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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung zum Kuppeln einer Eingangswelle mit zumindest einer Ausgangswelle.
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Kupplungsanordnungen werden immer dann verwendet, wenn ein Motor, insbesondere ein Verbrennungsmotor, wahlweise drehmomentübertragend mit einem Antriebsstrang verbunden oder von diesem getrennt werden soll. Üblicherweise umfassen die Kupplungsanordnungen zumindest eine Reibkupplung, welche im geschlossenen Zustand das vom Motor bereitgestellte Drehmoment an den Antriebsstrang überträgt und im geöffneten Zustand den Drehmomentfluss unterbricht. Reibkupplungen werden in vielen Fällen mit mindestens einer Kolben-Zylindereinheit betätigt, wozu ein Fluid, üblicherweise ein Hydrauliköl, mit einer Pumpe in einen Druckraum gefördert wird. Der sich dort aufbauende Druck bewirkt ein Ausfahren des Kolbens, der die Reibkupplung schließt. Neben dem Druck, der durch die Pumpe aufgebaut wird, kann aber auch aufgrund der durch die Drehzahl der sich drehenden Komponenten der Kupplungsanordnung, insbesondere der Hauptnabe, eine Fliehkraft auf das Fluid wirken, die den Druck im Druckraum weiter erhöht. Der im Druckraum herrschende Druck wird im Folgenden als Schließdruck bezeichnet.
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Um ein unbeabsichtigtes Schließen der Reibkupplung zu vermeiden, sind häufig Ausgleichsräume vorgesehen, in welchen sich ebenfalls ein Druck aufbauen kann, der dem Schließdruck entgegenwirkt. Dieser Druck wird im Folgenden als Gegendruck bezeichnet. Zum Schließen der Kupplung wird nur der Schließdruck erhöht, infolgedessen der Kolben ausfährt und das Fluid aus dem Ausgleichsraum verdrängt.
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Die Reibkupplung ist mit Vorspannmitteln, beispielsweise mit Federpaketen in die Offenstellung vorgespannt. Sobald der Schließdruck unter einen bestimmten Wert fällt, öffnet die Reibkupplung.
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Um das Fluid in den Druckraum und den Ausgleichsraum fördern und aus diesen wieder abführen zu können, sind in der Nabe, auf welcher die Kupplungsanordnung gelagert ist, Kanalsysteme vorgesehen. Im Folgenden werden die Kanalsysteme, die mit dem Druckraum fluidisch verbunden sind, als Druckraum-Kanalsystem und die Kanalsysteme, die mit dem Ausgleichsraum fluidisch verbunden sind, als Ausgleichsraum-Kanalsystem bezeichnet.
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Im Fahrzeugbau werden verstärkt Doppelkupplungen eingesetzt, die beispielsweise in der
EP 2 913 554 A1 offenbart sind. Da die beiden Kupplungen unabhängig voneinander betätigt werden müssen, sind entsprechend viele Kolben-Zylindereinheiten und entsprechend vielen Druck- und Ausgleichsräume vorhanden. Die Druckraum-Kanalsysteme und die Ausgleichsraum-Kanalsysteme müssen entsprechend angeordnet werden, wodurch die Doppelkupplungen eine nicht unerhebliche Komplexität aufweisen.
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Im Zuge der Bestrebungen, die CO2-Emissionen von Fahrzeugen zu verringern, werden die Antriebe zunehmend elektrifiziert. Ein Konzept hierbei ist der sogenannte Hybrid-Antrieb, der sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor umfasst. Je nach Betriebszustand kann das Fahrzeug sowohl mit dem Verbrennungsmotor als auch mit dem Elektromotor angetrieben werden, beispielsweise beim Beschleunigen. Bei langsamen Fahrten beispielsweise im städtischen Bereich kann das Fahrzeug ausschließlich vom Elektromotor angetrieben werden. Um den Verbrennungsmotor wahlweise mit dem Antriebsstrang drehmomentübertragend zu verbinden oder von ihm zu trennen, ist eine weitere Reibkupplung vorgesehen. Die
DE 10 2007 003 107 A1 und die
DE 10 2018 009 252 A1 zeigen Kupplungsanordnungen für derartige Hybrid-Antriebe. Neben der beispielsweise in der
EP 2 913 554 A1 offenbarten Doppelkupplung mit einer ersten Reibkupplung und einer zweiten Reibkupplung ist noch eine dritte Reibkupplung zum wahlweisen Verbinden oder Trennen des Verbrennungsmotors mit dem Antriebsstrang vorgesehen. Da auch die dritte Reibkupplung unabhängig von der ersten Reibkupplung und der zweiten Reibkupplung betätigt werden muss, sind entsprechend zusätzliche Druckräume und Ausgleichsräume vorzusehen, die mit eigenen Druckraum-Kanalsystemen bzw. Ausgleichsraum-Kanalsystemen fluidisch verbunden sind. Die Komplexität der Kanalsysteme nimmt hierdurch weiter zu.
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Eine insbesondere im Fahrzeugbau auftretende Randbedingung ist der nur sehr begrenzt zur Verfügung stehende Bauraum. Eine besondere Herausforderung stellen dabei Quermotor-Konzepte dar, bei denen der Verbrennungsmotor quer zur Hauptfahrtrichtung eingebaut ist und bei denen der für die Kupplungsanordnung zur Verfügung stehende axiale Bauraum aufgrund der mehr oder weniger unveränderbaren Breite des Motorraums sehr begrenzt ist. Die verschiedenen Reibkupplungen sind häufig auf radial unterschiedlichen Durchmessern angeordnet, um die Kupplungsanordnung axial kurz bauen zu können.
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Die Kanalsysteme weisen Bohrungen auf, welche in der Nabe und in mit der Nabe verbundenen Bauteilen angeordnet sind. Um die Druckräume und die Ausgleichsräume erreichen zu können, sind pro Kanalsystem mehrere Bohrungen notwendig, die parallel, senkrecht und geneigt zur Drehachse der Kupplungsanordnung verlaufen können. Insbesondere die Kanalsysteme für die radial äußere Kupplung weisen sehr lange in radiale Richtung verlaufende Bohrungen auf, die schwer zu fertigen und daher teuer sind. Zudem benötigen die Bohrungen aus fertigungstechnischen und strömungstechnischen Gründen einen Mindestdurchmesser, der nicht unterschritten werden kann. Der Mindestdurchmesser wirkt sich auch auf die minimale Wandstärke aus, die das betreffende Bauteil, das von der Bohrung durchlaufen wird, aufweisen muss, so dass ein bestimmter Bauraum benötigt wird.
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Wie erwähnt, ist jedoch der Bauraum im Fahrzeugbau üblicherweise knapp, so dass es Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Kupplungsanordnung anzugeben, welche gegenüber aus dem Stand der Technik benannten Kupplungsanordnungen einen geringeren Bauraum benötigt und zudem kostengünstig zu fertigen ist.
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Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung zum Kuppeln einer Eingangswelle mit zumindest einer Ausgangswelle, umfassend
- - eine mit der Eingangswelle drehfest verbindbare Eingangseinheit,
- - eine mit der Eingangseinheit zusammenwirkende Reibkupplungseinheit,
- - eine Betätigungseinrichtung zum Öffnen und Schließen der Reibkupplungseinheit,
- - eine mit der Reibkupplungseinheit zusammenwirkende Ausgangseinheit, die mit zumindest einer Ausgangswelle drehfest verbindbar ist,
- o wobei die Eingangseinheit und die Ausgangseinheit bei geschlossener Reibkupplungseinheit drehmomentübertragend miteinander gekoppelt sind, und
- - eine Nabe zum Lagern der Kupplungsanordnung, wobei
- - die Betätigungseinrichtung
- o eine Kolben-Zylindereinheit zum Öffnen und Schließen der Reibkupplungseinheit, und
- o einen Druckraum zum Aufbauen eines auf die Kolben-Zylindereinheit wirkenden Schließdrucks aufweisen, und
- - die Nabe
- o ein Druckraum-Kanalsystem zum Zu- und Abführen von Fluid in den bzw. aus dem Druckraum bildet und
- o das Druckraum-Kanalsystem zumindest eine Druckraumnut aufweist.
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Die Druckraumnut ist Teil des Druckraum-Kanalsystems und daher an der Führung des Fluids beteiligt. Nuten sind einerseits einfacher und günstiger zu fertigen als Bohrungen, insbesondere lange Bohrungen, zudem können sie mit einer Breite gefertigt werden, die geringer ist als der bereits erwähnte Mindestdurchmesser der Bohrungen, ohne dass eine Unterversorgung der betreffenden Druck- und Arbeitsräume zu befürchten ist. Entlang der Drehachse der Kupplungsanordnung gesehen können die Nuten geschlossen kreisringförmig oder unterbrochen kreisringsektorförmig oder sichelförmig sein, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist. Die Wahl der Form der Nuten ist weitgehend frei und kann anhand von fertigungstechnischen Erwägungen und aufgrund von Festigkeitskriterien erfolgen. Da die Nuten so gelegt werden können, dass das Bauteil, in welchem sie angeordnet sind, weniger Wandstärke im Vergleich zu Bohrungen benötigt, lässt sich Bauraum der Kupplungsanordnung reduzieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Druckraum-Kanalsystem zumindest eine Druckraumbohrungsanordnung umfassen und die Druckraumnut in Fluidkommunikation mit der Druckraumbohrungsanordnung stehen. Die Druckraumbohrungsanordnung weist mindestens eine Bohrung auf. Die Bohrungen können dabei parallel zur Drehachse, senkrecht hierzu oder geneigt hierzu verlaufen. Die Druckraumnut kann in die Bohrung der Druckraumbohrungsanordnung münden.
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Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform kann die Kupplungsanordnung
- - einen Ausgleichsraum zum Aufbauen eines auf die Kolben-Zylindereinheit wirkenden Gegendrucks aufweisen und
- - die Nabe ein Ausgleichsraum-Kanalsystem zum Zu- und Abführen von Fluid in den bzw. aus dem Ausgleichsraum bilden, wobei
- - das Ausgleichsraum-Kanalsystem zumindest eine Ausgleichsraumnut aufweist.
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Die Ausführungen zur Druckraumnut gelten sinngemäß auch für die Ausgleichsraumnut. Das Vorsehen von Ausgleichsräumen verhindert das unbeabsichtigte Schließen der Reibkupplungsanordnung infolge eines unkontrollierten Anstiegs des Schließdrucks im Druckraum. Dieser Anstieg kann beispielsweise durch die Ansammlung von Fluid im Druckraum infolge von Fliehkräften entstehen, die von der Drehung der Kupplungsanordnung hervorgerufen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Ausgleichsraum-Kanalsystem zumindest eine Ausgleichsraumbohrungsanordnung auf, wobei die Ausgleichsraumnut in Fluidkommunikation mit der Ausgleichsraumbohrungsanordnung steht. Wie auch die Druckraumbohrungsanordnung weist die Ausgleichsraumbohrungsanordnung zumindest eine Bohrung auf. Die Führung des Fluids zu dem Ausgleichsraum kann in Verbindung mit der Ausgleichsraumnut fertigungstechnisch einfach gehalten werden.
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Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform kann die Druckraumnut in den Druckraum münden. Es ist nicht zwingend notwendig, dass die Druckraumnut direkt in den Druckraum mündet. Beispielsweise kann die Nut zwischen zwei Bohrungen des Druckraum-Kanalsystems angeordnet sein und diese fluidisch verbinden. Allerdings kann die Fertigung vereinfacht werden, wenn die Druckraumnut direkt in den Druckraum mündet, da die Anzahl der Bohrungen gering gehalten werden kann. Zudem lässt sich hierdurch Bauraum aus den angegebenen Gründen sparen.
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In einer weitergebildeten Ausführungsform kann die Ausgleichsraumnut in den Ausgleichsraum münden. Auch in dieser Ausführungsform kann die Fertigung vereinfacht und Bauraum gespart werden.
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Bei einer weitergebildeten Ausführungsform kann die Reibkupplungseinheit als Lamellenkupplung ausgeführt sein und
- - mindestens zwei Innenlamellen und zwischen zwei benachbart angeordneten Innenlamellen jeweils ein Spreizelement zum Öffnen der Reibkupplungseinheit oder
- - mindestens zwei Außenlamellen und zwischen zwei benachbart angeordneten Außenlamellen jeweils ein Spreizelement zum Öffnen der Reibkupplungseinheit aufweisen.
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Beispielsweise aus der bereits erwähnten
EP 2 913 554 A1 ist ersichtlich, dass zum Öffnen der Reibkupplungseinheit üblicherweise Federpakete eingesetzt werden. Die Federpakete benötigen aber einen vergleichsweise großen Bauraum. Im Gegensatz dazu können die Spreizelemente platzsparend in der Reibkupplungseinheit angeordnet werden, wodurch der für die Kupplungsanordnung benötigte Bauraum verringert werden kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Nabe drehfest mit der Eingangseinheit verbindbar oder verbunden sein. In dieser Ausführungsform kann die Nabe in die Eingangseinheit integriert sein und am Drehmomentfluss beteiligt werden, wodurch die Anzahl der Bauteile reduziert werden kann.
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Eine weitergebildete Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Reibkupplungseinheit
- - eine erste Reibkupplung und
- - eine zweite Reibkupplung aufweist, wobei
- - die erste Reibkupplung mit einer ersten Betätigungsuntereinheit und
- - die zweite Reibkupplung mit einer zweiten Betätigungsuntereinheit betätigbar sind,
- - die erste Betätigungsuntereinheit
- o eine erste Kolben-Zylindereinheit zum Öffnen und Schließen der ersten Reibkupplung, und
- o einen ersten Druckraum zum Aufbauen eines auf die erste Kolben-Zylindereinheit wirkenden Schließdrucks aufweist, und
- - die zweite Betätigungsuntereinheit
- o eine zweite Kolben-Zylindereinheit zum Öffnen und Schließen der zweiten Reibkupplung, und
- o einen zweiten Druckraum zum Aufbauen eines auf die zweite Kolben-Zylindereinheit wirkenden Schließdrucks aufweist, und
- - die Nabe
- o ein erstes Druckraum-Kanalsystem zum Zu- und Abführen von Fluid in den bzw. aus dem ersten Druckraum, und
- o ein zweites Druckraum-Kanalsystem zum Zu- und Abführen von Fluid in den bzw. aus dem zweiten Druckraum aufweist, wobei
- o das erste Druckraum-Kanalsystem zumindest eine erste Druckraumnut, und/oder
- o das zweite Druckraum-Kanalsystem zumindest eine zweite Druckraumnut aufweist.
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In dieser Ausführungsform ist die Kupplungsanordnung nach Art einer Doppelkupplung ausgeführt, wodurch sich ein zuglastunterbrechungsfreier oder zuglastunterbrechungsfreier Gangwechsel realisieren lässt. Der axiale Bauraum der Doppelkupplung lässt sich vorschlagsgemäß insbesondere mit der Verwendung der Druckraumnuten gering halten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen
- - die erste Betätigungsuntereinheit
- o einen ersten Ausgleichsraum zum Aufbauen eines auf die erste Kolben-Zylindereinheit wirkenden Gegendrucks, und
- - die zweite Betätigungsuntereinheit
- o einen zweiten Ausgleichsraum zum Aufbauen eines auf die zweite Kolben-Zylindereinheit wirkenden Gegendrucks auf, und
- - die Nabe weist
- o ein erstes Ausgleichsraum-Kanalsystem zum Zu- und Abführen von Fluid in den bzw. aus dem ersten Ausgleichsraum, und
- o ein zweites Ausgleichsraum-Kanalsystem zum Zu- und Abführen von Fluid in den bzw. aus dem zweiten Ausgleichsraum auf, wobei
- - das erste Ausgleichsraum-Kanalsystem zumindest eine erste Ausgleichsraumnut, und/oder
- - das zweite Ausgleichsraum-Kanalsystem zumindest eine zweite Ausgleichsraumnut aufweist.
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Wie erwähnt, kann es im Druckraum infolge einer fliehkraftbedingten Ansammlung von Fluid zu einer Erhöhung des Schließdrucks kommen, wodurch die erste und die zweite Reibkupplung unbeabsichtigt geschlossen werden können. Dieses unbeabsichtigte Schließen kann mit den Ausgleichsräumen verhindert werden. Mit den Ausgleichsraumnuten kann der Bauraum der Kupplungsanordnung gering gehalten werden.
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Das erste Druckraum-Kanalsystem kann eine erste Druckraumbohrungsanordnung aufweisen, welche mit der ersten Druckraumnut in Fluidkommunikation steht. Analog hierzu kann das zweite Druckraum-Kanalsystem eine zweite Druckraumbohrungsanordnung aufweisen, welche mit der zweiten Druckraumnut in Fluidkommunikation steht.
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Das erste Ausgleichsraum-Kanalsystem kann eine erste Ausgleichsraumbohrungsanordnung aufweisen, welche mit der ersten Ausgleichsraumnut in Fluidkommunikation steht. Analog hierzu kann das zweite Ausgleichsraum-Kanalsystem eine zweite Ausgleichsraumbohrungsanordnung aufweisen, welche mit der zweiten Ausgleichsraumnut in Fluidkommunikation steht.
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Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform sind der erste Ausgleichsraum und der zweite Ausgleichsraum fluidisch miteinander verbunden, wobei das erste Ausgleichsraum-Kanalsystem und das zweite Ausgleichsraum-Kanalsystem zu einem gemeinsamen Ausgleichsraum-Kanalsystem zusammengefasst sind. In dieser Ausführungsform kann zumindest ein Ausgleichsraum-Kanalsystem eingespart und die Kupplungsanordnung vereinfacht und raumsparender gefertigt werden. Sofern weitere Ausgleichsräume vorhanden sind, können diese ebenfalls fluidisch mit dem ersten Ausgleichsraum und/oder dem zweiten Ausgleichsraum verbunden werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Reibkupplung
- - mindestens zwei Innenlamellen und zwischen zwei benachbart angeordneten Innenlamellen jeweils ein Spreizelement zum Öffnen der ersten Reibkupplung oder
- - mindestens zwei Außenlamellen und zwischen zwei benachbart angeordneten Außenlamellen jeweils ein Spreizelement zum Öffnen der ersten Reibkupplung aufweist.
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In dieser Ausführungsform ist die erste Reibkupplung als eine Lamellenkupplung ausgeführt. Wie bereits erwähnt, kann unter Verwendung der Spreizelemente auf Federpakete verzichtet werden, so dass auch hierdurch Bauraum eingespart werden kann.
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Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Reibkupplung
- - mindestens zwei Innenlamellen und zwischen zwei benachbart angeordneten Innenlamellen jeweils ein Spreizelement zum Öffnen der zweite Reibkupplung oder
- - mindestens zwei Außenlamellen und zwischen zwei benachbart angeordneten Außenlamellen jeweils ein Spreizelement zum Öffnen der zweiten Reibkupplung aufweist.
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In dieser Ausführungsform ist die zweite Reibkupplung als eine Lamellenkupplung ausgeführt. Wie bereits erwähnt, kann unter Verwendung der Spreizelemente auf Federpakete verzichtet werden, so dass auch hierdurch Bauraum eingespart werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Reibkupplung und die zweite Reibkupplung in radialer Richtung ineinander verschachtelt angeordnet sind. Die radiale Verschachtelung ermöglicht eine Reduzierung des axialen Bauraums, so dass die Kupplungsanordnung gemäß dieser Ausführungsform insbesondere bei axial knappem Bauraum, der beispielsweise bei Quermotoren vorliegt, eingesetzt werden kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Kupplungsanordnung einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor umfassen, wobei der Rotor drehfest oder drehmomentübertragend mit der Eingangseinheit verbindbar oder verbunden ist. Mit dieser Ausführungsform lassen sich Hybrid-Antriebe realisieren, die sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor aufweisen. Der CO2-Ausstoß des betreffenden Fahrzeugs kann reduziert werden. Zudem kann der Elektromotor ein zusätzliches Drehmoment auf das Eingangselement aufbringen, beispielsweise Beschleunigungsvorgängen, wodurch das Fahrverhalten verbessert werden kann. Der Elektromotor kann auch als Generator betrieben werden, so dass kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
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Eine weitergebildete Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Reibkupplungseinheit eine dritte Reibkupplung aufweist, die mit einer dritten Betätigungsuntereinheit betätigbar ist und mit welcher ein erster Abschnitt des Eingangseinheit und ein zweiter Abschnitt der Eingangseinheit bei geschlossener dritten Reibkupplung drehmomentübertragend miteinander verbunden sind. Hierdurch kann der Verbrennungsmotor komplett vom Antriebsstrang getrennt und das Fahrzeug ausschließlich mit dem Elektromotor betrieben werden.
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Gemäß einer weitergeführten Ausführungsform sind die erste Reibkupplung, die zweite Reibkupplung und die dritte Reibkupplung in radialer Richtung ineinander verschachtelt angeordnet. Der axiale Bauraum kann mit dieser verschachtelten Anordnung gering gehalten werden.
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Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform werden zumindest einer der Druckräume oder zumindest einer der Ausgleichsräume zumindest teilweise von einem ersten Wandungsteil und einem zweiten Wandungsteil gebildet, die an zumindest einer Verbindungsstelle miteinander verbunden sind. Die Wandungsteile können als Blechteil, Gussteil oder Schmiedeteil ausgeführt sein und auf einfache Weise in die Form gebracht werden, die sich für eine raumsparende Konstruktion der Kupplungsanordnung anbietet. Mit der oder den Verbindungsstellen kann eine Verformung der Bleche bei Druckbeaufschlagung verhindert oder auf ein akzeptables Maß reduziert werden. Dabei kann eine erste Verbindungsstelle in etwa in Höhe des halben Durchmessers der Kupplungsanordnung angeordnet sein, wohingegen eine zweite Verbindungsstelle im Bereich des radial äußeren Endes eines der Wandungsteile angeordnet sein kann. Die Verformung der Wandungsteile infolge der Druckbeaufschlagung kann hiermit effektiv auf ein tolerierbares Maß reduziert werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass ein Wandungsteil von der Eingangseinheit gebildet wird. Die Anzahl der Bauteile lässt sich gering halten und Bauraum einsparen.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine Schnittdarstellung durch eine vorschlagsgemäße Kupplungsanordnung,
- 2 eine perspektivische Darstellung einer Nabe einer vorschlagsgemäßen Kupplungsanordnung,
- 3A eine prinzipielle Schnittdarstellung durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ausgleichsraumnut,
- 3B eine prinzipielle Schnittdarstellung durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ausgleichsraumnut, und
- 3C eine prinzipielle Schnittdarstellung durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Ausgleichsraumnut.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel einer vorschlagsgemäßen Kupplungsanordnung 10 zum Kuppeln einer Eingangswelle 12 mit in diesem Fall zwei Ausgangswellen 14, die auch als erste Getriebeeingangswelle 16 und zweite Getriebeeingangswelle 18 bezeichnet werden (nicht explizit dargestellt). Die Kupplungsanordnung 10 ist mit einem Radiallager 13 auf der Eingangswelle drehbar gestützt und mit einem Axiallager 15 gegenüber benachbart angeordneten Bauteilen drehbar gelagert Das Radiallager 13 und das Axiallager 15 liegen an einer Abstützung 17 der Kupplungsanordnung 10 an. Die Kupplungsanordnung 10 umfasst eine mit der Eingangswelle 12 drehfest verbundene oder verbindbare Eingangseinheit 20 auf, die einen ersten Abschnitt 22 und einen zweiten Abschnitt 24 aufweist. Zwischen dem ersten Abschnitt 22 und dem zweiten Abschnitt 24 ist eine radial äußere Reibkupplung, im Folgenden als dritte Reibkupplung 26 angeordnet, die Teil einer Reibkupplungseinheit 27 ist und mittels einer Betätigungseinrichtung 28 geöffnet und geschlossen werden kann. Die Betätigungseinrichtung 28 weist eine dritte Betätigungsuntereinheit 30 mit einer dritten Kolben-Zylindereinheit 29 auf, mit welcher die dritte Reibkupplung 26 betätigt werden kann. Die dritte Reibkupplung 26 ist als eine Lamellenkupplung 31 ausgebildet und weist dritte Innenlamellen 32 und dritte Außenlamellen 34 auf. Der erste Abschnitt 22 der Eingangseinheit 20 dient als Träger der dritten Außenlamellen 34, während der zweite Abschnitt 24 als Träger der dritten Innenlamellen 32 dient. Die Begriffe „Innenlamellen“ und „Außenlamellen“ beziehen sich dabei auf ihre Ausrichtung vom Träger aus betrachtet.
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Die Kupplungsanordnung 10 umfasst einen Elektromotor 36 mit einem Rotor 38 und einem Stator 40, wobei der Rotor 38 drehfest oder drehmomentübertragend mit dem zweiten Abschnitt 24 verbunden ist. Der zweite Abschnitt 24 ist drehfest mit einer Nabe 42 verbunden, die sich mit der Drehzahl des zweiten Abschnitts um die Drehachse D der Kupplungsanordnung 10 dreht. Die Nabe 42 ist axial mit einem Axiallager 43 abgestützt. Die Eingangseinheit 20 weist zudem einen dritten Abschnitt 44 auf, der ebenfalls drehfest mit der Nabe 42 verbunden ist und in eine ebenfalls zur Reibkupplungseinheit 27 gehörende erste Reibkupplung 46 und eine ebenfalls zur Reibkupplungseinheit 27 gehörende zweite Reibkupplung 48 führt, die beide als Lamellenkupplungen 31 ausgeführt sind. Der dritte Abschnitt 44 bildet einen Lamellenträger für erste Außenlamellen 50 der ersten Reibkupplung 46 und einen Lamellenträger für zweite Innenlamellen 52 der zweiten Reibkupplung 48.
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Die erste Reibkupplung 46 wirkt mit einer ersten Ausgangseinheit 54 zusammen, welche einen Lamellenträger für erste Innenlamellen 55 der ersten Reibkupplung 46 bildet und welche drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle 16 verbunden ist. Die zweite Reibkupplung 48 wirkt mit einer zweiten Ausgangseinheit 56 zusammen, welche einen Lamellenträger für zweite Außenlamellen 58 der zweiten Reibkupplung 48 bildet und welche drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 16 18 verbunden ist.
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Die erste Reibkupplung 46 ist radial innerhalb der zweiten Reibkupplung 48 angeordnet. Die dritte Reibkupplung 26 umschließt sowohl die erste Reibkupplung 46 als auch die zweite Reibkupplung 48. Die Reibkupplungen 26, 46, 48 sind daher radial verschachtelt zueinander angeordnet.
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Die Betätigungseinrichtung 28 weist eine erste Betätigungsuntereinheit 60 auf, mit welcher die erste Reibkupplung 46 betätigt werden kann. Zudem weist die Betätigungseinrichtung 28 eine zweite Betätigungsuntereinheit 62 auf, mit welcher die zweite Reibkupplung 48 betätigt werden kann. Alle drei Reibkupplungen 26, 46, 48 können unabhängig voneinander betätigt werden.
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Die erste Betätigungseinrichtung 28 weist eine erste Kolben-Zylindereinheit 64 zum Öffnen und Schließen der ersten Reibkupplung 46, einen ersten Druckraum 66 zum Aufbauen eines auf die erste Kolben-Zylindereinheit 64 wirkenden Schließdrucks, und einen ersten Ausgleichsraum 68 zum Aufbauen eines auf die erste Kolben-Zylindereinheit 64 wirkenden Gegendrucks auf.
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Die zweite Betätigungsuntereinheit 62 umfasst eine zweite Kolben-Zylindereinheit 70 zum Öffnen und Schließen der zweiten Reibkupplung 48, einen zweiten Druckraum 72 zum Aufbauen eines auf die zweite Kolben-Zylindereinheit 70 wirkenden Schließdrucks, und einen zweiten Ausgleichsraum 74 zum Aufbauen eines auf die zweite Kolben-Zylinderuntereinheit 70 wirkenden Gegendrucks.
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In der Nabe 42 ist ein erstes Druckraum-Kanalsystem 76 zum Zu- und Abführen von Fluid in den bzw. aus dem ersten Druckraum 66 mit einer ersten Druckraumbohrungsanordnung 78 und ein erstes Ausgleichsraum-Kanalsystem 80 zum Zu- und Abführen von Fluid in den bzw. aus dem ersten Ausgleichsraum 68 mit einer ersten Ausgleichsraumbohrungsanordnung 82 angeordnet. Das erste Druckraum-Kanalsystem 76 weist zumindest eine mit der ersten Druckraumbohrungsanordnung 78 in Fluidkommunikation stehende erste Druckraumnut 84, und das erste Ausgleichsraum-Kanalsystem 76 zumindest eine mit der ersten Ausgleichsraumbohrungsanordnung 82 in Fluidkommunikation stehende erste Ausgleichsraumnut 86 auf.
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Zudem ist in der Nabe 42 ein zweites Druckraum-Kanalsystem 88 zum Zu- und Abführen von Fluid in den bzw. aus dem zweiten Druckraum 72 mit einer zweiten Druckraumbohrungsanordnung 90, und ein zweites Ausgleichsraum-Kanalsystem 92 zum Zu- und Abführen von Fluid in den bzw. aus dem zweiten Ausgleichsraum 74 mit einer zweiten Ausgleichsraumbohrungsanordnung 93 angeordnet. Das zweite Druckraum-Kanalsystem 88 weist zumindest eine mit der zweiten Druckraumbohrungsanordnung 90 in Fluidkommunikation stehende zweite Druckraumnut 94 auf, die in diesem Fall jedoch als Bohrung ausgestaltet ist. Das zweite Ausgleichsraum-Kanalsystem 92 weist zumindest eine mit der zweiten Ausgleichsraumbohrungsanordnung 93 in Fluidkommunikation stehende zweite Ausgleichsraumnut 96 auf.
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Weiterhin ist in der Nabe 42 ein drittes Druckraum-Kanalsystem 98 zum Zu- und Abführen von Fluid in einen bzw. aus dem dritten Druckraum 97 mit einer dritten Druckraumbohrungsanordnung 100, und ein drittes Ausgleichsraum-Kanalsystem 102 zum Zu- und Abführen von Fluid in einen bzw. aus dem dritten Ausgleichsraum 103 mit einer dritten Ausgleichsraumbohrungsanordnung 104 angeordnet. Das dritte Druckraum-Kanalsystem 98 weist zumindest eine mit der dritten Druckraumbohrungsanordnung 100 in Fluidkommunikation stehende dritte Druckraumnut 106, und das dritte Ausgleichsraum-Kanalsystem 102 zumindest eine mit der dritten Ausgleichsraumbohrungsanordnung 104 in Fluidkommunikation stehende dritte Ausgleichsraumnut 108 auf. Sämtliche Druckraumnuten 84, 94, 106 münden direkt in die Druckräume 66, 72, 97 und sämtliche Ausgleichsraumnuten 86, 96, 108 münden direkt in die Ausgleichsräume 68, 74, 103.
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Der grundsätzliche Aufbau der Druckraum-Kanalsysteme und der Ausgleichsraum-Kanalsysteme ist im Wesentlichen gleich, allerdings sind diese gleichmäßig über den Umfang der Nabe 42 verteilt, so dass aus Darstellungsgründen in 1 nur eins der Kanalsysteme gezeigt ist. Die Bezugszeichen sind der Vollständigkeit halber jedoch für alle Druckraum-Kanalsysteme und für alle Ausgleichsraum-Kanalsysteme und ihre Bestandteile angegeben.
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Weiterhin ist zu beachten, dass der erste Ausgleichsraum 68 und der dritte Ausgleichsraum 103 über Verbindungsbohrungen 109 fluidisch miteinander verbunden sind, so dass das erste Ausgleichsraum-Kanalsystem 80 und das dritte Ausgleichsraum-Kanalsystem 102 zu einem gemeinsamen Ausgleichsraum-Kanalsystem 110 zusammengefasst sind.
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Die erste Reibkupplung 46 wird mittels eines Federpakets 112 in die geöffnete Stellung vorgespannt. Die zweite Reibkupplung 48 wird mit Hilfe von Spreizelementen 114, die zwischen zwei benachbarten Innenlamellen der zweiten Reibkupplung 48 angeordnet sind, in die geöffnete Stellung vorgespannt. Die dritte Reibkupplung 26 wird mit einer Feder 116 in die geöffnete Stellung vorgespannt.
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Der dritte Druckraum 97 wird von einem ersten Wandungsteil 118 und einem zweiten Wandungsteil 120 gebildet, die beispielsweise als Blechteil, Gussteil oder als Schmiedeteil ausgebildet sein können. Das erste Wandungsteil 118 wird dabei vom zweiten Abschnitt 24 der Eingangseinheit 20 gebildet. Das zweite Wandungsteil 120 ist am radial äußeren Ende an einer ersten Verbindungsstelle 1241 mit einem Sicherungsring 122 am zweiten Abschnitt 24 befestigt und zusätzlich an einer zweiten Verbindungsstelle 1242 mit dem zweiten Abschnitt 24 verbunden. Beispielsweise kann die Verbindungsstelle 124 eine Punktschweißnaht oder ein Formschlussmittel umfassen (nicht dargestellt). Auch andere Verbindungsmittel können eingesetzt werden, solange diese die Dichtigkeit des Druckraums 97 gewährleisten.
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In 2 ist die Nabe 42 anhand einer perspektivischen Darstellung separat gezeigt. Man erkennt das gemeinsame Ausgleichsraum-Kanalsystem 110 für den ersten Ausgleichsraum 68 und dritten Ausgleichsraum 103 (siehe 1). Die gemeinsame Ausgleichsraumbohrungsanordnung 125 weist dabei eine parallel zur Drehachse D der Kupplungsanordnung 10 verlaufende erste Bohrung 126 und eine geneigt zu dieser verlaufende zweite Bohrung 128 auf. Die gemeinsame Ausgleichsraumnut 130 mündet in die zweite Bohrung 128 und von dort aus in den ersten Ausgleichsraum 68 (siehe 1). Ansatzweise ist auch die dritte Druckraumnut 106 zu erkennen. Aufgrund der fluidischen Verbindung des ersten Ausgleichsraums 68 und des dritten Ausgleichsraums 103 sowie der Bildung des ersten Druckraums mit dem ersten Wandungsteil 118 und dem zweiten Wandungsteil 120 kommt die Nabe 42 mit einer geringen radialen Erstreckung aus. Entsprechend kurz bauen auch die Druckraumnuten 84,94,106 und die Ausgleichsraumnuten 86,96,108.
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Die 3A bis 3C zeigen Schnittdarstellungen durch verschiedene Ausführungsformen der Nabe 42 in etwa durch die Ausgleichsraumnuten 86,96,108 gemäß 2. 3A zeigt eine erste Ausführungsform der Nabe 421, bei welcher Ausgleichsraumnuten 86,96,108 in etwa sichelförmig ausgestaltet sind und einen gewölbten Nutgrund 132 aufweisen. Die Ausgleichsraumnuten 86,96,108 der Nabe 421 nach dem ersten Ausführungsbeispiel können beispielsweise mit einem seitlich in die Nabe 42 einfahrenden Fräskopf gefertigt werden. Insgesamt vier Ausgleichsraumnuten 86,96,108 sind über den Umfang der Nabe 42 verteilt angeordnet, jedoch nicht gleichmäßig über den Umfang verteilt. Die beiden oberen und unteren Ausgleichsraumnuten 86,96,108 stehen jeweils in Fluidkommunikation miteinander, während zwischen den beiden oberen Ausgleichsraumnuten 86,96,108 und den beiden unteren Ausgleichsraumnuten 86,96,108 keine Fluidkommunikation vorhanden ist.
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3B zeigt eine zweite Ausführungsform der Nabe 422, bei der die Ausgleichsraumnuten 86,96,108 ebenfalls einen gewölbten Nutgrund 132 aufweisen und in etwa ringförmig ausgestaltet sind. Die Ausgleichsraumnuten 86,96,108 der Nabe 422 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel können beispielsweise auf einer Drehbank gefertigt werden. Es entsteht eine zusammenhängende Ausgleichsraumnuten 86,96,108, in welche alle vier zweite Bohrungen 128 münden.
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3C zeigt eine dritte Ausführungsform der Nabe 423, bei der die Ausgleichsraumnuten 86,96,108 einen ebenen Nutgrund 132 aufweisen und beispielsweise gefräst werden können. Auch hier stehen die beiden oberen Ausgleichsraumnuten 86,96,108 und die beiden unteren Ausgleichsraumnuten 86,96,108 in Fluidkommunikation miteinander, während zwischen den beiden oberen Ausgleichsraumnuten 86,96,108 und den beiden unteren Ausgleichsraumnuten 86,96,108 keine Fluidkommunikation vorhanden ist. Vielmehr sind die beiden oberen Ausgleichsraumnuten 86,96,108 und die beiden unteren Ausgleichsraumnuten 86,96,108 mit einem Steg voneinander getrennt, wodurch die Stabilität der Nabe 42 hoch gehalten wird.
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Die Druckraumnuten 84,94,106 können genauso geformt sein wie die Ausgleichsraumnuten 86,96,108.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kupplungsanordnung
- 12
- Eingangswelle
- 13
- Radiallager
- 14
- Ausgangswelle
- 15
- Axiallager
- 16
- erste Getriebeeingangswelle
- 17
- Abstützung
- 18
- zweite Getriebeeingangswelle
- 20
- Eingangseinheit
- 22
- erster Abschnitt
- 24
- zweiter Abschnitt
- 26
- dritte Reibkupplung
- 27
- Reibkupplungseinheit
- 28
- Betätigungseinrichtung
- 29
- dritte Kolben-Zylindereinheit
- 30
- dritte Betätigungsuntereinheit
- 31
- Lamellenkupplung
- 32
- dritte Innenlamelle
- 34
- dritte Außenlamelle
- 36
- Elektromotor
- 38
- Rotor
- 40
- Stator
- 42
- Nabe
- 43
- Axiallager
- 44
- dritter Abschnitt
- 46
- erste Reibkupplung
- 48
- zweite Reibkupplung
- 50
- erste Außenlamelle
- 52
- zweite Innenlamelle
- 54
- erste Ausgangseinheit
- 55
- erste Innenlamelle
- 56
- zweite Ausgangseinheit
- 58
- zweite Außenlamelle
- 60
- erste Betätigungsuntereinheit
- 62
- zweite Betätigungsuntereinheit
- 64
- erste Kolben-Zylindereinheit
- 66
- erster Druckraum
- 68
- erster Ausgleichsraum
- 70
- zweite Kolben-Zylindereinheit
- 72
- zweiter Druckraum
- 74
- zweiter Ausgleichsraum
- 76
- erstes Druckraum-Kanalsystem
- 78
- erste Druckraumbohrungsanordnung
- 80
- erstes Ausgleichsraum-Kanalsystem
- 82
- erste Ausgleichsraumbohrungsanordnung
- 84
- erste Druckraumnut
- 86
- erste Ausgleichsraumnut
- 88
- zweites Druckraum-Kanalsystem
- 90
- zweite Druckraumbohrungsanordnung
- 92
- zweites Ausgleichsraum-Kanalsystem
- 93
- zweite Ausgleichsraumbohrungsanordnung
- 94
- zweite Druckraumnut
- 96
- zweite Ausgleichsraumnut
- 97
- dritter Druckraum
- 98
- drittes Druckraum-Kanalsystem
- 100
- dritte Druckraumbohrungsanordnung
- 102
- drittes Ausgleichsraum-Kanalsystem
- 103
- dritter Ausgleichsraum
- 104
- dritte Ausgleichsraumbohrungsanordnung
- 106
- dritte Druckraumnut
- 108
- dritte Ausgleichsraumnut
- 109
- Verbindungsbohrungen
- 110
- gemeinsames Ausgleichsraum-Kanalsystem
- 112
- Federpaket
- 114
- Spreizelement
- 116
- Feder
- 118
- erstes Wandungsteil
- 120
- zweites Wandungsteil
- 122
- Sicherungsring
- 124
- Verbindungsstelle
- 1241
- erste Verbindungsstelle
- 1242
- zweite Verbindungsstelle
- 125
- gemeinsame Ausgleichsbohrungsanordnung
- 126
- erste Bohrung
- 128
- zweite Bohrung
- 130
- gemeinsame Ausgleichsaumnut
- 132
- Nutgrund
- D
- Drehachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2913554 A1 [0006, 0007, 0021]
- DE 102007003107 A1 [0007, 0055]
- DE 102018009252 A1 [0007, 0055]
