DE102021108418A1

DE102021108418A1 - Trennkupplung für Hybridmodul, und Hybridmodul

Info

Publication number: DE102021108418A1
Application number: DE102021108418.0A
Authority: DE
Inventors: László Sarkadi; Marc Finkenzeller; René Daikeler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2041-04-02
Also published as: DE102021108418B4

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 verbundenem Drehmomenteingangsbauteil (3) auf ein Drehmomentausgangsbauteil in Form einer Gegendruckplatte (4) zu übertragen mit einer ersten Kupplungsstufe, welche eine axial verlagerbare Anpressplatte (5), die Gegendruckplatte (4) und eine bei Schließen der ersten Kupplungsstufe zwischen der Gegendruckplatte (4) und der Anpressplatte (5) reibschlüssig klemmbare Kupplungsscheibe (6) aufweist, und einer seriell der ersten Kupplungsstufe nachgeschalteten, zweiten Kupplungsstufe zur Drehmomentübertragung von der Kupplungsscheibe (6) über zumindest ein Drehmomentübergabemittel (7, 8) auf die Gegendruckplatte (4), so dass bei Schließen beider Kupplungsstufen Drehmoment von dem Drehmomenteingangsbauteil (3) reibschlüssig über die Kupplungsscheibe (6) und reib- und/oder formschlüssig über das zumindest eine Drehmomentübergabemittel (7, 8) auf die Gegendruckplatte (4) fließt, wobei das zumindest eine Drehmomentübergabemittel (7, 8) in radialer Richtung außerhalb der Kupplungsscheibe (6) angeordnet 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 (20) 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 verbundenem Drehmomenteingangsbauteil, insbesondere einer Kurbelwelle, auf ein Drehmomentausgangsbauteil in Form einer Gegendruckplatte zu übertragen mit einer ersten Kupplungsstufe, welche eine axial verlagerbare Anpressplatte, die Gegendruckplatte und eine bei Schließen der ersten Kupplungsstufe zwischen der Gegendruckplatte und der Anpressplatte reibschlüssig klemmbare Kupplungsscheibe aufweist, und einer seriell der ersten Kupplungsstufe nachgeschalteten, zweiten Kupplungsstufe zur Drehmomentübertragung von der Kupplungsscheibe über zumindest ein Drehmomentübergabemittel auf die Gegendruckplatte, so dass bei Schließen beider Kupplungsstufen Drehmoment von dem Drehmomenteingangsbauteil reibschlüssig über die Kupplungsscheibe und reib- und/oder formschlüssig über das zumindest eine Drehmomentübergabemittel auf die Gegendruckplatte fließt.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Hybridmodule bzw. Trennkupplungen für Hybridmodule bekannt. So zeigt beispielsweise WO 2020/099627 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 2018/113819 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 2019/086067 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 das zumindest eine Drehmomentübergabemittel in radialer Richtung außerhalb der Kupplungsscheibe angeordnet ist, d.h. die Kupplungsscheibe ist vollständig innerhalb des zumindest einen Drehmomentübergabemittels angeordnet, bzw. das zumindest eine Drehmomentübergabemittel hat einen (Innen-)Durchmesser, welcher größer als der Außendurchmesser der Kupplungsscheibe ist.
In anderen Worten ausgedrückt, sind in der gattungsgemäßen Trennkupplung bauliche Maßnahmen vorgehalten, um bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe das Drehmoment auf einem größeren Durchmesser als bei Schließen der ersten Kupplungsstufe zu übertragen.
Dies hat den Vorteil, dass Drehmoment mit nur einer Kupplungsscheibe in zwei (Kupplungs-)Stufen übertragen werden kann. Mit nur einer Kupplungsscheibe sinkt der axiale Bauraum der Trennkupplung und die Montage wird vereinfacht.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das zumindest eine Drehmomentübergabemittel reibschlüssig mit einem an der Gegendruckplatte festgelegten, vorzugsweise aus Stahl hergestellten, Anschlagring verbindbar sein. Dabei kann der Anschlagring in radialer Richtung vorzugsweise vollständig außerhalb der Kupplungsscheibe angeordnet sein. So kann das Drehmoment in der zweiten Kupplungsstufe einfach auf einem größeren Durchmesser übertragen werden. Zudem kann auf eine aufwändige Oberflächenbearbeitung der Reibfläche der Gegendruckplatte verzichtet werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung kann die Kupplungsscheibe als Drehmomentübergabemittel ein Trägerblech und ein mit dem Trägerblech drehfest und mit der Gegendruckplatte drehmomentübertragend verbundenes Drehmomentübertragungsteil aufweist. Hierfür kann es von besonderem Vorteil sein, wenn das Drehmomentübertragungsteil ein mit einer Außenverzahnung des Trägerblechs in Eingriff stehender Zahnring ist. Mit anderen Worten, kann das Trägerblech eine Außenverzahnung aufweisen, welche zur Ausbildung einer drehmomentübertragenden Verbindung mit der Gegendruckplatte mit der Verzahnung eines die Kupplungsscheibe umschließenden Zahnrings in Eingriff bringbar ist, was es ermöglicht, das Drehmoment bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe auf einem größeren Durchmesser zu übertragen.
Ferner kann es auch zweckmäßig sein, wenn das Trägerblech drehmomentübertragend mit der Anpressplatte und/oder einer Betätigungseinrichtung, insbesondere einem hydraulisch-betätigten Drucktopf, zur axialen Verlagerung der Anpressplatte verbindbar ist. Wenn die Betätigungseinrichtung dabei eine mit der Stirnverzahnung des Zahnrings in Eingriff bringbare Stirnverzahnung aufweist, kann so einfach das maximal übertragbare Drehmoment erhöht werden.
Des Weiteren ist es erfindungsgemäß auch denkbar, zwischen dem Drehmomentübergabemittel und der Gegendruckplatte eine Wellenfeder oder ein Wellenblech anzuordnen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein Federelement zum Vorspannen der Trennkupplung in einem abgekoppelten Zustand vorgesehen sein, deren Vorspannkraft in Richtung der Kupplungsscheibe wirkt. Erfindungsgemäß kann es dabei 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. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Federelement zumindest einen, mit einer Zwischenanpressplatte drehfest verbundenen und durch eine Aussparung/Durchgangsloch der Gegendruckplatte hindurchragenden Bolzen aufweisen, welcher die Zwischenanpressplatte in axialer Richtung weg von der Gegendruckplatte vorspannt/drückt. Alternativ kann das Federelement zum Vorspannen der Trennkupplung in einem abgekoppelten Zustand die Anpressplatte und eine Betätigungseinrichtung zur axialen Verlagerung der Anpressplatte vorspannen/auseinander drücken/voneinander beabstanden. D.h. das Federelement kann zwischen der Anpressplatte und der Betätigungseinrichtung, vorzugsweise vollständig innerhalb der Betätigungseinrichtung, angeordnet sein. Mit anderen Worten, kann das Federelement so in der erfindungsgemäßen Trennkupplung vorgesehen sein, dass eine Vorspannkraft des Federelements mittels der Zwischenanpressplatte oder der Anpressplatte auf die Kupplungsscheibe wirkt. So kann sichergestellt werden, dass im abgekoppelten Zustand der Trennkupplung zwischen den Reibflächen/Reibpartnern ausreichend (Luft-)Spiel vorliegt und diese daher nicht gegeneinander schleifen, was sich negativ auf den Wirkungsgrad des Hybridmoduls auswirken würde.
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.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine zweistufige Trennkupplung/Trennkupplung für Hybridanwendungen, wobei die Drehmomentübertragung bei der Modulation reibschlüssig aber bei maximaler Drehmomentübertragung formschlüssig erfolgt. Dafür weist die Trennkupplung ein Trägerblech mit einem Formschlussübertragungselement auf. Die Kupplungsscheibe ist mit dem Trägerblech ausgerüstet, wobei das Trägerblech außen eine Verzahnung aufweist und Drehmoment auf der Welle übertragen kann. Ferner hat die Kupplungsscheibe einen Zahnring, welcher mit einer Verzahnung ausgeführt ist und sich (bei geöffneter Kupplung und Modulation) axial frei bewegen kann. Bei geöffneter Kupplung gibt es ein (Luft-)Spiel zwischen allen Reibflächen. Die Zwischenanpressplatte ist durch eine (Weg-)Tellerfeder vorgespannt, wobei die Vorspannkraft so ausgelegt ist, dass die Modulation durchgeführt werden kann. Für die Modulation wird die Anpressplatte durch den Kolben axial (nach links) verlagert und belastet dabei die Kupplungsscheibe axial. Die Kupplungsscheibe ist axialweich und wird mit der Anpressplatte axial (weiter nach links) verlagert und belastet die Zwischenanpressplatte. Das Modulationsdrehmoment kann so mit zwei Reibflächen der Kupplungsscheibe realisiert werden. Mit einer Weitererhöhung der Kolbenkraft, d.h. der auf die Anpressplatte wirkenden Axialkraft, bewegt sich/fährt die Zwischenanpressplatte entgegen der Tellerfederkraft weiter nach links (Kupplungsscheibe fährt mit). Ein Zahnring wird zwischen einem Sprengring/Snapring und dem Rotorträger geklemmt und die Verzahnungen können das Drehmoment weiterleiten. Dies geschieht nur, wenn die Kolbenkraft größer als die Vorspannkraft ist. So kann eine Drehmomentübertragung mit allen vier Reibflächen sichergestellt werden. Die Tellerfeder kann dabei so ausgelegt werden, dass das Kraftniveau der Tellerfeder bei maximaler Drehmomentübertragung gering ist.
In noch anderen Worten ausgedrückt, betrifft die Erfindung eine rotorintegrierte, zweistufige KO-Kupplung, die reibschlüssig und formschlüssig arbeitet, wobei der für den Formschluss zuständige Zahnring in radialer Richtung zwischen der Kupplungsscheibe und der Innenseite des Rotors des Elektromotors 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 Perspektivansicht 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 einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
6 eine Perspektivansicht der Trennkupplung gemäß dem dritten 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 axial verlagerbare Anpressplatte 5 und eine mit der Anpressplatte 5 reibschlüssig verbindbare Kupplungsscheibe 6 auf. Die Kupplungsscheibe 6 ist drehfest mit der Kurbelwelle 3 verbunden. Wie nachstehend näher erläutert, bilden die Anpressplatte 5, die Kupplungsscheibe 6 und die Gegendruckplatte 4 eine erste Kupplungsstufe aus, wobei bei Schließen der ersten Kupplungsstufe das Drehmoment der Kurbelwelle 3 über die Kupplungsscheibe 6 auf die Gegendruckplatte 4 übertragen wird. Ferner weist die Trennkupplung 1 ein Trägerblech 7 und einen mit dem Trägerblech 7 drehfest verbundenen Zahnring 8 auf. Das Trägerblech 7 ist als Teil der Kupplungsscheibe 6 drehfest mit der Kurbelwelle 3 verbunden. Der Zahnring 8 ist dabei so an dem Trägerblech 7 angeordnet, dass er mit der Gegendruckplatte 4 drehmomentübertragend in Verbindung bringbar ist. D.h. das Trägerblech 7, der Zahnring 8 und die Gegendruckplatte 4 bilden eine seriell der ersten Kupplungsstufe nachgeschaltete, zweite Kupplungsstufe aus. So kann bei Schließen beider Kupplungsstufen Drehmoment von der Kurbelwelle 3 über die Kupplungsscheibe 6 und über das Trägerblech 7 und den Zahnring 8 auf die Gegendruckplatte 4 fließen.
Die Trennkupplung 1 weist ferner eine Betätigungseinrichtung in Form eines hydraulische-betätigten Drucktopfs 9 auf, welche zum Schließen der Trennkupplung 1 eine Axialkraft (in 1 nach links) auf die Anpressplatte 5 ausübt und diese so in Richtung zu der Gegendruckplatte 4 hin verlagert. Wenn die Anpressplatte 5 durch den Drucktopf 9 verlagert wird, tritt sie in Kontakt mit der Kupplungsscheibe 6. Diese ist axialweich ausgeführt und wird demzufolge bei Erhöhung der Axialkraft gemeinsam mit der Anpressplatte 5 auf die Gegendruckplatte 4 zu verlagert.
Bei der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist in axialer Richtung zwischen der Kupplungsscheibe 6 und der Gegendruckplatte 4 eine Zwischenanpressplatte 10 angeordnet. Die Zwischenanpressplatte 10 ist dabei über zumindest einen Bolzen 11, welcher in einer Aussparung 12 der Gegendruckplatte 4 aufgenommen ist, drehfest mit der Gegendruckplatte 4 verbunden. Wenn nun, wie vorstehend beschrieben, die Anpressplatte 5 und die Kupplungsscheibe 6 durch den Drucktopf 9 auf die Gegendruckplatte 4 zu verlagert werden, tritt die Kupplungsscheibe 6 mit der Zwischenanpressplatte 10 in Kontakt. D.h. die Anpressplatte 5 wird durch den Drucktopf 9 in dem ersten Ausführungsbeispiel so axial verlagert, dass die Kupplungsscheibe 6 einerseits mit der Anpressplatte 5 und andererseits mit der Zwischenanpressplatte 10 verbunden ist. Anders ausgedrückt, wird die Kupplungsscheibe 6 reibschlüssig zwischen der Anpressplatte 5 und der Zwischenanpressplatte 10 geklemmt, um das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 über die Kupplungsscheibe 6 auf die Zwischenanpressplatte 10 und die Gegendruckplatte 4 zu übertragen. D.h. die erste Kupplungsstufe ist geschlossen.
Wie in 1 gezeigt, ist auf einer der Zwischenanpressplatte 10 abgewandten Seite der Gegendruckplatte 4 eine Tellerfeder 13 über einen Stützring 14 und einen Sicherungsring 15 an der Gegendruckplatte 4 abgestützt. Die Tellerfeder 13 drückt dabei auf den zumindest einen Bolzen 11 und spannt so die Gegendruckplatte 4 und die Zwischenanpressplatte 10 gegeneinander vor. In einem abgekoppelten/geöffneten Zustand der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel drückt die Tellerfeder 13 die Zwischenanpressplatte 10, wie in 1 gezeigt, gegen einen an der Gegendruckplatte 4 festgelegten Anschlagring 16, um so die Trennkupplung 1 vorzuspannen, so dass zwischen Reibflächen der Trennkupplung 1, nämlich die Anpressplatte 5, der Kupplungsscheibe 6 und der Zwischenanpressplatte 10, ein (Luft-)Spiel vorliegt.
2 zeigt eine Perspektivansicht der Kupplungsscheibe 6 der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in 1 und 2 zu erkennen, weist die Kupplungsscheibe 6 das Trägerblech 7 auf, welches so angeordnet ist, dass eine Au-ßenverzahnung 17 in radialer Richtung über die Kupplungsscheibe 6 hinausragt. Anders ausgedrückt, ist die Außenverzahnung 17 des Trägerblechs 7 auf einem größeren Durchmesser ausgebildet als ein Außendurchmesser der Kupplungsscheibe 6. Des Weiteren hat die Trennkupplung 1, wie vorstehend erwähnt, den Zahnring 8, weleher eine Stirnverzahnung 18 aufweist, die mit der Außenverzahnung 17 des Trägerblechs 7 in Eingriff steht. Der Zahnring 8 ist dabei radial außerhalb der Kupplungsscheibe 6 angeordnet und umschließt diese in radialer Richtung vollständig.
Wenn nun nach Schließen der ersten Kupplungsstufe die Axialkraft auf die Anpressplatte 5 durch den Drucktopf 9 weiter erhöht wird, gelangt eine Stirnfläche des Zahnrings 8 mit der Anpressplatte 5 in Kontakt und die zweite Stirnfläche des Zahnrings 8 wird gegen den Anschlagring 16 gedrückt. So wird die zweite Kupplungsstufe geschlossen und Drehmoment kann von der Kurbelwelle 3 über das Trägerblech 7 und den Zahnring 8 auf die Gegendruckplatte 4 fließen.
Die Trennkupplung 1 ist dabei als KO-Kupplung in einem Hybridmodul-Gehäuse 19 des Hybridmoduls 2 verbaut, d.h. bei geöffneter Trennkupplung 1 wird das Kraftfahrzeug lediglich mit Drehmoment eines innerhalb des Hybridmodul-Gehäuses 19 angeordneten Elektromotors 20 angetrieben. Hierfür weist der Elektromotor 20 einen in dem Hybridmodul-Gehäuse 19 ortsfest aufgenommenen Stator 21 und einen um eine Rotationsachse 22 des Hybridmoduls 2 rotierenden Rotor 23 auf. Hierbei ist der Rotor 23 auf einem Rotorträger 24, welcher über ein Rotorlager 25 in dem Hybridmodul-Gehäuse 19 abgestützt ist, angeordnet. Das so erzeugte Drehmoment wird an ein drehfest mit dem Rotorträger 24 verbundenes, vorzugsweise verschraubtes, Ausgangsteil 26 übertragen. Das Ausgangsteil 26 kann beispielsweise in Form eines Ausgangsflanschs ausgeführt sein, welcher wiederum drehfest mit einer Antriebskomponente, insbesondere einer Getriebeeingangswelle 27, des Antriebsstrangs verbunden ist.
Wenn nun die Trennkupplung 1, wie vorstehend beschrieben, geschlossen wird, wird zusätzlich oder alternativ zum Elektromotor 20 auch Drehmoment des Verbrennungsmotors über die Trennkupplung an das Ausgangsteil 26 und die Getriebeeingangswelle 27 übertragen. Der Verbrennungsmotor treibt hierzu die Kurbelwelle 3 an, welche, wie in 1 gezeigt, über ein Kurbelwellenlager 28 in dem Hybridmodul-Gehäuse 19 abgestützt und mittels einer Bolzenverbindung 29 drehmomentübertragend mit der Kupplungsscheibe 6 bzw. dem Trägerblech 7 verbunden ist.
Um die Trennkupplung 1 zu schließen, d.h. eine Modulation durchzuführen, wird der Drucktopf 9 betätigt. Dieser Drucktopf 9 übt dabei die Axialkraft (in 1 nach links) auf die Anpressplatte 5 aus, welche somit wiederum die Kupplungsscheibe 6 axial belastet. Die Kupplungsscheibe 6 ist axialweich ausgeführt und bewegt sich demzufolge mit der Anpressplatte 5 axial, d.h. in 1 nach links, bis sie in Anlage mit der Zwischenanpressplatte 10 gerät und diese reibschlüssig in Drehung versetzt. Somit wird die erste Kupplungsstufe geschlossen und die Trennkupplung 1 überträgt über die Kupplungsscheibe 6 und die Zwischenanpressplatte 10 das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 auf die Gegendruckplatte 4. Die Zwischenanpressplatte 10 ist dabei drehfest über den zumindest einen Bolzen 11, welcher in der zumindest einen Aussparung 12 aufgenommen ist, mit der Gegendruckplatte 4 verbunden. Wie in 1 gezeigt, drückt die Tellerfeder 13 auf den zumindest einen Bolzen 11, um die Trennkupplung 1 vorzuspannen. Anders ausgedrückt, dient der zumindest eine Bolzen 11 in der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zum einen zur Drehmomentübertragung zwischen der Zwischenanpressplatte 10 und der Gegendruckplatte 4 und zum anderen zur Übertragung der Vorspannkraft zwischen der Tellerfeder 13 und der Zwischenanpressplatte 10.
Darüber hinaus ist die Gegendruckplatte 4, wie in 1 gezeigt, bei der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel integral/einstückig mit dem Rotorträger 24 ausgebildet. Selbstverständlich kann die Gegendruckplatte 4 auch als separates Bauteil, welches mit dem Rotorträger 24 verbunden ist, ausgeführt sein.
Wenn nun weiterhin die Axialkraft des Drucktopfs 9 auf die Anpressplatte 5 erhöht wird, wird die erste Kupplungsstufe, d.h. das Paket aus der Anpressplatte 5, der Kupplungsscheibe 6 und der Zwischenanpressplatte 10, weiter hin zur Gegendruckplatte 4 bzw. zum Rotorträger 24 verlagert. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird dabei der Zahnring 8 reibschlüssig zwischen dem Anschlagring 16 und der Anpressplatte 5 geklemmt.
Mit anderen Worten kann, wie vorstehend erwähnt, bei geschlossener erster Kupplungsstufe das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 über die Kupplungsscheibe 6 und die Zwischenanpressplatte 10 auf den Rotorträger 24 und schließlich auf das Ausgangsteil 26 übertragen werden. D.h. die Drehmomentübertragung erfolgt über zwei Reibflächen, nämlich den Kontaktflächen zwischen der Anpressplatte 5 und der Kupplungsscheibe 6 sowie den Kontaktflächen zwischen der Kupplungsscheibe 6 und der Zwischenanpressplatte 10. Wird zusätzlich zur ersten Kupplungsstufe auch die seriell nachgeschaltete, zweite Kupplungsstufe geschlossen, kann das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 auch über das Trägerblech 7 und den Zahnring 8 auf den Anschlagring 16 und den Rotorträger 24 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 13 gezeigt. Auf der Abszisse ist dabei der Aktuatorweg x, d.h. die Wegstrecke, die der Drucktopf 9 zurücklegt, wenn er betätigt wird, um die Trennkupplung 1 zu schließen, aufgetragen. Auf der Ordinate wiederum ist die dabei aufzubringende Kraft F des Drucktopfs 9 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 5 am Punkt B mit der Kupplungsscheibe 6 in Kontakt. Die Modulation/Schaltung C der Trennkupplung 1 beginnt, indem die Kraft F auf den Drucktopf 9 weiter erhöht wird, und der Aktuatorweg x weiter verringert wird. Dieser wird soweit verringert, d.h. der Drucktopf 9 übt weiterhin eine Axialkraft auf die Anpressplatte 5 aus, bis die zweite Kupplungsstufe geschlossen ist. Bei Betätigung der Trennkupplung 1 arbeitet der Drucktopf 9 im Wesentlichen gegen die Vorspannkraft der Tellerfeder 13. Dabei ist die Tellerfeder 13 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.
In 4 ist die Trennkupplung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Hierbei ist die Tellerfeder 13 nicht an der Gegendruckplatte 4 abgestützt, sondern vollständig innerhalb des Drucktopfs 9 aufgenommen, d.h. die Tellerfeder 13 spannt im geöffneten Zustand der Trennkupplung 1 den Drucktopf 9 gegen die Anpressplatte 5 vor, um so das Spiel zwischen den Reibflächen der Trennkupplung 1 zu gewährleisten. Hierfür ist ferner ein Anschlagring 30 an dem Drucktopf 9 festgelegt, gegen welchen die Anpressplatte 5 durch die Tellerfeder 13 gedrückt wird.
Dabei weist die Tellerfeder 13 der Trennkupplung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen sich axial erstreckenden Vorsprung (Nase) 31 auf, welcher mit der Anpressplatte 5 in Kontakt steht und so einen Linienkontakt zwischen der Tellerfeder 13 und der Anpressplatte 5 gewährleistet. Des Weiteren weist auch der Drucktopf 9 einen sich axial erstreckenden Vorsprung (Nase) 32 auf, mit welchem die Tellerfeder 13 unter Ausbildung eines Linienkontakts in Verbindung steht.
Wie in 4 gezeigt, weist die Trennkupplung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel keine Zwischenanpressplatte 10 auf. Somit wird bei Schließen der ersten Kupplungsstufe, d.h. wenn der Drucktopf 9 beginnt, die Anpressplatte 5 auf die Gegendruckplatte 4 hin zu verlagern, die Kupplungsscheibe 6 reibschlüssig zwischen der Anpressplatte 5 und der Gegendruckplatte 4 geklemmt. Bei Schließen der ersten Kupplungsstufe fließt das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 folglich über die Kupplungsscheibe 6 direkt auf die Gegendruckplatte 4.
Des Weiteren ist, wie vorstehend erwähnt, in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Tellerfeder 13 innerhalb des Drucktopfs 9 aufgenommen. Wie in 4 zu erkennen, ist dabei auch die Anpressplatte 5 radial innerhalb des Drucktopfs 9 angeordnet. D.h. ein Wandabschnitt des Drucktopfs 9 erstreckt sich in axialer Richtung über die Anpressplatte 5 hinaus, so dass bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe der Zahnring 8 bei der Trennkupplung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel reibschlüssig zwischen dem Anschlagring 16 und dem Drucktopf 9 geklemmt ist.
5 und 6 zeigen die Trennkupplung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Bei der Trennkupplung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist die erste Kupplungsstufe durch die Kupplungsscheibe 6, die Anpressplatte 5 und die Gegendruckplatte 4 gebildet, d.h. die Trennkupplung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist keine Zwischenanpressplatte 10 auf. Die Tellerfeder 13 ist vollständig in dem Drucktopf 9 aufgenommen und spannt den Drucktopf 9 gegen die Anpressplatte 5 vor, um so in dem abgekoppelten Zustand der Trennkupplung 1 ausreichend Spiel zwischen den Reibflächen vorsehen zu können.
Die zweite Kupplungsstufe wiederum ist bei der Trennkupplung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durch das Trägerblech 7, die Gegendruckplatte 4 und den drehmomentübertragend zwischen der Gegendruckplatte 4 und dem Drucktopf 9 festlegbaren Zahnring 8 gebildet. Wie in 6 zu erkennen, weist der Drucktopf 9 an einer der Gegendruckplatte 4 zugewandten Stirnfläche zudem eine Stirnverzahnung 33 auf. Der Zahnring 8 ist bei der Trennkupplung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel so an dem Trägerblech 7 aufgenommen, dass Zähne der Stirnverzahnung 18 auf eine dem Drucktopf 9 zugewandten Seite des Trägerblechs 7 (in 5 rechts) vorragen/greifen. So kann die Stirnverzahnung 18 des Zahnrings 8 drehmomentübertragend mit der Stirnverzahnung 33 des Drucktopfs 9 in Eingriff treten, wobei die Außenverzahnung 17 des Trägerblechs 7 durch Zähne der Stirnverzahnung 33 des Drucktopfs 9 in Zahnlücken der Stirnverzahnung 18 des Trägerblechs 7 gehalten wird.
Wie in 5 gezeigt, ist bei der Trennkupplung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in axialer Richtung zwischen dem Zahnring 8 und der Gegendruckplatte 4 bzw. dem Rotorträger 24 zumindest ein Federelement in Form einer Wellenfeder 34 angeordnet. Wenn die Trennkupplung 1 und insbesondere die zweite Kupplungsstufe geschlossen werden soll, kann es vorkommen, dass die Stirnverzahnung 18 nicht mit der Stirnverzahnung 33 eingreifen kann, da der Zahnring 8 und der Drucktopf 9 beispielsweise so zueinander verdreht sind, dass die Zähne des Drucktopfs 9 auf die Zähne des Zahnrings 8 drücken. Hierbei wird nun die Wellenfeder 34 so reibschlüssig zwischen dem Zahnring 8 und der Gegendruckplatte 4 geklemmt und sobald eine Drehmomentbelastung auftritt, verdrehen sich der Zahnring 8 und der Drucktopf 9 so zueinander, dass die Stirnverzahnung 18 in die Stirnverzahnung 33 eingreifen/einrasten kann.
Bezugszeichenliste

1: Trennkupplung
2: Hybridmodul
3: Kurbelwelle
4: Gegendruckplatte
5: Anpressplatte
6: Kupplungsscheibe
7: Trägerblech
8: Zahnring
9: Drucktopf
10: Zwischenanpressplatte
11: Bolzen
12: Aussparung
13: Tellerfeder
14: Stützring
15: Sicherungsring
16: Anschlagring
17: Außenverzahnung
18: Stirnverzahnung
19: Hybridmodul-Gehäuse
20: Elektromotor
21: Stator
22: Rotationsachse
23: Rotor
24: Rotorträger
25: Rotorlager
26: Ausgangsteil
27: Getriebeeingangswelle
28: Kurbelwellenlager
29: Bolzenverbindung
30: Anschlagring
31: Vorsprung
32: Vorsprung
33: Stirnverzahnung
34: Wellenfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2020/099627 A1 [0002]
WO 2018/113819 A1 [0003]
WO 2019/086067 A1 [0004]
DE 102020131765 A1 [0005]

Claims

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 verbundenem Drehmomenteingangsbauteil (3) auf ein Drehmomentausgangsbauteil in Form einer Gegendruckplatte (4) zu übertragen mit einer ersten Kupplungsstufe, welche eine axial verlagerbare Anpressplatte (5), die Gegendruckplatte (4) und eine bei Schließen der ersten Kupplungsstufe zwischen der Gegendruckplatte (4) und der Anpressplatte (5) reibschlüssig klemmbare Kupplungsscheibe (6) aufweist, und einer seriell der ersten Kupplungsstufe nachgeschalteten, zweiten Kupplungsstufe zur Drehmomentübertragung von der Kupplungsscheibe (6) über zumindest ein Drehmomentübergabemittel (7, 8) auf die Gegendruckplatte (4), so dass bei Schließen beider Kupplungsstufen Drehmoment von dem Drehmomenteingangsbauteil (3) reibschlüssig über die Kupplungsscheibe (6) und reib- und/oder formschlüssig über das zumindest eine Drehmomentübergabemittel (7, 8) auf die Gegendruckplatte (4) fließt, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Drehmomentübergabemittel (7, 8) in radialer Richtung außerhalb der Kupplungsscheibe (6) angeordnet ist.
Trennkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Drehmomentübergabemittel (8) reibschlüssig mit einem an der Gegendruckplatte (4) festgelegten Anschlagring (16) verbindbar sind.
Trennkupplung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (16) in radialer Richtung außerhalb der Kupplungsscheibe (6) angeordnet ist.
Trennkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsscheibe (6) als Drehmomentübergabemittel ein Trägerblech (7) und ein mit dem Trägerblech (7) drehfest und mit der Gegendruckplatte (4) drehmomentübertragend verbindbares Drehmomentübertragungsteil (8) aufweist.
Trennkupplung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentübertragungsteil (8) ein mit einer Außenverzahnung (17) des Trägerblechs (7) in Eingriff stehender Zahnring (8) ist.
Trennkupplung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentübertragungsteil (8) drehmomentübertragend mit der Anpressplatte (5) und/oder einer Betätigungseinrichtung (9) zur axialen Verlagerung der Anpressplatte verbindbar ist.
Trennkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drehmomentübertragungsteil (8) und der Gegendruckplatte (4) eine Wellenfeder (34) angeordnet ist.
Trennkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (13) zum Vorspannen der Trennkupplung (1) in einem abgekoppelten Zustand vorgesehen ist, deren Vorspannkraft in Richtung der Kupplungsscheibe (6) wirkt.
Hybridmodul (2) zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor (20) und einer, nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 ausgeführten, Trennkupplung (1).
Hybridmodul (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (1) in radialer Richtung des Hybridmoduls (2) innerhalb eines Rotorträgers (24) zur Aufnahme eines Rotors (23) des Elektromotors (20) angeordnet ist.