, beispielsweise die Magnetkupplung 9 nicht mehr leistungsbestromt (und in diesem Ausführungsform die rotatorische Bremse 19 offen gelassen) werden, und die Zahnvorrichtung 27 kehrt mit dem Anker 14 in die Freiposition zurück. Die Laschen 33 der Rastvorrichtung 29 sind mit den Freilaufzähnen 34 dann nicht mehr in drehmomentabstützenden Eingriff gebracht. Die Drehmoment-Sperrung ist aufgehoben. Weil kein Vorsteuerdrehmoment 10 mehr anliegt, reduziert sich aufgrund der Spannfeder 59 die axiale Länge des Rampensystems 11 und der Zustand gemäß 1 stellt sich wieder ein.
-
In 6 ist ein Flussdiagramm eines vorteilhaften Schließverfahrens gezeigt, wobei bei einer Trennkupplung 1 mit einer rotatorischen Bremse 19 (beispielsweise wie in den vorhergehenden Figuren gezeigt) das Schließverfahren bevorzugt bei Schritt iv. beginnt und den Verlauf entlang der gestrichelten Pfeile bis Schritt iii. vollzieht. Bei einer Trennkupplung 1 ohne rotatorische Bremse 19 beginnt das Schließverfahren zwangsläufig mit Schritt i. und vollzieht den Verlauf entlang der durchgezogenen Pfeile über Schritt ii. zu Schritt iii., wobei auch hier nicht ausgeschlossen ist, dass weitere Zwischenschritte vorgesehen werden. Im Nachfolgenden wird ein Schließverfahren beschrieben, wie es mit einer Trennkupplung 1 gemäß der Ausführungsform in den vorhergehenden Figuren ausführbar ist, um eine Verbrennungskraftmaschine 3 (vergleiche 7) anzulassen, also bei welcher die Verbrennerwelle 35 steht und von einem Drehmoment von der elektrischen Antriebsmaschine 36 und/oder von der Getriebeseite 6 auf eine Betriebsdrehzahl beschleunigt wird.
-
In Schritt iv., welcher (wenn ausgeführt) vor Schritt i. ausgeführt wird, wird also zunächst die rotatorische Bremse 19 geschlossen und damit der Axialspalt 43 zwischen dem Anker 14 und dem Stator 13 geschlossen, sodass der Anker 14 mit dem Stator 13 zur Anlage gebracht ist. Anschließend wird in Schritt i. mittels Leistungsbestromen der Magnetkupplung 9 die Zahnvorrichtung 27 in die Eingriffposition überführt und dort gehalten. Sobald eine ausreichende (den Anker 14 an dem Stator 13 haltende) Magnetkraft 15 erzeugt ist, wird in Schritt v. die rotatorische Bremse 19 geöffnet. Gleichzeitig oder anschließend wird in Schritt ii. ein Vorsteuerdrehmoment 10 aufgebaut, sodass eine Betätigungskraft 12 mittels des Rampensystems 11 auf das Reibpaket 44 der Hauptkupplung 5 ausreichend groß wird, um die Verbrennerwelle 35 auf eine Betriebsdrehzahl zu beschleunigen. Sobald die Verbrennerwelle 35 der Verbrennungskraftmaschine 3 schnell genug dreht, wird die Verbrennungskraftmaschine 3 von einer Drehmomentsenke zu einer Drehmomentquelle. Nun liegt ein Zugdrehmoment 26 an dem Rampensystem 11 an. Die Verdrehrichtung in dem Rampensystem 11 kehrt sich von der Schubdrehrichtung in die Zugdrehrichtung um und der Axialsteller 28 wird mittels der Stellrampe 32 aus der Passivstellung in die Aktivstellung überführt und damit die Laschen 33 in die Eingriffstellung überführt. Die Zahnvorrichtung 27 befindet sich bereits in der Eingriffposition, sodass die Sperre 16 nun in die drehmomentabstützende Stellung überführbar ist oder (bei günstiger relativer Positionierung der Freilaufzähne 34 zu den Laschen 33) bereits überführt ist. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass bei einem Anlassen der Verbrennungskraftmaschine 3 ein Schubdrehmoment 25 mittels der Hauptkupplung 5 übertragen wird. Nun wird in Schritt iii. das Leistungsbestromen der Magnetkupplung 9 derart reduziert, dass die Magnetkraft 15 auf eine vorbestimmte magnetische Haltekraft 42 reduziert ist. Diese Haltekraft 42 ist (bevorzugt gerade eben) ausreichend, um die Zahnvorrichtung 27 in der Eingriffposition zu halten. Sofern die Laschen 33 noch nicht mit einer Eingrifffläche eines Freilaufzahns 34 in drehmomentabstützendem Kontakt stehen, findet nun eine kleine Relativverdrehung statt, sodass die Sperre 16 dann die drehmomentabstützende Stellung einnimmt.
-
In 7 ist ein Kraftfahrzeug 41 mit einem Hybrid-Antriebsstrang 4 (optional vor der Fahrerkabine 60 und optional in Queranordnung, also mit der Motorachse 61 quer zu der Längsachse 62 des Kraftfahrzeugs 41) in schematischer Ansicht von oben gezeigt. Hier ist die Vorderachse, und damit das linke Vortriebsrad 39 und das zweite Vortriebsrad 40, von dem Hybrid-Antriebsstrang 4 angetrieben. Die Hinterachse ist mitlaufend ausgeführt oder ebenfalls (Allrad) oder alternativ von dem Hybrid-Antriebsstrang 4 angetrieben. Der Hybrid-Antriebsstrang 4 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 3 und eine elektrische Antriebsmaschine 36, wobei hier (optional) die elektrische Antriebsmaschine 36 in ein Hybridmodul 63 integriert ist. Beide Antriebsmaschinen 36,3 sind mittels eines Getriebes 38, beispielsweise ein Umschlingungsgetriebe, mit den Vortriebsrädern 39,40 drehmomentübertragend verbunden. In dieser Ausführungsform ist dazu die Verbrennerwelle 35 mittels der Rotorwelle 37 der elektrischen Antriebsmaschine 36 mit dem Getriebe 38 mittels der (hier in dem Hybridmodul 63 enthaltenen) Trennkupplung 1 lösbar verbunden.
-
Die hier vorgeschlagene Trennkupplung weist im geschlossenen Zustand im Zugbetrieb der Trennkupplung einen geringen Bedarf an elektrischer Energie auf.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Trennkupplung
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Verbrennungskraftmaschine
- 4
- Hybrid-Antriebsstrang
- 5
- Hauptkupplung
- 6
- Getriebeseite
- 7
- Motorseite
- 8
- Soll-Drehmoment
- 9
- Magnetkupplung
- 10
- Vorsteuerdrehmoment
- 11
- Rampensystem
- 12
- Betätigungskraft
- 13
- Stator
- 14
- Anker
- 15
- Magnetkraft
- 16
- Sperre
- 17
- Vorspannkraft
- 18
- Drehmoment-Axialkraft-Wandler
- 19
- Bremse
- 20
- Bremsmoment
- 21
- Ankerseite
- 22
- Blattfedertopf
- 23
- Lagerseite
- 24
- Schlingband
- 25
- Schubdrehmoment
- 26
- Zugdrehmoment
- 27
- Zahnvorrichtung
- 28
- Axialsteller
- 29
- Rastvorrichtung
- 30
- erster Rampenring
- 31
- zweiter Rampenring
- 32
- Stellrampe
- 33
- Lasche
- 34
- Freilaufzahn
- 35
- Verbrennerwelle
- 36
- elektrische Antriebsmaschine
- 37
- Rotorwelle
- 38
- Getriebe
- 39
- linkes Vortriebsrad
- 40
- rechtes Vortriebsrad
- 41
- Kraftfahrzeug
- 42
- Haltekraft
- 43
- Axialspalt
- 44
- Reibpaket
- 45
- Betätigungsfeder
- 46
- Magnetspule
- 47
- Verbrennerdrehmoment
- 48
- Blattfeder
- 49
- Blattfederniet
- 50
- Schaltscheibe
- 51
- Wälzkörper
- 52
- Kupplungsdeckel
- 53
- Axiallager
- 54
- Anpressplatte
- 55
- Gegenplatte
- 56
- Reibscheibe
- 57
- Rotordrehmoment
- 58
- Schlingbandbefestigung
- 59
- Spannfeder
- 60
- Fahrerkabine
- 61
- Motorachse
- 62
- Längsachse
- 63
- Hybridmodul
