-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung, insbesondere zur Kupplung eines Elektromotors und/oder eines Verbrennungsmotors mit dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere mittels eines Hybridmoduls, umfassend eine Kupplung mit wenigstens einer Kupplungsscheibe, welche radial und axial zwischen einer Anpressplatte und einer der Anpressplatte axial gegenüberliegenden Gegenplatte angeordnet ist, so dass durch einen relativen axialen Versatz von Kupplungsscheibe und/oder Anpressplatte und/oder Gegenplatte ein Reibschluss zwischen diesen Bauteilen herstellbar und so ein Drehmoment zwischen der Kupplungsscheibe und der Anpressplatte sowie Gegenplatte übertragbar ist.
-
Ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges umfasst üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglicht - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben. Der Elektromotor von Hybridfahrzeugen ersetzt dabei meist den früher üblichen Starter für die Brennkraftmaschine und die Lichtmaschine, um eine Gewichtszunahme des Hybridfahrzeuges gegenüber Fahrzeugen mit üblichen Antriebssträngen zu reduzieren.
-
Wie aus der
EP 0 773 127 A1 ,
DE 100 18 926 A1 und
US 2007/0175726 A1 bekannt ist, kann zwischen Brennkraftmaschine und Elektromotor eine erste Kupplungsanordnung angeordnet sein, um die Brennkraftmaschine von dem Elektromotor und dem restlichen Antriebsstrang des Hybridfahrzeuges abzutrennen. Bei rein elektrischer Fahrt wird dann die erste Kupplungsanordnung - auch als Trennkupplung bezeichnet - geöffnet und die Brennkraftmaschine abgeschaltet, so dass das Abtriebsmoment des Hybridfahrzeuges allein von dem Elektromotor aufgebracht wird.
-
Derartige Trennkupplungen werden üblicherweise mittels eines hydraulischen Ausrücksystems betätigt. Ein hydraulisches Ausrücksystem verfügt in der Regel über einen Geberzylinder, der den am Geberzylinder erzeugten Druck über eine hydraulische Druckleitung an den Nehmerzylinder überträgt. Der Nehmerzylinder überträgt mittels eines axial verlagerbaren Kolbens und unter Zwischenschaltung eines Kupplungsausrücklagers den hydraulischen Druck auf ein Hebelsystem, mittels dessen ein Reibschluss an der Trennkupplung ausgebildet oder gelöst wird. Vollhydraulische Kupplungssysteme, wie sie in der Regel bei Hybridmodulen zum Einsatz kommen, können beispielsweise mit einem Zentralausrücker ausgestattet sein, welcher häufig auch als Concentric Slave Cylinder (CSC) bezeichnet wird. Diese auf einen Zentralausrücker basierenden Kupplungsausrücksysteme benötigen innerhalb eines Hybridmoduls einen vergleichsweise großen Bauraum.
-
Auch die zur Hybridisierung konventioneller Antriebsstränge benötigten Trennkupplungen müssen verglichen mit konventionellen Kupplungssystemen besondere Anforderungen hinsichtlich Baugröße und Energieeffizienz erfüllen. Insbesondere Trennkupplungen für P2-Hybridmodule müssen im offenen Zustand besonders schleppmomentarm sein. Wenn das Fahrzeug vom E-Motor angetrieben wird und der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist, treten in der geöffneten Trennkupplung häufig für längere Zeit hohen Differenzdrehzahlen zwischen der Antriebseite und der Abtriebseite der Kupplung auf. Selbst kleine in der Kupplung auftretende Schleppmomente können dabei wegen der großen Differenzdrehzahlen schnell zu unzulässig großen Energieeinträgen führen. Sind die Energieeinträge in die geöffnete Kupplung zu hoch, kann dies zu erhöhtem Verschleiß der Reibbeläge und somit zum frühzeitigen Ausfall der Kupplung führen. Hohe Energieeinträge in die geöffnete Kupplung können auch die Reichweite, die das Fahrzeug mit einer Batterieladung ohne Verbrennungsmotorunterstützung zurücklegen kann, negativ beeinflussen.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Kupplungsanordnung bereitzustellen, welche ein möglichst geringes Schleppmoment auch bei hohen Differenzdrehzahlen bei möglichst kompakter Bauform aufweist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kupplungsanordnung, insbesondere zur Kupplung eines Elektromotors und/oder eines Verbrennungsmotors mit dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere mittels eines Hybridmoduls, umfassend eine Kupplung mit wenigstens einer Kupplungsscheibe, welche radial und axial zwischen einer Anpressplatte und einer der Anpressplatte axial gegenüberliegenden Gegenplatte angeordnet ist, so dass durch einen relativen axialen Versatz von Kupplungsscheibe und/oder Anpressplatte und/oder Gegenplatte ein Reibschluss zwischen diesen Bauteilen herstellbar und so ein Drehmoment zwischen der Kupplungsscheibe und der Anpressplatte sowie Gegenplatte übertragbar ist, wobei die Kupplungsscheibe an einem in Axialrichtung ortsfesten ringförmigen Scheibenträger unter Zwischenschaltung eines Axial-Federelements so angeordnet ist, dass bei geöffneter Kupplung das Axial-Federelement die Kupplungsscheibe in eine definierte Position zwischen der Anpressplatte und der Gegenplatte federkraftbeaufschlagt versetzt.
-
Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung weist ein sehr geringes Schleppmoment bei geöffneter Kupplung auf und ermöglicht gleichzeitig eine kompakte, an die übliche Form des Bauraums zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor angepasste Bauweise. Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung ist in Kombination mit ihrem hydraulischen Betätigungssystem besonders geeignet, um vorhandene konventionelle Antriebsstränge, die einen Drehmomentwandler, eine nasse Kupplung oder eine nasse Doppelkupplung aufweisen, zu hybridisieren. Hierauf wird nachfolgend - insbesondere bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele - noch näher eingegangen.
-
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
-
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
-
Ein Hybridelektrokraftfahrzeug, auch als Hybrid Electric Vehicle (HEV) bezeichnet, ist ein Elektrofahrzeug, das von mindestens einem Elektromotor sowie einem weiteren Energiewandler angetrieben wird und Energie sowohl aus seinem elektrischen Speicher (Akku) als auch einem zusätzlich mitgeführten Kraftstoff bezieht.
-
Im Sinne dieser Anmeldung werden unter dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges alle Komponenten verstanden, die im Kraftfahrzeug die Leistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs generieren und über die Fahrzeugräder bis auf die Straße übertragen.
-
Ein Hybridmodul kann je nach Eingriffspunkt in die folgenden Kategorien P0-P4 eingeteilt werden, mit P0: über einen Riemen zur Brennkraftmaschine, P1: direkt hinter der Brennkraftmaschine, P2: hinter der Kupplungsanordnung, aber vor dem Fahrzeuggetriebe, P3: ins Fahrzeuggetriebe und P4 am Fahrzeugrad, ggf. auf einer anderen Achse, oder als Radnabenmotor. Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Hybridmodul ein P2-Hybridmodul, das ist innerhalb des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zwischen der Brennkraftmaschine und dem Fahrzeuggetriebe angeordnet. Es kann alternativ auch bevorzugt sein, das erfindungsgemäße Hybridmodul als P1-Hybridmodul anzuordnen. Beim rein elektrischen Fahren, wird dann beispielsweise die Brennkraftmaschine durch eine entsprechende Kupplungsanordnung ausgekuppelt.
-
Das Fahrzeuggetriebe ist das Getriebe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, das die Motordrehzahl auf die Antriebsdrehzahl übersetzt.
-
Eine Brennkraftmaschine, auch häufig als Verbrennungsmotor bezeichnet, wandelt chemische Energie in mechanische Arbeit um. Dazu wird im Brennraum der Brennkraftmaschine ein zündfähiges Gemisch aus Kraftstoff und Luft verbrannt. Kennzeichen der Brennkraftmaschinen ist die „innere Verbrennung“, also die Erzeugung der Verbrennungswärme in der Verbrennungskraftmaschine. Die Wärmeausdehnung des so entstehenden Heißgases wird genutzt, um Kolben (beim Wankelmotor Läufer) zu bewegen.
-
Ein Elektromotor ist eine elektrische Maschine, die elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandelt. In der Regel erzeugen stromdurchflossene Leiterspulen in Elektromotoren Magnetfelder, deren gegenseitige Anziehungs- und Abstoßungskräfte in Bewegung umgesetzt werden. Ein Elektromotor kann grundsätzlich auch generatorisch betrieben werden, so dass mechanische Leistung in elektrische Leistung umgewandelt wird.
-
Eine Kupplungsanordnung im Sinne dieser Erfindung umfasst wenigstens eine Kupplung. Eine Kupplungsanordnung kann weitere Bauteile aufweisen, wie beispielsweise ein Betätigungssystem - das auch als Ausrücksystem bezeichnet sein kann - oder mechanische Anbindungselemente zur Integration und Kopplung der Kupplung beispielsweise innerhalb eines Hybridmoduls.
-
Die Kupplung - auch als Trennkupplung bezeichnet - weist bevorzugt eine Kupplungsscheibe, eine Anpressplatte und eine Gegenplatte auf.
-
Eine Kupplung besitzt die Funktion, die einen Drehmomentfluss innerhalb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges an einer definierten Position schaltbar zu unterbrechen oder zu schließen. Beispielsweise kann mittels einer Kupplung eine antreibende Motorseite in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges schaltbar von der Getriebeseite gekuppelt bzw. entkuppelt werden und so beispielsweise einen Gangwechsel des Getriebes während der Fahrt zu ermöglichen und den antreibenden Motor hierdurch in einem bevorzugten Drehzahl-/ Drehmomentbereich betreiben zu können. Kupplungen können insbesondere auch dazu verwendet werden, innerhalb eines hybridisierten Antriebsstranges, einen Elektromotor und/oder Verbrennungsmotor in den Antriebsstrang ein- oder auszukuppeln. Derartige Kupplungen werden häufig auch als Trennkupplung bezeichnet.
-
Die Kupplungsscheibe ist das zentrale Verbindungselement des Kupplungssystems. Sie bildet mit der Anpressplatte und der Gegenplatte der Kupplung ein schaltbares Reibsystem. In eingekuppeltem Zustand ist Kupplungsscheibe zwischen Anpressplatte und Gegenplatte kraftschlüssig eingepresst. Die Kupplungsscheibe kann Reibbeläge aufweisen, über die der Reibschluss herstellbar ist.
-
Die Anpressplatte hat innerhalb der Kupplung die Funktion, die Kupplungsscheibe gegen die Gegenplatte zu pressen und so einen schaltbaren Reibschluss zwischen der Anpressplatte, der Kupplungsscheibe und der Gegenplatte zu bewirken. Die Anpressplatte ist insbesondere mit einem Betätigungssystem wirkverbunden, mittels dessen die Anpressplatte gegen die Kupplungsscheibe oder von dieser, insbesondere axial translatorisch weg bewegt werden kann. Die Anpressplatte kann Reibbeläge aufweisen, über die der Reibschluss herstellbar ist.
-
Die Gegenplatte stellt ein Gegenlager für die Anpressplatte und die Kupplungsscheibe bereit. Die Gegenplatte ist insbesondere axial fixiert. Es ist jedoch auch möglich, dass die Gegenplatte beim Einkuppeln in axialer Richtung gegen die Anpressplatte bewegt wird. Hierzu kann die Gegenplatte auch mit dem Betätigungssystem wirkverbunden sein. Die Gegenplatte kann Reibbeläge aufweisen, über die der Reibschluss herstellbar ist.
-
Ein hydraulisches Betätigungssystem - auch als Ausrücksystem bezeichnet - verfügt in der Regel über einen Geberzylinder, der den am Geberzylinder erzeugten Druck über eine hydraulische Druckleitung an den Nehmerzylinder überträgt. Der Nehmerzylinder überträgt mittels eines axial verlagerbaren Kolbens den hydraulischen Druck auf ein Hebelsystem, welches mit der Kupplung wirkverbunden ist, so dass ein axialer Versatz des Kolbens eine Betätigung der Kupplung bewirkt.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Scheibenträger die Gegenplatte und/oder die Anpressplatte in radialer Richtung nach Außen überragt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei radial ausreichenden Bauraumgeometrien vorteilhaft.
-
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das am äußeren radialen Umfang des Scheibenträgers wenigstens ein radial nach innen geöffneter U-förmiger Anschlagbügel angeordnet ist, wobei das Axial-Federelement zwischen einem freien Schenkel des U-förmigen Anschlagbügels und des Scheibenträgers positioniert ist und die Kupplungsscheibe mit dem Anschlagbügel verbunden ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Ruhelage der Kupplungsscheibe exakter und toleranzunempfindlicher definiert werden kann, als über die kraftfreie Lage der Axial-Federelemente allein.
-
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Kupplungsscheibe über den ringförmigen Scheibenträger axial fixiert an einem Wälzlager abgestützt ist, welches radial unterhalb der Kupplungsscheibe angeordnet ist. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass die Kupplungsscheibe durch das Wälzlager von axialen Bewegungen und axialen Schwingungsanregungen des Verbrennungsmotors oder des Drehschwingungsdämpfers entkoppelt wird.
-
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der ringförmige Scheibenträger einen äußeren Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der äußere Durchmesser der Gegenplatte und/oder der Anpressplatte . Diese Ausgestaltung der Kupplungsanordnung bietet insbesondere bei radialen Bauraumbeschränkungen eine mögliche Alternative.
-
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass eine Sekundärseite eines Drehschwingungsdämpfers in radialer Richtung auf dem Wälzlager der Kupplungsscheibe abgestützt und zentriert ist. Hierdurch lässt sich zum einen eine hohe Integration und Bauraumoptimierung für eine Kupplungsanordnung, insbesondere für ein Hybridmodul, realisieren.
-
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass zwischen der Sekundärseite des Drehschwingungsdämpfers und dem Wälzlager eine drehmomentübertragende, radial abstützende und axial verschiebbare formschlüssige Verbindungsstelle vorgesehen ist.
-
Hierdurch kann erreicht werden, dass über die formschlüssige Verbindungsstelle ein axiales Aufstecken bzw. Aufschieben insbesondere der Sekundärseite des Drehschwingungsdämpfers ermöglicht und eine entsprechende Montageschnittstelle bereitgestellt wird. Ferner kann durch die formschlüssige Verbindungsstelle ein Axialtoleranzausgleich zwischen dem Drehschwingungsdämpfer und der Kupplung realisiert werden.
-
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Kupplung auf einem mitdrehenden Betätigungssystem abgestützt ist. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass mitdrehende Betätigungssysteme beispielsweise aus konventionellen Antriebssträngen bereits bekannt sind, so dass eine Hybridisierung derartiger vorhandener konventioneller Antriebskonzepte durch die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung vereinfacht werden, da ein bereits vorhandenes Betätigungssystem um Wesentlichen unverändert übernommen werden kann.
-
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das von der Kupplung übertragene Drehmoment über das mitdrehende Betätigungssystem in den Elektromotor und/oder ein Getriebe eingeleitet.
-
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das Axial-Federelement als Blattfeder ausgebildet ist, welche für den gegebenen Anwendungsfall besonders vorteilhafte Federcharakteristiken zeigen.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
-
Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform der Kupplungsanordnung im geöffneten Betriebszustand in einer schematischen Querschnittsansicht,
- 2 eine erste Ausführungsform der Kupplungsanordnung im eingekuppelten Betriebszustand in einer schematischen Querschnittsansicht,
- 3 eine zweite Ausführungsform der Kupplungsanordnung im geöffneten Betriebszustand in einer schematischen Querschnittsansicht,
- 4 eine zweite Ausführungsform der Kupplungsanordnung im eingekuppelten Betriebszustand in einer schematischen Querschnittsansicht, und
- 5 eine schematische Blockschaltdarstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung.
-
Die 1-2 zeigen eine erste Ausführungsform einer Kupplungsanordnung 1, insbesondere zur Kupplung eines Elektromotors 2 und/oder eines Verbrennungsmotors 3 mit dem Antriebsstrang 4 eines Kraftfahrzeugs 5, wie es beispielhaft in der 5 gezeigt ist.
-
Die Kupplungsanordnung umfasst eine Kupplung 6 mit wenigstens einer ringförmigen Kupplungsscheibe 7, welche radial und axial in einem Ringraum zwischen einer Anpressplatte 8 und einer der Anpressplatte 9 axial gegenüberliegenden Gegenplatte 10 angeordnet ist. Durch einen relativen axialen Versatz der aktuierten Anpressplatte 9 gegen die Gegenplatte 10 wird ein Reibschluss zwischen der von Kupplungsscheibe 7 und diesen Bauteilen hergestellt und so ein Drehmoment zwischen der Kupplungsscheibe 7 und der Anpressplatte 9 sowie Gegenplatte 10 übertragbar.
-
Die Kupplungsscheibe 7 ist an einem in Axialrichtung ortsfesten ringförmigen Scheibenträger 11 unter Zwischenschaltung eines Axial-Federelements 12 so angeordnet, dass bei geöffneter Kupplung 6 das Axial-Federelement 12 die Kupplungsscheibe 7 in eine definierte Position zwischen der Anpressplatte 9 und der Gegenplatte 10 federkraftbeaufschlagt versetzt.
-
Die notwendige axiale Verlagerung der Kupplungsscheibe 7 zum Lüften der Kupplung 6 wird somit durch das Axial-Federelement 12 ermöglicht, welches in der gezeigten Ausführungsform als Blattfeder oder von einer Mehrzahl von Blattfedern ausgebildet ist. Das Axial-Federelement 12 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 zwischen dem Scheibenträger 11 und den Kupplungsbelägen bzw. den Belagfederungssegmenten angeordnet und besteht aus mehreren auf dem Umfang angeordneten Blattfedern. Wenn die Anpressplatte 8 beim Öffnen der Kupplung 6 von der Gegenplatte10 weg bewegt wird, können sich die Axial-Federelemente 8 des Scheibenmechanismus entspannen und sorgen dafür, dass auch die Kupplungsscheibe 7 mit ihren Reibflächen ein Stück von der Gegenplatte 10 weg schwingt und dann eine definierte Ruhelage einnimmt. Der Weg, den die Kupplungsscheibe 7 von der Anpressplatte 9 wegschwingt, ist kleiner als der Abhub (Weg der Anpressplatte zum Öffne der Kupplung) der Anpressplatte 9. Dadurch wird nicht nur der Reibkontakt zwischen der Gegenplatte 10 und der Kupplungsscheibe 7 gelüftet, sondern auch der Reibkontakt zwischen der Kupplungsscheibe 7 und der Anpressplatte 8.
-
Aus der 1 ist ferner ersichtlich, dass in der gezeigten Ausführungsform, der Scheibenträger 11 die Gegenplatte 10 und die Anpressplatte 9 in radialer Richtung nach Außen überragt.
-
Um die Ruhelage der Kupplungsscheibe 7 besonders exakt festlegen zu können, schwingt die Kupplungsscheibe 7 bei diesem Ausführungsbeispiel der 1 nicht einfach nur bis in die kraftfreie Lage der Axial-Federelemente 12 zurück, sondern der Scheibenmechanismus ist mit mehreren auf dem Umfang verteilten Anschlagsbügeln 13 versehen, die eine mechanische Begrenzung für den Rückschwingweg darstellen. Das Axial-Federelement 12 ist zwischen einem freien Schenkel eines U-förmigen Anschlagbügels 13 und des Scheibenträgers 11 positioniert und die Kupplungsscheibe 7 ist an einer äußeren Mantelfläche des U-förmigen Anschlagbügels 13 fixiert.
-
Damit die Kupplungsscheibe 7 bei geöffneter Kupplung 6 möglichst wenig Kontakt mit den benachbarten Reibflächen von der Gegenplatte 10 und der Anpressplatte 8 hat und somit Schleppmoment vermieden wird, ist die Kupplungsscheibe 7 über ein separates Wälzlager 14 abgestützt. Durch dieses Wälzlager 14 wird der Scheibenträger 11 drehbar aber axial fixiert an der Gegenplatte 10 der Kupplung 6 abgestützt. Die sichere exakte axiale Positionierung des Scheibenträgers 11 zur Gegenplatte 10 ermöglicht es, auf die sonst übliche axial verschiebliche Steckverzahnung zwischen der Kupplungsscheibe 7 und ihrem jeweiligen Nachbarbauteil mit dem sie zum Zwecke der Drehmomentübertragung verbunden ist (meist die Antriebs- oder Abtriebswelle) zu verzichten.
-
Indem die Axial-Federelemente 12 die Kupplungsscheibe 7 bei offener Kupplung 6 nur gegen die Anschlagsbügel 13 drücken müssen und somit die Ruhelage durch die Geometrie der Anschläge bestimmt ist, kann die Ruhelage der Kupplungsscheibe 7 exakter und toleranzunempfindlicher definiert werden, als über die kraftfreie Lage der Axial-Federelemente 12.
-
Die Kupplungsscheibe 7 der in 1 gezeigten Kupplungsanordnung 1 hat bei geöffneter Kupplung 6 nicht nur allein dadurch keinen Kontakt mit den benachbarten Reibflächen der Gegenplatte 10 und der Anpressplatte 9, weil die Kupplungsscheibe 7 von dem elastischen Mechanismus der Axial-Federelemente 12 in eine definierte Ruhelage geschoben wird und sich nicht selbständig durch den Kontakt mit den benachbarten Reibflächen in einer Steckverzahnung axial verschieben muss, sondern auch darum, weil die Kupplungsscheibe 7 durch das Wälzlager 14 von axialen Bewegungen und axialen Schwingungsanregungen des Verbrennungsmotors 2 oder des Drehschwingungsdämpfers 16 entkoppelt ist. Die Sekundärseite 15 des Drehschwingungsdämpfers 16 wird in radialer Richtung auf dem Wälzlager 14 abgestützt und zentriert.
-
Was der 1 und 2 auch entnommen werden kann ist, dass zwischen der Sekundärseite 15 des Drehschwingungsdämpfers 16 und dem Wälzlager 14 eine drehmomentübertragende, radial abstützende und axial verschiebbare formschlüssige Verbindungsstelle 17 in Form einer Steckverzahnung vorgesehen ist. Diese formschlüssige Verbindungsstelle 17 ist axial steckbar ausgeführt und dient auch als Montageschnittstelle und Axialtoleranzausgleich zwischen dem Drehschwingungsdämpfer 16 und der Kupplung 6.
-
In den 1-2 ist links der Verbrennungsmotor 3 und dessen nicht näher bezeichneter Kurbelwellenflansch angedeutet. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors 3 wird zunächst auf einen Drehschwingungsdämpfer 16, im gezeigten Ausführungsbeispiel als Zwei-Massen-Schwungrad (ZMS) ausgeführt, übertragen. Über die Sekundärseite 15 des Drehschwingungsdämpfers 16, der über eine als Steckverzahnung ausgebildete Verbindungsstelle 17 mit der Kupplungsscheibe 7 der Kupplung 6 verbunden ist, wird das Drehmoment auf die Kupplung 6 übertragen und von dort bei geschlossener Kupplung 6 zum Elektromotor 2 weitergeleitet.
-
Auch ist in der Figur gezeigt, dass die Kupplung 6 auf einem mitdrehenden Betätigungssystem 18 abgestützt ist.
-
Ersichtlich ist aus der Figur ferner, dass das von der Kupplung 6 übertragene Drehmoment über das mitdrehende Betätigungssystem 18 in den Elektromotor 2 und/oder ein Getriebe 19 eingeleitet.
-
Die Kupplung 6 stützt sich auf ihrem Betätigungssystem 18 ab, das fest mit der Zwischenwelle 20 verbunden ist. Die Zwischenwelle 20 ist ihrerseits drehfest mit dem Rotorträger 21 verbunden. In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel der 1 ist der Rotorträger 21 einteilig mit der Zwischenwelle 20 ausgeführt. Die Zwischenwelle 20 ist durch die Schrägkugellager 22 in O-Anordnung zusammen mit dem Rotor des Elektromotors 2 auf der gehäusefesten Zwischenwand 23 abgestützt.
-
Somit werden auch die Kupplung 6 und ihr Betätigungssystem 18, die beide fest mit der Zwischenwelle 20 verbunden sind, von dem Schrägkugellagern 22 drehbar gelagert, axial und radial abgestützt und zentriert. Das Drehmoment des Elektromotors 2 wird, unabhängig davon ob es ausschließlich vom Elektromotor 2 oder von dem mit ihm durch die geschlossene Kupplung 6 verbundenen Verbrennungsmotor 3 erzeugt wurde, durch ein nicht dargestelltes Hauptdrehmomentübertragungselement auf das Getriebe 19 übertragen. Das Hauptdrehmomentübertragungselement ist mit seiner Antriebsseite mit dem Rotor des Elektromotors 2 verbunden und mit seiner Abtriebseite mit einem das Drehmoment des Antriebsmoduls aufnehmenden Aggregat z.B. dem Getriebe 19.
-
In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist das Hauptdrehmomentübertragungselement durch zwei Scheibennaben einer nicht dargestellten Doppelkupplung angedeutet. Daher sind passend zu einer Doppelkupplung auch zwei nicht näher bezeichnete Getriebeeingangswellen abgebildet.
-
Das Drehmoment kann über den hier beschriebenen Pfad immer auch in beide Richtungen übertragen werden. So kann beispielsweise auch der Elektromotor 2 Drehmoment auf den Verbrennungsmotor übertragen (beispielsweise zum Starten des Verbrennungsmotors) und es ist auch möglich Drehmoment vom Getriebe zu einem oder zu beiden Antriebsmotoren zu übertragen (beispielsweise zum rekuperieren oder um das Motorschleppmoment als Motorbremsfunktion zu nutzen).
-
Das hydraulische Betätigungssystem 18 ist an dem vom Getriebe 19 wegweisenden Ende der Zwischenwelle 20 befestigt. Dazu ist ein hülsenartiges Bauteil 24 des Betätigungssystems 18 auf die Zwischenwelle 20 aufgesteckt, und durch eine formschlüssige Verbindungskontur in Form einer Steckverzahnung drehfest mit der Zwischenwelle 20 verbunden. Zusätzlich ist das hülsenförmige Bauteil 24 axial auf der Zwischenwelle 20 fixiert. Dazu besitzt die als Hohlwelle ausgeführte Zwischenwelle 20 an ihrem von Getriebe 19 wegweisenden Ende am Innendurchmesser einen Gewindeabschnitt auf, in den eine Schraube 25 eingeschraubt wird, deren Kopf am axialen dem Getriebe 19 abgewandten Ende der Zwischenwelle 20 radial nach außen ragt und sich axial an dem hülsenförmigen Bauteil 24 des Betätigungssystems 18 abstützt.
-
Durch diese Schraube 25 wird das hülsenförmige Bauteil 24 axial gegen einen nicht näher bezeichneten Rücksprung der Zwischenwelle 20 gedrückt und so axial auf der Zwischenwelle 20 fixiert. Das Betätigungssystem 18 wird nicht nur genutzt, um die Kupplung 6 zu öffnen und zu schließen, sondern auch als Befestigungselement, an dem alle axial feststehenden Bauteile der Kupplung 6 direkt oder indirekt befestigt werden. Die Gegenplatte 10 der Kupplung 6 ist direkt mit dem hülsenförmigen Bauteil 24 des Betätigungselementes 18 verbunden und stützt die anderen Kupplungsbauteile, die Kupplungsscheibe 7 und die Sekundärseite 15 des Drehschwingungsdämpfers 16 ab.
-
Bei geschlossener Kupplung 6 wird die Kupplungsscheibe 7 von der Anpressplatte 8 gegen die Gegenplatte10 gedrückt. Dieser Betriebszustand ist in der 2 gezeigt. Die zum Einklemmen der Kupplungsscheibe 7 benötigte Kraft, stammt vom Kolben 26 des Betätigungssystems 18, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 einteilig in einen Drucktopf 27 übergeht und mit der Anpressplatte 8 verbunden ist. Die axialbewegliche Anpressplatte 8 ist über Axial-Federelemente 12, z.B. in Form von Blattfedern, mit der axial feststehenden Gegenplatte 10 verbunden. Dies kann beispielsweise durch ein zusätzliches Bauteil, wie ein Blattfederträger, und Nietverbindungen erfolgen.
-
Die 3-4 zeigen eine weitere Ausführungsform der Kupplungsanordnung 1, wobei die 3 die Kupplungsanordnung 1 in ihrem eingekuppelten Betriebszustand und die 4 die Kupplungsanordnung in ihrem gelüfteten Betriebszustand zeigt. Wenn axial ausreichender Bauraum zur Verfügung steht, kann der Scheibenträger 11 - im Vergleich mit der Ausführung der 1 und 2 - radial stark verkleinert ausgebildet werden, wie es u.a. in der 3 gezeigt ist. Die Kupplungsscheibe 7 ragt hier von radial Innen zwischen die Gegenplatte 10 und die Anpressplatte 8 hinein. Die Kupplungsscheibe 7 ist dabei über den ringförmigen Scheibenträger 11 axial fixiert an einem Wälzlager 14 abgestützt ist, welches radial unterhalb der Kupplungsscheibe 7 angeordnet ist. Der ringförmige Scheibenträger 11 weist einen äußeren Durchmesser auf, der kleiner ist als der äußere Durchmesser der Gegenplatte 10 und der Anpressplatte 9. Der Scheibenträger umgreift hier also anders als in der Ausführungsform der 1-2 nicht die Gegenplatte 10, sondern ist innerhalb des von der Anpressplatte 8 und Kupplungsscheibe 8 gebildeten Ringraums radial unterhalb der Anpressplatte 8 angeordnet.
-
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der elastische Mechanismus der Axial-Federelemente 12 mit einem Endanschlag ausgestattet. Bei geöffneter Kupplung 6 ziehen die Axial-Federelemente 12 die Kupplungsscheibe 7 von der Gegenplatte 10 weg, bis die Belagfederungssegmente an der Anschlagskontur 28 des Scheibenträgers 11 anliegen. Diese Stellung entspricht der Ruheposition der Kupplungsscheibe 7, bei der die Kupplungsscheibe 7 bei geöffneter Kupplung 6 sowohl zur Gegenplatte 10 als auch zur Anpressplatte 8 axial beanstandet (gelüftet) ist. Wird die Kupplung 6 geschlossen, drückt die Anpressplatte 8 die Kupplungsscheibe 7 gegen die Gegenplatte 10 und die Belagfederungssegmente heben von der Anschlagskontur 28 des Scheibenträgers 11 ab.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist die Gegenplatte 10 nicht radial innerhalb der Reibfläche nach innen verlängert und direkt mit dem hülsenförmigen Bauteil 24 des Betätigungssystems 18 verbunden. Die Gegenplatte 10 ist radial außerhalb der Reibfläche mit einem Kupplungsdeckel 29 verbunden, der um die Kupplungsscheibe 7 und Anpressplatte 8 herumgreift und hinter der Anpressplatte 8 radial bis zum hülsenförmigen Bauteil 24 nach innen gezogen ist. Der Kupplungsdeckel 29 sorgt nicht nur für die Abstützung der Gegenplatte 10 auf dem Betätigungssystem 18, sondern erträgt auch alle andern Kupplungsbauteile. Der Kupplungsdeckel 29 und der Drucktopf 27 sind so beweglich ineinander geschachtelt, dass der Kupplungsdeckel 29 axialfest mit dem hülsenförmigen Bauteil 24 des Betätigungssystems 18 verbunden werden kann und der Drucktopf 27 axialbeweglich mit Kolben 26 und Anpressplatte 8 verbunden ist.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist dies realisiert, indem axial hinter der Anpressplatte 8 axial verlaufende Fortsätze des Drucktopfes 27 durch den Kupplungsdeckel 29 hindurchragen, um mit der Anpressplatte 8 in Wirkverbindung zu stehen und radial weiter innen axial verlaufende Fortsätze des Kupplungsdeckels 29 durch Öffnungen im Drucktopf 27 hindurchragen, um am hülsenförmigen Bauteil 24 des Betätigungssystems 18 befestigt werden zu können.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist ein Massering 30 an der Sekundärseite 15 des Drehschwingungsdämpfers 16 angebracht, der sich axial zwischen dem Bogenfederkanal des Drehschwingungsdämpfers 16 und der Trennwand 23 nach außen erstreckt und der die Massenträgheit der Baueinheit zwischen den Bogenfedern des Drehschwingungsdämpfers 16 und der Kupplungsscheibe 7 erhöht.
-
Die Richtungsangaben axial, radial, tangential und Umfangsrichtung beziehen sich auf die Rotationsachse, um die sich die Motoren und die Kupplung drehen.
-
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kupplungsanordnung
- 2
- Elektromotors
- 3
- Verbrennungsmotors
- 4
- Antriebsstrang
- 5
- Kraftfahrzeugs
- 6
- Kupplung
- 7
- Kupplungsscheibe
- 8
- Anpressplatte
- 9
- Anpressplatte
- 10
- Gegenplatte
- 11
- Scheibenträger
- 12
- Axial-Federelements
- 13
- Anschlagbügel
- 14
- Wälzlager
- 15
- Sekundärseite
- 16
- Drehschwingungsdämpfers
- 17
- Verbindungsstelle
- 18
- Betätigungssystem
- 19
- Getriebe
- 20
- Zwischenwelle
- 21
- Rotorträger
- 22
- Schrägkugellager
- 23
- Zwischenwand
- 24
- hülsenförmiges Bauteil
- 25
- Schraube
- 26
- Kolben
- 27
- Drucktopf
- 28
- Anschlagskontur
- 29
- Kupplungsdeckel
- 30
- Massering
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0773127 A1 [0003]
- DE 10018926 A1 [0003]
- US 2007/0175726 A1 [0003]
