DE102020202141A1

DE102020202141A1 - Doppelkupplungssystem sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen

Info

Publication number: DE102020202141A1
Application number: DE102020202141.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Kraus; Julian Bähr; Jörn Pfannschmidt; Reinhard Schaarschmidt
Original assignee: Magna PT BV and Co KG
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2021-08-19
Also published as: WO2021165060A1

Abstract

Es wird ein Doppelkupplungssystem (1) vorgeschlagen, das über einen Dämpfungselement (80) an einen Verbrennungsmotor (VM) angebunden ist und ein schaltbares Trennelement (60) aufweist, das eine Eingangswellennabe (14) der Kupplungsanordnung (12) von dem Verbrennungsmotor trennt, wobei das Trennelement (60) ein Synchronsystem zur formschlüssigen Verbindung zweier koaxial, nicht auf einer Getriebewelle angeordneter Getriebeelemente aufweist

Description

Die Erfindung betrifft ein Doppelkupplungssystem, das über ein Dämpfungselement/Schwungrad an einen Verbrennungsmotor angebunden ist und ein schaltbares Trennelement aufweist, das eine Eingangswellennabe der Doppelkupplung vom Dämpfungselement/Schwungrad und damit von dem Verbrennungsmotor trennt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Doppelkupplungssystems.
Stand der Technik
Hybridisierte Antriebsstränge sind dem Stand der Technik in vielerlei Variationen bekannt geworden. Sie beinhalten ein Getriebe, eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine, sodass die jeweilige Antriebsleistung beider Maschinen kombiniert oder separat an den Abtrieb übertragen werden kann.
Ist die elektrische Maschine zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe angeordnet oder direkt mit dem Getriebe gekoppelt, können die verbrennungskraftmotorischen Gangstufen von der elektrischen Maschine zumindest teilweise mit genutzt werden.
DE 10 2012 018 416 B4 zeigt in einer solchen Anordnung eine Lastschaltung während des rein elektrischen Betriebs über ein nicht elektrifiziertes Teilgetriebe, was durch Verblocken der Kupplung ist möglich.
Der Verbrennungsmotor muss dabei im unbefeuerten Zustand auf Drehzahl gebracht und während des Schaltvorgangs mitgeschleppt werden, was zu einer Vielzahl an Nachteilen führt. Es kann eine Schädigung des Verbrennungsmotors oder des Katalysators auftreten. Zudem muss die elektrische Maschine Momentenkompensation betreiben. Der Fahrer erwartet während der elektrischen Fahrt keine Geräusche vom Verbrennungsmotor.
Die Regelung ist aufwändig und auch die Anforderung an den Verbrennungsmotor hoch.
Die zusätzliche Massenträgheit des Verbrennungsmotors im Leistungsfluss während des Gangeinlegens kann ein Problem sein.
Daher ist es sinnvoll den Verbrennungsmotor vom Getriebe zu trennen. Die Trennung des Verbrennungsmotors von Rest des Antriebsstrangs ist dabei aus der DE 10 2010 004 711 C5 bekannt. Dazu wird eine dritte Kupplung, die eine Reibkupplung ist, verwendet.
Das Trennelement ist dabei groß und aufwändig ausgeführt. Für im Fahrbetrieb betätigbare Systeme sind rein reibschlüssige Trennelemente mit Lamellen vorgesehen. Solche Trennelemente müssen dauerhaft mit Betätigungsenergie geschlossen gehalten werden, um ein Moment zu übertragen.
Der Bauraum für eine dritten Kupplung in einem elektrifizierten Antrieb mit Doppelkupplungsgetriebe ist sehr begrenzt und daher ist es wünschenswert eine gut zu integrierende Kupplung zu verwenden.
Synchronisationen werden in der Regel von außen über eine Schaltgabel betätigt. Eine außenliegende Betätigung der Schaltmuffe benötigt zusätzlichen Bauraum im Bereich des Schwingungsdämpfers des Verbrennungsmotors.
Die Führungsmuffen liegen in der Regel auf einer Welle und führen die außerhalb liegende Schaltmuffe.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Trennelement als dritte Kuppelung in einem kompakten Doppelkupplungsgetriebe konstruktiv zu verbessern.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Doppelkupplungssystem, das über ein Dämpfungselement an einen Verbrennungsmotor angebunden ist und ein schaltbares Trennelement aufweist, das eine Eingangswellennabe der Doppelkupplung von dem Dämpfungselement/Schwungrad trennt, wobei das Trennelement ein Synchronsystem zur formschlüssigen Verbindung zweier koaxial nicht auf einer gemeinsamen Getriebewelle angeordneter Getriebeelemente aufweist.
Das Trennelement mit Synchronsystem erlaubt eine reib- und kraftschlüssige Verbindung von Verbrennungsmotor und Doppelkupplung.
Es ist dabei von Vorteil, dass das Trennelement mit Synchronsystem eine innerhalb der Kupplungseingangsnabe liegende Schaltmuffe aufweist, die auf einer außenliegender Führungsmuffe geführt ist. Der Bauraum des Trennelements mit Synchronsystem kann mit geringem axialem und radialem Platzbedarf eingebunden werden
Es ist von Vorteil, dass die Führungsmuffe am Gehäuse des der Doppelkupplung gelagert und mit einer Hülse ein- oder mehrteilig verbunden ist. Die Führungsmuffe ist nicht an eine Welle oder ein Schaltrad angebunden, sondern wird über die Hülse angetrieben. Sie weist damit zwar eine gemeinsame Drehachse zu den übrigen Bauteilen auf, aber keine gemeinsame Welle.
Die Synchronisierung erfolgt Vorteilhafterweise so, dass die Führungshülse mit einem ersten Reibkonus verbunden ist, der mit mindestens einem weiteren Reibkonus mit angebundener Kupplungsantriebsplatte verbindbar ist. Für die Optimierung des Bauraumes ist es von Vorteil, dass die Reibkoni außerhalb der Schaltmuffe angebracht sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform Form sind die Reibkoni als Mehrfachkegelsystem mit innen-liegender Sperrverzahnung ausgebildet.
Die Anbindung an die Doppelkupplung erfolgt so, dass der Reibkonus und eine innenliegende Kupplungsverzahnung mit der Primärseite der Doppelkupplung verbunden sind.
Für die bauliche Auslegung ist es von Vorteil, dass die Anordnung der Schaltklauenelemente auf einem kleineren Durchmesser relativ zum Reibkonus liegt. Damit sind die Schaltklauenelemente, die eine formschlüssige Verbindung zwischen der Kupplung Antriebsplatte und den Eingangskomponenten der Doppelkupplung herstellen innerhalb des gesamten Trennelements mit Synchronsystem angeordnet.
Vorteilhafterweise erfolgt die Betätigung dadurch, dass die Schaltmuffe innerhalb des Verzahnungsdurchmessers der Schaltmuffe verschoben wird. Diese lineare Betätigung der Schalterrufe spart ebenfalls Bauraum ein.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass das Trennelement mit Synchronsystem das Motormoment des Verbrennungsmotors formschlüssig zur Doppelkupplung überträgt.
Es ist weiterhin von Vorteil, dass das Trennelement mit Synchronsystem das Moment zum Motorstart sowie ein Moment zum Abbremsen der Primärseite der Doppelkupplung überträgt.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1: einen hybridisierten Antriebsstrang im Stand der Technik,
2: eine schematische Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform einer Doppelkupplung mit Trennelement in offenen Zustand,
3: eine schematische Schnittansicht eines Trennelements.

In 1 ist ein Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug mit Doppelkupplungsgetriebe in elektrifizierter Form schematisch dargestellt. Ein solcher Aufbau eines Antriebs mit drei Kupplungen ist in der DE 10 2010 004 711 C5 beschrieben.
In 2 ist eine Ausführung für eine beispielhafte Doppelkupplung dargestellt.
Der Antriebsstrang 10 beinhaltet eine Kupplungsanordnung 12. Die Kupplungsanordnung 12 weist ein Eingangsglied 14 auf, das nach der Art eines Antriebskorbes ausgebildet und mit einer Eingangswelle über einen Kupplungseingangsnabe 16 verbunden ist Die Kupplungsanordnung 12 beinhaltet eine erste Kupplung 18 und eine zweite Kupplung 20. Die Kupplungen 18, 20 sind als nasslaufende Lamellenkupplungen ausgebildet und radial ineinander verschachtelt. Die erste Kupplung 18 ist die radial außenliegende Kupplung, die zweite Kupplung 20 ist die radial innere Kupplung.
Das Eingangsglied 14 ist mit einem Außenlamellenträger 22 der ersten Kupplung 18 verbunden. Auf einem der Eingangswelle gegenüberliegenden axialen Ende ist das Eingangsglied 14 ferner mit einem Innenlamellenträger 24 der zweiten Kupplung 20 verbunden.
Die erste Kupplung 18 weist ein erstes Ausgangsglied 26 auf, das als Abtriebskorb ausgebildet ist, der axial benachbart zu dem Eingangsglied 14 angeordnet ist. Das erste Ausgangsglied 26 ist mit einer ersten Ausgangswelle 28 verbunden, die beispielsweise mit einem ersten Teilgetriebe eines Doppelkupplungsgetriebes verbunden sein kann.
Die zweite Kupplung 20 weist ein zweites Ausgangsglied 30 auf, das ebenfalls als Abtriebskorb ausgebildet ist. Das zweite Ausgangsglied 30 ist mit einer zweiten Ausgangswelle 32 verbunden. Die zweite Ausgangswelle 32 kann als Hohlwelle koaxial zu der ersten Ausgangswelle 28 angeordnet und mit einem zweiten Teilgetriebe eines Doppelkupplungsgetriebes verbunden werden.
Das erste Ausgangsglied 26 ist in axialer Richtung zwischen dem Eingangsglied 14 und dem zweiten Ausgangsglied 30 angeordnet.
An einem Außenumfang des Nabengliedes 38 ist ein Radialsteg 42 vorgesehen, der in axialer Richtung etwa mittig in Bezug auf die Kupplungen 18, 20 ausgerichtet ist. Der Radialsteg 42 ist mit dem Eingangsglied 14 verbunden, genauer gesagt, mit jenem Teil des Eingangsgliedes, der sich auf dem der Eingangswelle 16 gegenüberliegenden Ende des Außenlamellenträgers 22 der ersten Kupplung 18 in radialer Richtung nach innen erstreckt. Über den Radialsteg 42 sind die Kupplungen 18, 20 folglich radial gelagert.
Die erste Kupplung 18 weist einen Innenlamellenträger 44 auf, der mit dem ersten Ausgangsglied 26 verbunden ist. Die zweite Kupplung 20 weist einen Außenlamellenträger 46 auf, der mit dem zweiten Ausgangsglied 30 verbunden ist.
Ein erster Kolben 48 ist an dem Nabenglied 38 axial verschieblich gelagert und dient zur Betätigung der ersten Kupplung 18. Ein zweiter Kolben 50 ist ebenfalls axial beweglich an dem Nabenglied 38 gelagert und dient zur Betätigung der zweiten Kupplung 20. Die Kolben 48, 50 sind auf axial gegenüberliegenden Seiten des Radialsteges 42 angeordnet. Nicht näher bezeichnete Federn drücken die Kolben 48, 50 in axialer Richtung in eine Ausgangsposition vor, bei der die Kupplungen 18, 20 jeweils geöffnet sind („normally open“). Die Federn stützen sich dabei in axialer Richtung jeweils direkt bzw. indirekt an dem Radialsteg 42 ab. Zur Begrenzung des Axialweges der Kolben 48, 50 sind jeweils nicht näher bezeichnete Stützglieder vorgesehen, die axial in Bezug auf das Nabenglied 38 gesichert sind.
Das zweite Ausgangsglied 30 weist einen Radialabschnitt 53 auf, der axial benachbart ist zu einer Stirnseite des Nabengliedes 38. Zwischen dem Radialabschnitt 53 und der Stirnseite des Nabengliedes 38 ist ein Axiallager 52 angeordnet.
Die Kupplungsanordnung 12 weist ferner ein schematisch angedeutetes Gehäuse 34 auf.
Das Trennelement 60 ist an der Kupplungseingangsnabe 14 angeordnet, und stellt den Kraftfluss zwischen einem Schwungrad 80 des Verbrennungsmotors und der Kupplungsanordnung 12 her. Das Schwungrad 80 ist in der Zeichnung nur schematisch als gestricheltes Rechteck angedeutet. Das Schwungrad ist nur eine Möglichkeit der Anbindung des Verbrennungsmotors. Es könne auch andere Verbindungs- und Dämpfungselemente verbaut sein. Die Hülse 66 weist auf ihrem Außenumfang eine Verzahnung 66a auf, über die die Hülse 66 an dem Zweimassenschwungrad 80 angebunden ist. Die sich drehende Hülse 66 weist in ihrem Innenumfang eine Führungsmuffe 67 mit einer Innen-Steckverzahnung auf.
Die Führungsmuffe 67 ist entweder einteilig mit der Hülse 66 oder zweiteilig ausgeführt. Die Hülse 66 sitzt über Wälzlager auf dem Außenumfang der Kupplungsantriebsplatte 90 auf, wobei die Kupplungsantriebsplatte 90 über Schaltklauenelemente und innenliegenden Kupplungsverzahnungen mit der Doppelkupplung verbunden ist. Die Hülse 66 stützt sich über das Wälzlager 68 gegenüber den Kupplungsdeckel 34 am Gehäuse ab.
Im Inneren der Hülse 66 ist das eigentliche Schaltelement, die Schaltmuffe 69 angeordnet. Die Schalthülse 69 besitzt eine Außen-Steckverzahnung, die in die korrespondierende Steckverzahnung der Hülse 66 eingreifen kann.
Die Schaltmuffe 69 wird von einem Schaltfinger 72 in Richtung der Wellenachsen A bewegt.
Die Schaltfinger 72 sind über einen radialen Steg 74 in Form von Stiften mit einer Schaltstange 75 verbunden. Die Schaltstange 75 überträgt eine axiale Bewegung der Schaltstange 75 auf den Schaltfinger 72 und somit auf die Schaltmuffe 69.
Die Schaltstange 75 wird entlang einer der Ausgangswellen der Doppelkupplung, in diesem Fall die erste Ausgangswelle 28 geführt.
In der 2 ist das Trennelement 60 in einer Stellung dargestellt, in der die Getriebeeingangsseite der Kupplungsanordnung 12 mit dem Zweimassenschwungrad 80 und somit mit dem Verbrennungsmotor VM nicht verbunden ist. Die Schalthülse 69 ist in der Darstellung nach rechts axial verschoben und befindet sich in Eingriff nicht mit der Steckverzahnung an der Kupplungsantriebsplatte 90.
In dieser Position wird die Kraft des Verbrennungsmotors VM nicht auf das Getriebe übertragen.
3 zeigt einen Ausführungsform des Trennelements mit einem Synchronsystem in einer vergrößerten Darstellung.
Die Führungsmuffe 67 ist drehfest mit einem ersten Reibkonus des Reibsystems 91 verbunden, während der Reibkonus der Kupplungsseite mit der Kupplungsantriebsplatte 90 verbunden ist. Die Kupplungsantriebsplatte 90 ist direkt mit einer Kupplungsverzahnung 92 verbunden, die die Eingangskomponenten der Doppelkupplung antreibt.
Wird die Schaltstange 75 nach links verschoben wird die Schaltmuffe 69 über die Führungsmuffe 67 geführt verschoben und kommt mit dem Reibsystem in Kontakt. Über das Reibsystem wird ein Drehzahlangleich zwischen der Seite des Verbrennungsmotors und der Kupplungsseite durchgeführt. Mit dem Reibmoment des Reibsystems kann auch der Verbrenner ohne Formschluss gestartet werden. Nach dem Drehzahlangleich wird die Schaltmuffe mit der Kupplungsverzahnung in Eingriff gebracht und es erfolgt eine formschlüssige Verbindung.
Das Trennelement ist „normally stay“ also bleibt es in seinem letzten Zustand. Zum Erreichen der jeweilig anderen Position muss Energie aufgebracht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012018416 B4 [0004]
DE 102010004711 C5 [0005, 0019]

Claims

Doppelkupplungssystem (1), das über einen Dämpfungselement (80) an einen Verbrennungsmotor (VM) angebunden ist und ein schaltbares Trennelement (60) aufweist, das eine Eingangswellennabe (14) der Kupplungsanordnung (12) von dem Verbrennungsmotor trennt, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (60) ein Synchronsystem zur formschlüssigen Verbindung zweier koaxial, nicht auf einer gemeinsamen Getriebewelle angeordneter Getriebeelemente aufweist.
Doppelkupplungssystem (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (60) mit Synchronsystem eine innerhalb des Reibsystems (91) liegende Schaltmuffe (69) aufweist, die auf einer außenliegender Führungsmuffe (66) geführt ist.
Doppelkupplungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmuffe (67) über das Wälzlager (68) am Gehäuse (34) gelagert und mit einer Hülse (66) ein- oder mehrteilig verbunden ist.
Doppelkupplungssystem (1) nach einem den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (67) mit einem ersten Reibkonus verbunden ist, der mit mindestens einem weiteren Reibkonus mit angebundener Kupplungsantriebsplatte (90) verbindbar ist.
Doppelkupplungssystem (1) nach einem den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibkoni (91) radial außerhalb der Schaltmuffe (69) angebracht sind.
Doppelkupplungssystem (1) nach einem den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibkoni (91) als Einfach- oder Mehrfachkegelsystem mit innenliegender Sperrverzahnung ausgebildet werden können.
Doppelkupplungssystem (1) nach einem den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibkonus und eine innenliegende Kupplungsverzahnung (92) mit der Primärseite der Kupplungsanordnung (12) verbunden sind.
Doppelkupplungssystem (1) nach einem den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Schaltklauenelemente radial innenliegend, auf einem kleineren Durchmesser relativ zu den Reibkoni (91) liegt.
Verfahren zum Betätigen eines Trennelement in einem Doppelkupplungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (69) innerhalb des Verzahnungsdurchmessers der Schaltmuffe durch axiales verschieben betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (60) mit Synchronsystem das Motormoment formschlüssig zur Doppelkupplung (12) überträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (60) mit Synchronsystem das Moment zum Motorstart überträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (60) mit Synchronsystem ein Moment zum Abbremsen der Primärseite der Kupplungsanordnung (12) überträgt.