DE102021108412B3 - Trennkupplung für Hybridmodul, und Hybridmodul - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trennkupplung (1) für ein Hybridmodul (2) zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, um in einem angekoppelten/geschlossenen Zustand Drehmoment von einem mit dem Verbrennungsmotor drehmomentübertragend verbundenes Drehmomenteingangsbauteil (3) auf ein Drehmomentausgangsbauteil in Form einer Gegendruckplatte (4) zu übertragen, mit einer ersten Kupplungsstufe, welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil (3) drehfest verbundene, erste Kupplungsscheibe (5), aufweist, die bei Schließen der ersten Kupplungsstufe zwischen einer axial verlagerbaren Anpressplatte (6) und einer mit der Gegendruckplatte (4) drehfest verbundenen Zwischenanpressplatte (7) reibschlüssig klemmbar ist, und einer seriell der ersten Kupplungsstufe nachgeschalteten, zweiten Kupplungsstufe, welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil (3) drehfest verbundene, zweite Kupplungsscheibe (8) aufweist, die reibschlüssig mit der Zwischenanpressplatte (7) verbindbar ist, so dass bei Schließen beider Kupplungsstufen Drehmoment von dem Drehmomenteingangsbauteil (3) über die erste Kupplungsscheibe (5) und die zweite Kupplungsscheibe (8) auf die Zwischenanpressplatte (7) und die Gegendruckplatte (4) fließt, wobei ein Vorspannelement (9) zum Vorspannen der Trennkupplung (1) in einem geöffneten Zustand in axialer Richtung auf einer der Zwischenanpressplatte (7) abgewandten Seite der Gegendruckplatte (4) an dieser abgestützt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Hybridmodul (2) zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor (12) und einer erfindungsgemäßen Trennkupplung (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine zweistufige Trennkupplung für ein Hybridmodul zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, um in einem angekoppelten/geschlossenen Zustand Drehmoment von einem mit dem Verbrennungsmotor drehmomentübertragend verbundenes Drehmomenteingangsbauteil, insbesondere einer Kurbelwelle, auf ein Drehmomentausgangsbauteil in Form einer Gegendruckplatte zu übertragen, mit einer ersten Kupplungsstufe, welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil drehfest verbundene, erste Kupplungsscheibe, aufweist, die bei Schließen der ersten Kupplungsstufe zwischen einer axial verlagerbaren Anpressplatte und einer mit der Gegendruckplatte drehfest verbundenen Zwischenanpressplatte reibschlüssig klemmbar ist, und einer seriell der ersten Kupplungsstufe nachgeschalteten, zweiten Kupplungsstufe, welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil drehfest verbundene, zweite Kupplungsscheibe aufweist, die reibschlüssig mit der Zwischenanpressplatte verbindbar ist, so dass bei Schließen beider Kupplungsstufen Drehmoment von dem Drehmomenteingangsbauteil über die erste Kupplungsscheibe und die zweite Kupplungsscheibe auf die Zwischenanpressplatte und die Gegendruckplatte fließt.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits Hybridmodule bzw. Trennkupplungen für Hybridmodule bekannt. So zeigt beispielsweise WO 2020/ 099 627 A1 ein Hybridmodul für ein Fahrzeug, welches in einem Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit, insbesondere einem Verbrennungsmotor, und einem Abtrieb angeordnet ist. Ferner ist eine elektrische Maschine vorgesehen, wobei ein Rotor der elektrischen Maschine mit dem Abtrieb verbunden ist und zwischen der Antriebseinheit und der elektrischen Maschine eine Kupplung vorgesehen ist. Diese Kupplung ist dabei als eine Konuskupplung, d.h. als eine innerhalb eines Rotorträgers angeordnete, hydraulisch betätigte Kegelkupplung, ausgebildet.
  • Auch offenbart ein anderes Dokument, WO 2018/ 113 819 A1 ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Trennkupplung, mit der Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine auf das Hybridmodul übertragbar ist und mit der das Hybridmodul von der Verbrennungskraftmaschine trennbar ist, einer elektrischen Maschine zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments mit einem Rotor, einer Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere einer Kupplung oder Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten Teilkupplung und einer zweiten Teilkupplung, mit der Drehmoment von der elektrischen Maschine und/oder von der Trennkupplung auf einen Antriebsstrang übertragbar ist. Dabei ist die Trennkupplung als Trockenkupplung ausgeführt und die Drehmomentübertragungseinrichtung als Nasskupplung. Zur Betätigung der Trennkupplung ist eine Kolben-ZylinderEinheit (engl. „Concentric slave cylinder CSC“) vorgesehen.
  • Des Weiteren zeigt WO 2019/ 086 067 A1 ein Hybridmodul für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine, wobei ein um eine Achse drehbeweglicher Rotor zumindest einen Rotorträger besitzt, einer Trennkupplung, die im Rotor der elektrischen Maschine am Rotorträger gehaltert ist, und einer Doppelkupplung, die eine der elektrischen Maschine nach- und einem Getriebe vorgeordnete erste Teilkupplung und zweite Teilkupplung aufweist, wobei die erste Teilkupplung in radialer Richtung näher zur Rotationsachse des Rotors positioniert ist als die zweite Teilkupplung. Dabei sind die Trennkupplung und die beiden Kupplungen der Doppelkupplung als trockene Kupplungen ausgeführt. Zur Betätigung der Trennkupplung ist ferner ein Hebelfedermechanismus, welcher mittels eines axial verlagerbaren Drucktopfs betätigt wird, vorgesehen, d.h. die Trennkupplung als mit der Hebelfeder betätigte, trockene Einscheibenkupplung ist innerhalb des Rotorträgers platziert.
  • Darüber hinaus ist in dem nachveröffentlichten Dokument DE10 2020 131 765 A1 ein Hybridmodul zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs offenbart. Das Hybridmodul weist einen Elektromotor und eine Trennkupplung auf, welche in radialer Richtung des Hybridmoduls innerhalb des Elektromotors angeordnet ist, und eine Gegendruckplatte, eine in axialer Richtung des Hybridmoduls begrenzt verlagerbare Anpressplatte und eine zwischen der Gegendruckplatte und der Anpressplatte angeordnete und in axialer Richtung begrenzt verlagerbare Zwischendruckplatte aufweist. Ferner weist die Trennkupplung zwischen Gegendruckplatte, Zwischendruckplatte und Anpressplatte reibschlüssig klemmbare Kupplungsscheiben auf.
  • Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass alle Reibflächen mit der gleichen Anpresskraft belastet werden und alle Reibpaare im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften aufweisen, d.h. das Drehmoment der Trennkupplung ist linear von der Anpresskraft abhängig. Bei der Verwendung von Mehrscheibenkupplungen steigt der Platzbedarf/Bauraum in axialer Richtung, was sich zudem negativ auf die Kosten auswirkt.
  • Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll eine kostengünstige Trennkupplung/Trennkupplung bereitgestellt werden, welche modular unter Einhaltung der Randbedingung, eines kleinen Modulationsmoments im Vergleich mit dem maximal zu übertragenden Drehmoment, ein großes Drehmoment in einem kleinen Bauraum übertragen kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Trennkupplung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst, insbesondere dadurch, dass ein Vorspannelement/Federelement zum Vorspannen der Trennkupplung, d.h. zum Beabstanden/Auseinanderdrücken der Gegendruckplatte und der Zwischenanpressplatte, in einem geöffneten Zustand in axialer Richtung auf einer der Zwischenanpressplatte abgewandten Seite der Gegendruckplatte an dieser abgestützt ist.
  • Dies hat den Vorteil, dass in dem geöffneten Zustand der Trennkupplung zwischen allen Reibflächen ein (Luft-) Spiel vorhanden ist, wodurch ein möglicher Reibwiderstand bei geöffneter Trennkupplung verhindert werden kann.
  • Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung kann die erste Kupplungsscheibe als axialweiche Kupplungsscheibe mit Reibbelägen und einer Reibbelagfederung ausgeführt sein. Dabei kann es zudem von Vorteil sein, wenn die zweite Kupplungsscheibe eine axialweiche Reibscheibe aus Stahl ist, um so große Drehmomente übertragen zu können.
  • In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die zweite Kupplungsscheibe reibschlüssig mit der Gegendruckplatte verbindbar sein, d.h. bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe kann das Drehmoment über die zweite Kupplungsscheibe reibschlüssig auf die Zwischenanpressplatte und die Gegendruckplatte übertragen werden (d.h. über zwei Reibflächenkontakte). Somit kann die Axialbelastung der Lagerung der Gegendruckplatte reduziert und das maximal übertragbare Drehmoment erhöht werden. Alternativ ist es auch denkbar, dass die zweite Kupplungsscheibe axial sehr steif, d.h. mit einer hohen Axialsteifigkeit, ausgeführt ist und bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe ausschließlich mit der Zwischenanpressplatte in drehmomentübertragenden Reibkontakt tritt (d.h. über einen Reibflächenkontakt). Eine zusätzliche Bearbeitung der Reibfläche der Gegendruckplatte entfällt dabei, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirkt.
  • Besonders bevorzugt kann das Federelement in dem abgekoppelten Zustand zumindest einen, mit der Zwischenanpressplatte drehfest verbundenen und durch eine Aussparung/Durchgangsloch der Gegendruckplatte hindurchragenden Bolzen in axialer Richtung weg von der Gegendruckplatte vorspannen/drücken. Dabei kann der zumindest eine Bolzen für die Bereitstellung der Vorspannkraft und die Übertragung des Drehmoments zwischen der Zwischenanpressplatte und der Gegendruckplatte verwendet werden. Eine solche Funktionsintegration erlaubt eine Verringerung der Teileanzahl und daher eine einfachere Montage.
  • Erfindungsgemäß kann es ferner von besonderem Vorteil sein, wenn das Federelement eine Tellerfeder ist. Dabei kann die Tellerfeder insbesondere so ausgelegt sein, dass das Kraftniveau, d.h. die durch die Feder aufgebrachte Axialkraft, bei maximaler Drehmomentübertragung gering, insbesondere minimal, ist. Die Verwendung einer Tellerfeder als Normbauteil führt hierbei zu einer Kostenreduktion.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die zweite Kupplungsscheibe mehrteilig, insbesondere als Flansch und mit diesem drehfest verbundenen Reibscheiben, ausgeführt sein. Durch Verwendung einer Mehrzahl an Reibscheiben kann die Axialsteifigkeit der zweiten Kupplungsscheibe weiter reduziert werden.
  • Zudem kann es zweckmäßig sein, wenn die zweite Kupplungsscheibe einen Kegelflächenabschnitt aufweist, welcher reibschlüssig mit einem Kegelflächenabschnitt der Zwischenanpressplatte verbindbar ist. Dabei kann es ferner von Vorteil sein, wenn der Kegelflächenabschnitt der zweiten Kupplungsscheibe reibschlüssig mit einem Kegelflächenabschnitt der Gegendruckplatte verbindbar ist, d.h. der Kegelflächenabschnitt der zweiten Kupplungsscheibe kann reibschlüssig zwischen den Kegelflächenabschnitten der Zwischenanpressplatte und der Gegendruckplatte geklemmt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die zweite Kupplungsscheibe den Kegelflächenabschnitt aufweisen, welcher zumindest mit dem Kegelflächenabschnitt der Zwischenanpressplatte reibschlüssig in Verbindung steht. Über die Kegelflächenabschnitte können im Vergleich mit flachen, d.h. sich radial erstreckenden, Flächen größere Drehmomente übertragen werden. Wenn der Kegelflächenabschnitt der zweiten Kupplungsscheibe dabei lediglich mit dem Kegelflächenabschnitt der Zwischenanpressplatte verbunden ist, d.h. das Drehmoment wird ausschließlich über einen Reibflächenkontakt übertragen, muss die zweite Kupplungsscheibe axial sehr steif ausgeführt sein. Wenn der Kegelflächenabschnitt der zweiten Kupplungsscheibe jedoch reibschlüssig zwischen den Kegelflächenabschnitten der Zwischenanpressplatte und der Gegendruckplatte geklemmt ist, kann das Drehmoment über zwei Reibflächenkontakte übertragen werden, was wiederum das maximal übertragbare Drehmoment erhöht und aufgrund der axialweichen, zweiten Kupplungsscheibe die Axialbelastung der Lagerung der Gegendruckplatte reduziert.
  • Ferner kann es erfindungsgemäß auch denkbar sein, wenn die Zwischenanpressplatte und die Gegendruckplatte zur Drehmomentübertragung formschlüssig, insbesondere über eine Verzahnung, verbunden sind. So kann die Zwischenanpressplatte beispielsweise eine Außenverzahnung aufweisen, welche drehmomentübertragend mit einer Innenverzahnung der Gegendruckplatte in Eingriff bringbar ist. Somit kann das maximal übertragbare Drehmoment gesteigert werden.
  • Darüber hinaus kann es auch von Vorteil sein, wenn die Drehmomentübertragung zwischen der Zwischenanpressplatte und der Gegendruckplatte mit einem Blattfederpaket gelöst ist. Das Blattfederpaket kann hierbei in axialer Richtung zwischen der Zwischenanpressplatte und der Gegendruckplatte angeordnet sein und Aussparungen für den zumindest einen Bolzen aufweisen. Mit Verwendung herkömmlicher Blattfedern kann einfach und kostengünstig die Drehmomentübertragung zwischen der Zwischenanpressplatte und der Gegendruckplatte verbessert werden.
  • Wenn die zweite Kupplungsscheibe in Umfangsrichtung Wellungen aufweist, d.h. die zweite Kupplungsscheibe ist nicht als flache/ebene Scheibe, sondern mit sich in axialer Richtung ersteckenden und alternierend angeordneten, wellenförmigen Vor- und Rücksprüngen, kann der Schaltkomfort positiv beeinflusst werden, da zu schnelle Schaltvorgänge und Klappergeräusche vermieden werden. Zudem kann ein Drehmomentverlust während des Schaltvorgangs gemindert werden.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Hybridmodul zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor und einer erfindungsgemäßen Trennkupplung.
  • Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Trennkupplung in radialer Richtung des Hybridmoduls innerhalb eines Rotorträgers zur Aufnahme eines Rotors des Elektromotors angeordnet ist. Somit kann der Bauraum in axialer Richtung verringert werden.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Gegendruckplatte einstückig/integral mit dem Rotorträger ausgebildet sein, d.h. die Gegendruckplatte und der Rotorträger können als ein monolithisches Bauteil ausgeführt sein, wodurch die Teilezahl verringert und die Montage erleichtert werden kann.
  • Ferner kann das Hybridmodul erfindungsgemäß einen Sensor zur Erfassung der Drehzahl des Rotors, insbesondere des Rotorträgers, aufweisen. Der Sensor kann dabei vorzugsweise in einem Gehäuse des Hybridmoduls aufgenommen sein und eine Rotationsbewegung eines am Rotorträger festgelegten Signalgebers erfassen. Wenn der Signalgeber zudem die Tellerfeder in axialer Richtung abstützen kann, kann die Teilezahl weiter reduziert und die Montage so erleichtert werden.
  • Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine zweistufige Trennkupplung (K0) für Hybridanwendungen, bei welcher die Tellerfeder zum Vorspannen der Trennkupplung außerhalb des Rotorträgers angeordnet ist. Dabei soll die Trennkupplung zwei verschiedene Betriebszustände. Bei der Modulation, d.h. einem ersten Betriebszustand, wird die Kupplung angekuppelt/geschlossen oder getrennt/geöffnet, wobei hierbei eine gute Regelbarkeit entscheidend ist. In einem zweiten Betriebszustand muss die Kupplung ein großes Drehmoment übertragen können. Für diese Anforderungen ist die Trennkupplung als Zweischeiben-Kupplung mit zwei verschiedenen Kupplungsscheiben ausgeführt. Dabei ist die erste Kupplungsscheibe mit (Reib-)Belägen und einer Belagfederung sowie axialweicher Wellenverbindung dargestellt, um so die Modulation vollständig durchführen zu können. Die zweite Kupplungsscheibe hingegen ist eine axialweiche Stahl-Reibscheibe, mit welcher große Drehmomente übertragbar sind (Stahl-Stahl-Reibwert). Bei geöffneter Kupplung gibt es zwischen allen Reibflächen (Luft-)Spiel. Die Zwischenanpressplatte ist durch die Tellerfeder/Wegfeder/Wegtellerfeder vorgespannt, wobei die Vorspannkraft so ausgelegt ist, dass die Modulation durchführbar ist. Für die Modulation fährt die (Kolben-)Anpressplatte nach links und belastet die erste Kupplungsscheibe axial. Die erste Kupplungsscheibe ist axialweich und fährt mit nach links und belastet die Zwischenanpressplatte. Mit Weitererhöhung der Kolbenkraft, d.h. der auf die Anpressplatte wirkenden Axialkraft, fährt die Zwischenanpressplatte entgegen der Kraft der Tellerfeder weiter nach links und nimmt dabei die erste Kupplungsscheibe mit. So wird die zweite Kupplungsscheibe zwischen der Zwischenanpressplatte und der Gegendruckplatte, bzw. dem Rotorträger, geklemmt. Somit wird die Kupplung geschlossen. Dies geschieht nur, wenn die Kolbenkraft größer als die Vorspannkraft der Tellerfeder ist. So wird die Drehmomentübertragung mit allen vier Reibflächen sichergestellt. Die Tellerfeder kann dabei so ausgelegt werden, dass das Kraftniveau der Tellerfeder bei maximaler Drehmomentübertragung, d.h. bei geschlossener Trennkupplung, gering ist.
  • In noch anderen Worten ausgedrückt betrifft die Erfindung eine rotorintegrierte, zweistufige KO-Kupplung, die reibschlüssig und formschlüssig arbeitet, wobei die Tellerfeder außerhalb des Rotorträgers angeordnet ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Teilschnittdarstellung eines Hybridmoduls mit einer Trennkupplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 2 eine perspektivische Teilschnittdarstellung der Trennkupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 3 ein schematisches Kraft-Weg-Diagramm einer Tellerfeder der Trennkupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 4 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels,
    • 5 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
    • 6 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
    • 7 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einer Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels,
    • 8 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
    • 9 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
    • 10 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, und
    • 11 eine Perspektivansicht einer zweiten Kupplungsscheibe für eine Trennkupplung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel.
  • Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
  • 1 zeigt eine zweistufige Trennkupplung 1 für ein Hybridmodul 2, welche eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor (in 1 nicht dargestellt) an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs anzukoppeln und diesen von dem Antriebsstrang abzukoppeln, um dabei in einem angekoppelten/geschlossenen Zustand Drehmoment von einer mit dem Verbrennungsmotor drehmomentübertragend verbundenen Kurbelwelle 3 (Drehmomenteingangsbauteil) auf ein Drehmomentausgangsbauteil in Form einer Gegendruckplatte 4 zu übertragen.
  • Hierfür weist die Trennkupplung 1 eine erste Kupplungsscheibe 5 auf, welche drehfest mit der Kurbelwelle 3 verbunden ist. Ferner weist die Trennkupplung 1 eine axial, d.h. in einer Axialrichtung des Hybridmoduls 2, verlagerbare Anpressplatte 6 und eine axial verlagerbare Zwischenanpressplatte 7 auf. Die erste Kupplungsscheibe 5, die Anpressplatte 6 und die Zwischenanpressplatte 7 bilden dabei eine erste Kupplungsstufe aus.
  • Wenn die erste Kupplungsstufe, wie nachstehend näher erläutert, geschlossen wird, wird die Anpressplatte 6 axial auf die Zwischenanpressplatte 7 hin verlagert, so dass die erste Kupplungsscheibe 5 reibschlüssig zwischen der Anpressplatte 6 und der Zwischenanpressplatte 7 geklemmt wird. So kann bei Schließen der ersten Kupplungsstufe Drehmoment von der Kurbelwelle 3 über die erste Kupplungsscheibe 5 auf die Zwischenanpressplatte 7 übertragen werden.
  • Wie in 1 gezeigt, weist die Trennkupplung 1 ferner eine zweite Kupplungsscheibe 8 auf, welche drehfest mit der Kurbelwelle 3 verbunden ist. Die zweite Kupplungsscheibe 8 ist dabei zudem eingerichtet, mit der Zwischenanpressplatte 7 reibschlüssig verbunden zu werden. D.h. die zweite Kupplungsscheibe 8 und die Zwischenanpressplatte 7 bilden eine zweite Kupplungsstufe aus.
  • Des Weiteren hat die Trennkupplung 1 eine (Weg-) Tellerfeder 9, die die Trennkupplung 1 in einem geöffneten Zustand vorspannt, d.h. die Tellerfeder 9 drückt die Gegendruckplatte 4 und die Zwischenanpressplatte 7 in axialer Richtung des Hybridmoduls 2 auseinander. Dabei ist die Tellerfeder 9 auf einer der Zwischenanpressplatte 7 abgewandten Seite der Gegendruckplatte 4 angeordnet und drückt die Zwischenanpressplatte 7 gegen einen an der Gegendruckplatte 4 festgelegten Anschlagring 10. D.h. die Tellerfeder 9 spannt die Reibpartner der Trennkupplung 1, nämlich die Anpressplatte 6, die erste Kupplungsscheibe 5, die Zwischenanpressplatte 7, die zweite Kupplungsscheibe 8 und die Gegendruckplatte 4, im geöffneten Zustand so vor, dass zwischen allen Reibpartnern ein (Luft-) Spiel vorliegt.
  • In anderen Worten ausgedrückt, weist die Trennkupplung 1 die Anpressplatte 6, die erste Kupplungsscheibe 5, die Zwischenanpressplatte 7, die zweite Kupplungsscheibe 8, die Gegendruckplatte 4 und die Tellerfeder 9 auf, wobei diese, wie in 1 gezeigt, in axialer Richtung in dieser Reihenfolge nebeneinander angeordnet sind.
  • Die Trennkupplung 1 ist dabei als KO-Kupplung in einem Hybridmodul-Gehäuse 11 des Hybridmoduls 2 verbaut, d.h. bei geöffneter Trennkupplung 1 wird das Kraftfahrzeug lediglich mit Drehmoment eines innerhalb des Hybridmodul-Gehäuses 11 angeordneten Elektromotors 12 angetrieben. Hierfür weist der Elektromotor 12 einen in dem Hybridmodul-Gehäuse 11 ortsfest aufgenommenen Stator 13 und einen um eine Rotationsachse 14 des Hybridmoduls 2 rotierenden Rotor 15 auf. Hierfür ist der Rotor 15 auf einem Rotorträger 16, welcher über ein Rotorlager 17 in dem Hybridmodul-Gehäuse 11 abgestützt ist, angeordnet. Das so erzeugte Drehmoment wird an ein drehfest mit dem Rotorträger 16 verbundenes, vorzugsweise verschraubtes, Ausgangsteil 18 übertragen. Das Ausgangsteil 18 kann beispielsweise in Form eines Ausgangsflanschs ausgeführt sein, welcher wiederum drehfest mit einer Antriebskomponente, insbesondere einer Getriebeeingangswelle 19, des Antriebsstrangs verbunden ist.
  • Wenn nun die Trennkupplung 1, wie nachstehend näher beschrieben, geschlossen wird, wird zusätzlich oder alternativ zum Elektromotor 12 auch Drehmoment des Verbrennungsmotors über die Trennkupplung an das Ausgangsteil 18 und die Getriebeeingangswelle 19 übertragen. Der Verbrennungsmotor treibt hierzu die Kurbelwelle 3 an, welche, wie in 1 gezeigt, über ein Kurbelwellenlager 20 in dem Hybridmodul-Gehäuse 11 abgestützt und mittels einer Bolzenverbindung 21 drehmomentübertragend mit der ersten Kupplungsscheibe 5 und der zweiten Kupplungsscheibe 8 verbunden ist.
  • Um die Trennkupplung 1 zu schließen, d.h. eine Modulation durchzuführen, wird eine Betätigungseinrichtung in Form eines, vorzugsweise hydraulisch-betätigten, Drucktopfs 22 betätigt. Dieser Drucktopf 22 übt dabei eine Axialkraft (in 1 nach links) auf die Anpressplatte 6 aus, welche somit wiederum die erste Kupplungsscheibe 5 axial belastet. Die erste Kupplungsscheibe 5 ist axialweich ausgeführt und bewegt sich demzufolge mit der Anpressplatte 6 axial, d.h. in 1 nach links, bis sie in Anlage mit der Zwischenanpressplatte 7 gerät und diese reibschlüssig in Drehung versetzt. Somit wird die erste Kupplungsstufe geschlossen und die Trennkupplung 1 überträgt über die erste Kupplungsscheibe 5 und die Zwischenanpressplatte 7 das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 auf die Gegendruckplatte 4. Die Zwischenanpressplatte 7 ist dabei drehfest über zumindest einen Bolzen 23, welcher in zumindest einer Aussparung 24 in der Gegendruckplatte 4 aufgenommen ist, mit der Gegendruckplatte 4 verbunden. Wie in 1 gezeigt, drückt die Tellerfeder 9 auf den zumindest einen Bolzen 23, um die Trennkupplung 1 vorzuspannen. Hierfür ist die Tellerfeder 9 zudem, wie in 2 gezeigt, mit einem Stützring 25 und einem Sicherungsring 26 gegen die Gegendruckplatte 4 abgestützt. Anders ausgedrückt, dient der zumindest eine Bolzen 23 in der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zum einen zur Drehmomentübertragung zwischen der Zwischenanpressplatte 7 und der Gegendruckplatte 4 und zum anderen zur Übertragung der Vorspannkraft zwischen der Tellerfeder 9 und der Zwischenanpressplatte 7.
  • Darüber hinaus ist die Gegendruckplatte 4, wie in 1 gezeigt, bei der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel integral/einstückig mit dem Rotorträger 15 ausgebildet. Selbstverständlich kann die Gegendruckplatte 4 auch als separates Bauteil, welches mit dem Rotorträger 16 verbunden ist, ausgeführt sein.
  • Wenn nun weiterhin die Axialkraft des Drucktopfs 22 auf die Anpressplatte 6 erhöht wird, wird die erste Kupplungsstufe, d.h. das Paket aus der Anpressplatte 6, der ersten Kupplungsscheibe 5 und der Zwischenanpressplatte 7, weiter hin zur Gegendruckplatte 4 bzw. zum Rotorträger 16 verlagert. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird dabei die zweite Kupplungsscheibe 8 reibschlüssig zwischen der Zwischenanpressplatte 7 und der Gegendruckplatte 4 geklemmt.
  • Mit anderen Worten kann, wie vorstehend erwähnt, bei geschlossener erster Kupplungsstufe das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 über die erste Kupplungsscheibe 5 auf die Zwischenanpressplatte 7 auf den Rotorträger 16 und schließlich auf das Ausgangsteil 18 übertragen werden. D.h. die Drehmomentübertragung erfolgt über zwei Reibflächen, nämlich den Kontaktflächen zwischen der Anpressplatte 6 und der ersten Kupplungsscheibe 5 sowie den Kontaktflächen zwischen der ersten Kupplungsscheibe 5 und der Zwischenanpressplatte 7. Wird zusätzlich zur ersten Kupplungsstufe auch die seriell nachgeschaltete, zweite Kupplungsstufe geschlossen, kann das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 auch über die zweite Kupplungsscheibe 8 auf die Zwischenanpressplatte 7 und den Rotorträger 16 übertragen werden. D.h. bei geschlossener erster und zweiter Kupplungsstufe wird das Drehmoment über vier Reibflächen übertragen. So kann das über die Trennkupplung 1 maximal übertragbare Drehmoment einfach erhöht werden.
  • In 3 ist exemplarisch ein Kraft-Weg-Diagramm der Tellerfeder 9 gezeigt. Auf der Abszisse ist dabei der Aktuatorweg x, d.h. die Wegstrecke, die der Drucktopf 22 zurücklegt, wenn er betätigt wird, um die Trennkupplung 1 zu schließen, aufgetragen. Auf der Ordinate wiederum ist die dabei aufzubringende Kraft F des Drucktopfs 22 gezeigt. Bei Beginn der Schließung der Trennkupplung 1, d.h. auf der Abszisse ganz rechts, liegt zwischen den vorstehend erwähnten Reibflächen der Trennkupplung 1 Spiel vor. Nach Überfahren dieses Lüftwegs A, kommt die Anpressplatte 6 am Punkt B mit der ersten Kupplungsscheibe 5 in Kontakt. Die Modulation/Schaltung C der Trennkupplung 1 beginnt, indem die Kraft F auf den Drucktopf 22 weiter erhöht wird, und der Aktuatorweg x weiter verringert wird. Dieser wird soweit verringert, d.h. der Drucktopf 22 übt weiterhin eine Axialkraft auf die Anpressplatte 6 aus, bis die zweite Kupplungsstufe geschlossen ist. Bei Betätigung der Trennkupplung 1 arbeitet der Drucktopf 22 im Wesentlichen gegen die Vorspannkraft der Tellerfeder 9. Dabei ist die Tellerfeder 9 so ausgestaltet, dass sich ein Punkt D ergibt, bei welchem die Kraft F minimal ist und so das maximale Drehmoment übertragen werden kann.
  • Nachfolgend werden Modifikationen und weitere Ausführungsbeispiele der vorstehend erläuterten Trennkupplung 1 beschrieben. Dabei wird im Besonderen auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Modifikationen und Ausführungsbeispielen und der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Sofern nicht explizit beschrieben, sind die Merkmale und Eigenschaften der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auch in den Modifikationen und Ausführungsbeispielen umgesetzt.
  • 4 zeigt eine Modifikation der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist ein Drehzahlsensor 27 in dem Hybridmodul-Gehäuse 11 angeordnet/aufgenommen bzw. gegen das Hybridmodul-Gehäuse 11 abgestützt. Der Drehzahlsensor 27 ist eingerichtet, eine Drehzahl des Rotors 15 bzw. des Rotorträgers 16 zu erfassen. An dem Rotorträger 16 ist hierfür ein klammerartiger/gebogener Signalgeber 28 aufgenommen und über einen Sicherungsring 29 und eine Verzahnung an diesem festgelegt. Wie in 4 gezeigt, ist die Tellerfeder 9 in der Trennkupplung 1 gemäß der Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels axial an dem Signalgeber 28 abgestützt. Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann aufgrund der Funktionsintegration der Abstützung der Tellerfeder 9 in den Signalgeber 28 der vorstehend erwähnte Stützring 25 entfallen bzw. weggelassen werden.
  • In 5 ist eine Trennkupplung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Gegensatz zu der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, bei welcher die zweite Kupplungsscheibe 8 einstückig, d.h. als ein monolithisches Bauteil, ausgeführt ist, ist die zweite Kupplungsscheibe 8 bei der Trennkupplung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mehrteilig/mehrstückig aufgebaut. Wie in 5 gezeigt, weist die zweite Kupplungsscheibt 8 hierbei einen drehfest mit der Kurbelwelle 3 verbundenen Kupplungsscheibenflansch 30 auf, an welchem eine Mehrzahl an Reibscheiben 31 drehfest, vorzugsweise über zumindest eine Bolzenverbindung, angeordnet sind. Durch den merhteiligen Aufbau der zweiten Kupplungsscheibe 8 kann die zweite Kupplungsscheibe 8 axialweicher ausgeführt werden, d.h. die Axialsteifigkeit der zweiten Kupplungsscheibe 8 kann reduziert werden.
  • Wie in 6 und 7 erkennbar, weist die zweite Kupplungsscheibe 8 der Trennkupplung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel an einem Außendurchmesserabschnitt einen Kegelflächenabschnitt 32 auf. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der Außendurchmesserabschnitt der zweiten Kupplungsscheibe 8 unter Ausbildung eines Winkels gebogen bzw. kegelförmig bearbeitet. Ferner weist ein Innendurchmesserabschnitt der Zwischenanpressplatte 7 einen Kegelflächenabschnitt 33 auf, welcher bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe mit dem Kegelflächenabschnitt 32 der zweiten Kupplungsscheibe 8 reibschlüssig verbunden wird, d.h. bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe gelangen der Kegelflächenabschnitt 32 der zweiten Kupplungsscheibe 8 und der Kegelflächenabschnitt 33 der Zwischenanpressplatte 7 zur Drehmomentübertragung in Reibkontakt.
  • 7 zeigt eine Modifikation der Trennkupplung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist an der Gegendruckplatte 4 bzw. an dem Rotorträger 16 ein weiterer Kegelflächenabschnitt 34 ausgebildet. Bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe wird der Kegelflächenabschnitt 32 der zweiten Kupplungsscheibe 8 demnach reibschlüssig zwischen dem Kegelflächenabschnitt 33 der Zwischenanpressplatte 7 und dem Kegelflächenabschnitt 34 der Gegendruckplatte 4 geklemmt. Anders ausgedrückt ist eine Reibfläche des Kegelflächenabschnitts 32 der zweiten Kupplungsscheibe 8 in Reibkontakt mit einer Reibfläche des Kegelflächenabschnitts 33 der Zwischenanpressplatte 7, wohingegen eine weitere Reibfläche (auf der gegenüberliegenden Stirnseite der zweiten Kupplungsscheibe 8) des Kegelflächenabschnitts 32 der zweiten Kupplungsscheibe 8 mit einer Reibfläche des Kegelflächenabschnitts 34 der Gegendruckplatte 4 in Reibkontakt ist. Bei der Trennkupplung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel muss die zweite Kupplungsscheibe 8 axial sehr steif ausgebildet sein, wobei über die Kegelflächenabschnitte 32, 33, 34 im Vergleich mit flachen/ebenen Reibflächen größere Drehmomente übertragen werden können.
  • In 8 ist die Trennkupplung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei ist die zweite Kupplungsscheibe 8 axial sehr steif ausgeführt und gelangt demzufolge bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe lediglich mit der Zwischenanpressplatte 7 in Kontakt. D.h. bei der Trennkupplung 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel erfolgt der Drehmomentübergang zwischen der zweiten Kupplungsscheibe 8 und dem Ausgangsteil 18 lediglich über die Reibkontakte zwischen der zweiten Kupplungsscheibe 8 und der Zwischenanpressplatte 7.
  • Bei der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dient der zumindest eine Bolzen 23 sowohl zum Aufbringen der Federkraft der Tellerfeder 9 auf die Zwischenanpressplatte 7 als auch zum Übertragen des Drehmoments zwischen der Zwischenanpressplatte 7 und dem Rotorträger 16. Wie in 9 gezeigt, ist zusätzlich dazu bei einer Trennkupplung 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel auch eine Außenverzahnung 35 an der Zwischenanpressplatte 7 ausgebildet, welche mit einer an einer Innenumfangsfläche des Rotorträgers 16 ausgebildeten Innenverzahnung 36 in Eingriff steht. Somit kann das Drehmoment zwischen der Zwischenanpressplatte 7 über den zumindest einen Bolzen 23 und die miteinander in Eingriff stehenden Außenverzahnung 35 und Innenverzahnung 36 auf den Rotorträger 16 übertragen werden.
  • 10 zeigt die Trennkupplung 1 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. In dem sechsten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Zwischenanpressplatte 7 und dem Rotorträger 16 ein Blattfederpaket 37, d.h. eine Mehrzahl an axial nebeneinander angeordneten Blattfedern, angeordnet. Dieses weist hierbei Aussparungen auf, durch welche der zumindest eine Bolzen 23 greift. Somit kann die Drehmomentübertragung von der Zwischenanpressplatte 7 auf den Rotorträger 16 über das Blattfederpaket 37 erfolgen.
  • Wie in 11 gezeigt, ist die zweite Kupplungsscheibe 8 bei der Trennkupplung 1 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel mit Wellungen 38 bzw. gewellt ausgeführt, d.h. die zweite Kupplungsscheibe 8 weist in Umfangsrichtung eine Mehrzahl an sich abwechselnden Vorsprüngen und Absätzen auf, was sich positiv auf den Schaltkomfort auswirkt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Trennkupplung
    2
    Hybridmodul
    3
    Kurbelwelle
    4
    Gegendruckplatte
    5
    erste Kupplungsscheibe
    6
    Anpressplatte
    7
    Zwischenanpressplatte
    8
    zweite Kupplungsscheibe
    9
    Tellerfeder
    10
    Anschlagring
    11
    Hybridmodul-Gehäuse
    12
    Elektromotor
    13
    Stator
    14
    Rotationsachse
    15
    Rotor
    16
    Rotorträger
    17
    Rotorlager
    18
    Ausgangsteil
    19
    Getriebeeingangswelle
    20
    Kurbelwellenlager
    21
    Bolzenverbindung
    22
    Drucktopf
    23
    Bolzen
    24
    Aussparung
    25
    Stützring
    26
    Sicherungsring
    27
    Drehzahlsensor
    28
    Signalgeber
    29
    Sicherungsring
    30
    Kupplungsscheibenflansch
    31
    Reibscheibe
    32
    Kegelflächenabschnitt
    33
    Kegelflächenabschnitt
    34
    Kegelflächenabschnitt
    35
    Außenverzahnung
    36
    Innenverzahnung
    37
    Blattfederpaket
    38
    Wellung

Claims (10)

  1. Trennkupplung (1) für ein Hybridmodul (2) zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, um in einem angekoppelten/geschlossenen Zustand Drehmoment von einem mit dem Verbrennungsmotor drehmomentübertragend verbundenes Drehmomenteingangsbauteil (3) auf ein Drehmomentausgangsbauteil in Form einer Gegendruckplatte (4) zu übertragen, mit einer ersten Kupplungsstufe, welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil (3) drehfest verbundene, erste Kupplungsscheibe (5), aufweist, die bei Schließen der ersten Kupplungsstufe zwischen einer axial verlagerbaren Anpressplatte (6) und einer mit der Gegendruckplatte (4) drehfest verbundenen Zwischenanpressplatte (7) reibschlüssig klemmbar ist, und einer seriell der ersten Kupplungsstufe nachgeschalteten, zweiten Kupplungsstufe, welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil (3) drehfest verbundene, zweite Kupplungsscheibe (8) aufweist, die reibschlüssig mit der Zwischenanpressplatte (7) verbindbar ist, so dass bei Schließen beider Kupplungsstufen Drehmoment von dem Drehmomenteingangsbauteil (3) über die erste Kupplungsscheibe (5) und die zweite Kupplungsscheibe (8) auf die Zwischenanpressplatte (7) und die Gegendruckplatte (4) fließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorspannelement (9) zum Vorspannen der Trennkupplung (1) in einem geöffneten Zustand in axialer Richtung auf einer der Zwischenanpressplatte (7) abgewandten Seite der Gegendruckplatte (4) an dieser abgestützt ist.
  2. Trennkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungsscheibe (8) reibschlüssig mit der Gegendruckplatte (4) verbindbar ist.
  3. Trennkupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement eine Tellerfeder (9) ist.
  4. Trennkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungsscheibe (8) mehrteilig, insbesondere als Kupplungsscheibenflansch (30) und mit diesem drehfest verbundenen Reibscheiben (31), ausgeführt ist.
  5. Trennkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungsscheibe (8) einen Kegelflächenabschnitt (32) aufweist, welcher reibschlüssig mit einem Kegelflächenabschnitt (33) der Zwischenanpressplatte (7) verbindbar ist.
  6. Trennkupplung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelflächenabschnitt (32) der zweiten Kupplungsscheibe (8) reibschlüssig mit einem Kegelflächenabschnitt (34) der Gegendruckplatte (4) verbindbar ist.
  7. Trennkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungsscheibe (8) in Umfangsrichtung Wellungen (38) aufweist.
  8. Hybridmodul (2) zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor (12) und einer, nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 ausgeführten, Trennkupplung (1).
  9. Hybridmodul (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (1) in radialer Richtung des Hybridmoduls (2) innerhalb eines Rotorträgers (16) zur Aufnahme eines Rotors (15) des Elektromotors (12) angeordnet ist.
  10. Hybridmodul (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckplatte (4) einstückig mit dem Rotorträger (16) ausgebildet ist.
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