DE102021123710A1

DE102021123710A1 - Verfahren zur Einstellung des Lüftspiels einer Kupplungs- oder Bremseinrichtung

Info

Publication number: DE102021123710A1
Application number: DE102021123710.6A
Authority: DE
Inventors: Dominik Müßle; Max Burgert; Daniel Helmer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2023-03-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Lüftspiels einer Kupplungs- oder Bremseinrichtung (1), insbesondere für ein hybrid oder vollelektrisch betriebenen Antriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3), wobei die Kupplungs- oder Bremseinrichtung (1), eine Kupplung (4) umfasst, welche über einen entgegen der Federkraft eines Federelements (5) axialbeweglichen Drucktopf (6), der von einem axialbeweglichen Kolben (7), aktuierbar ist, in ein einen eingekuppelten und einen ausgekuppelten Betriebszustand versetzbar ist, umfassend die Schritte:
a) Montage der Kupplung (4), des Federelements (5), des Drucktopfs (6), sowie des Kolbens (7); b) Kraftaufgabe auf den Kolben (7) und Kompression des Federelements zur Erzeugung einer Vorlast auf Kupplung (4); c) Messung des Schließmaßes (13) zwischen der axialen Anlagefläche (8) eines Sicherungsringes (9) an dem Kolben (7) und der axialen Anlagefläche (10) des Sicherungsringes (9) in einer in einem Kupplungsrotor (11) ausgebildeten Nut (12); d) Einsetzen des dem Schließmaß (13) entsprechenden Sicherungsrings (9) in die Nut (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Lüftspiels einer Kupplungs- oder Bremseinrichtung, insbesondere für ein hybrid oder vollelektrisch betriebenen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kupplungs- oder Bremseinrichtung, eine Kupplung umfasst, welche über einen entgegen der Federkraft eines Federelements axialbeweglichen Drucktopf, der von einem axialbeweglichen Kolben, aktuierbar ist, in ein einen eingekuppelten und einen ausgekuppelten Betriebszustand versetzbar ist.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegel-raddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
Wie beispielsweise aus der EP 0 773 127 A1 , DE 100 18 926 A1 und US 2007/0175726 A1 bekannt ist, kann bei derartigen hybriden Antriebskonzepten zwischen Brennkraftmaschine und Elektromotor eine Kupplungsanordnung angeordnet sein, um die Brennkraftmaschine von dem Elektromotor und dem restlichen Antriebsstrang des Hybridfahrzeuges abzutrennen. Bei rein elektrischer Fahrt wird dann die erste Kupplungsanordnung geöffnet und die Brennkraftmaschine abgeschaltet, so dass das Abtriebsmoment des Hybridfahrzeuges allein von dem Elektromotor aufgebracht wird. Zur Betätigung derartiger Kupplungsanordnungen in Hybridfahrzeugen sind beispielsweise hydraulische Kupplungsbetätigungssysteme - auch als hydraulische Ausrücksysteme bezeichnet - bekannt.
Die Abweichungen aufgrund von Fertigungstoleranzen, die in einer derartigen Kupplungseinrichtung auftreten, müssen bei der Montage ausgeglichen werden, um die korrekte Funktionsweise der Kupplung sicherstellen zu können. Dabei wird das sogenannte Lüftspiel eingestellt, welches das maximale Verschiebespiel der Lamellen im Reibpaket beschreibt.
Um das Lüftspiel einzustellen bzw. die Fertigungstoleranzen auszugleichen sind bereits mehrere Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt. Die am häufigsten eingesetzten Varianten umfassen die Dicke der Endlamelle zu variieren, die Dicke eines im Kraftfluss befindlichen Sicherungsringes zu variieren, das Einlegen einer Shimm-Scheibe in das Reibsystem oder eine Kombination aus den oben genannten Varianten.
Das technische Problem hierbei ist der Messaufwand, der in der Montagelinie auftritt, um das Schließmaß zu bestimmen auf das ein Toleranzausgleich angewendet werden soll. Dabei ist es bisher notwendig, mehrere Bauteile oder Unterbaugruppen vorab zu vermessen, da die für die Messung erforderlichen Bezugsflächen nach der Montage für die Messeinrichtung nicht mehr zugänglich sind. Somit sind entsprechende Messstationen in die Montagelinie zu implementieren, um die erforderlichen Merkmale vorab zu vermessen. Das macht die Montagelinie aufwändig und verursacht hohe Kosten.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest abzumildern oder vollständig zu vermeiden und ein verbessertes Verfahren zur Einstellung des Lüftspiels einer Kupplungs- oder Bremseinrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Einstellung des Lüftspiels einer Kupplungs- oder Bremseinrichtung, insbesondere für ein hybrid oder vollelektrisch betriebenen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kupplungs- oder Bremseinrichtung, eine Kupplung umfasst, welche über einen entgegen der Federkraft eines Federelements axialbeweglichen Drucktopf, der von einem axialbeweglichen Kolben, aktuierbar ist, in ein einen eingekuppelten und einen ausgekuppelten Betriebszustand versetzbar ist, umfassend die folgenden Schritte:

a) Montage der Kupplung, des Federelements, des Drucktopfs, sowie des Kolbens;
b) Kraftaufgabe auf den Kolben und Kompression des Federelements zur Erzeugung einer Vorlast auf Kupplung;
c) Messung des Schließmaßes zwischen der axialen Anlagefläche eines Sicherungsringes an dem Kolben und der axialen Anlagefläche des Sicherungsringes in einer in einem Kupplungsrotor ausgebildeten Nut;
d) Einsetzen des dem Schließmaß entsprechenden Sicherungsrings in die Nut.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren muss nur eine Messoperation, am Ende des Montageprozesses, durchgeführt werden, um das Schließmaß zu bestimmen und damit die Breite des erforderlichen Toleranzausgleichselementes (Sicherungsrings) auszuwählen.
Eine Kupplungsvorrichtung hat die grundsätzliche Funktion, eine lösbare, kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung zwischen einer Kupplungseingangswelle und einer Kupplungsausgangswelle zur Übertragung eines Drehmoments herzustellen. Wird ein Drehmoment gegenüber einem Gehäusebauteil oder einer anderen drehfesten Struktur abgestützt, so kann die Kupplungsvorrichtung auch als Bremsvorrichtung fungieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kupplung eine Lamellenkupplung ist.
Eine Lamellenkupplung hat im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung die Funktion, eine lösbare, kraftschlüssige Verbindung zwischen einer Kupplungseingangswelle und einer Kupplungsausgangswelle zur Übertragung eines Drehmoments herzustellen. Die abwechselnd zueinander angeordneten Innenlamellen und Außenlamellen des Lammellenpakets können hierzu über ein axiales Verschieben und Zusammenpressen über ihre jeweiligen Reibbeläge durch einen Einkupplungsvorgang in einen kraftschlüssigen Kontakt gebracht werden, so dass sich die Innenlamellen und Außenlamellen synchron um die gemeinsame Drehachse des entsprechenden Lamellenpakets drehen. Werden die Innenlamellen und Außenlamellen hingegen durch einen Auskupplungsvorgang axial voneinander weggeschoben, so besteht kein kraftschlüssiger Kontakt mehr zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen so dass sich diese frei gegeneinander drehen können und folglich kein Drehmoment zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen übertragen wird.
Eine Lamellenkupplung besteht in der Regel aus wenigstens einer Innen- und einer Außenlamelle. Die Innenlamellen sind drehfest an einem Innenlamellenträger angeordnet und die Außenlamellen drehfest an einem Außenlamellenträger. Der Innenlamellenträger ist mit einer Kupplungsausgangswelle und der Außenlamellenträger mit einer Kupplungseingangswelle verbunden oder umgekehrt. Um das zu übertragende Drehmoment zu erhöhen, werden oft mehrere Innen- und Außenlamellen abwechselnd angeordnet, so dass bei gleicher Betätigungskraft durch die größere Belagfläche höhere Momente übertragen werden können.
Innenlamellen und Außenlamellen bilden das sogenannte Lamellenpaket. In dem Lamellenpaket sind üblicherweise eine Mehrzahl von Innenlamellen und Außenlamellen in der Regel in axialer Richtung abwechselnd zueinander angeordnet. Das durch die Lamellenkupplung übertragbare Drehmoment zwischen den Innenlamellen und Außenlamellen kann durch die Anzahl der und Ausgestaltung der Innenlamellen und Außenlamellen eingestellt werden.
Die Innenlamellen haben die Funktion, ein Drehmoment insbesondere kraftschlüssig von den Außenlamellen auf den Innenlamellenträger zu übertragen. Hierzu sind die Innenlamellen drehfest mit dem Innenlamellenträger verbunden.
Die Innenlamellen können insbesondere als kreisringförmige Scheiben ausgebildet sein. Die Innenlamellen können drehfest mit dem Innenlamellenträger der Lamellenkupplung verbunden sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass sich die Innenlamellen, beispielsweise über eine entsprechende Verzahnung in axialer Richtung gegenüber dem Innenlamellenträger verschieben lassen, um den Reibschluss mit den Außenlamellen herzustellen.
Die Außenlamellen haben die Funktion, ein Drehmoment insbesondere kraftschlüssig von den Innenlamellen auf den Außemlamellenträger zu übertragen. Hierzu sind die Außenlamellen drehfest mit dem Außenlamellenträger verbunden. Die Außenlamellen können insbesondere als kreisringförmige Scheiben ausgebildet sein. Die Außenlamellen können drehfest mit dem Außenlamellenträger der Lamellenkupplung verbunden sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass sich die Außenlamellen, beispielsweise über eine entsprechende Verzahnung in axialer Richtung gegenüber dem Außenlamellenträger verschieben lassen, um den Reibschluss mit den Innenlamellen herzustellen.
Der Kolben hat die Funktion, die von der Betätigungsvorrichtung vorgegebenen Ein- bzw. Auskupplungsvorgänge in eine axiale Verschiebung der Innenlamellen und/oder der Außenlamellen zum Zwecke des Herstellens eines Reibschlusses beim Einkuppeln oder Lösen eines Reibschlusses beim Auskuppeln der Lamellenkuplung umzuwandeln.
Das Federelement hat die Aufgabe, die Innenlamellen und die Außenlamellen federkraftbewirkt in eine vordefinierte Position zueinander zu bewegen. Üblicherweise entspricht diese vordefinierte Position einem „normally closed“ Betriebszustand der Lamellenkuplung, was bedeutet, dass bei einer Nichtbetätigung der Lamellenkupplungsbetätigungsvorrichtung, die Innenlamellen und die Außenlamellen durch die Lamellenkupplungsfeder gegeneinander verpresst sind, sich die Lamellenkupplung also im eingekuppelten Zustand befindet. Ein Auskuppeln, also ein Trennen des Reibschlusses zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen, wird dann durch die Lamellenkupplungsbetätigungsvorrichtung entgegen der Federkraft der Lamellenkupplungsfeder bewirkt.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Sicherungsring ringscheibenförmig ausgebildet ist.
Die Kupplungs- oder Bremsvorrichtung kann insbesondere in einem Hybridmodul verwendet werden. In einem Hybridmodul können Bau- und Funktionselemente eines hybridisierten Antriebsstrangs räumlich und/oder baulich zusammengefasst und vorkonfiguriert sein, so dass ein Hybridmodul in einer besonders einfachen Weise in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs integrierbar ist. Insbesondere können ein Elektromotor und ein Kupplungssystem, insbesondere mit einer Trennkupplung zum Einkuppeln des Elektromotors in und/oder Auskuppeln des Elektromotors aus dem Antriebsstrang, in einem Hybridmodul vorhanden sein.
Es kann daher gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Kupplung eine Trennkupplung ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 eine Kupplungs- und Bremseinrichtung in einer schematischen Axialschnittansicht,
2 eine Detaildarstellung einer Kupplungs- und Bremseinrichtung in einer schematischen Axialschnittansicht,
3 ein Kraftfahrzeug mit einer Kupplungs- und Bremseinrichtung in einer schematischen Blockschaltansicht.

Die 1 zeigt eine Kupplungs- oder Bremseinrichtung 1 für ein hybrid oder vollelektrisch betriebenen Antriebsstrang 2 eines Kraftfahrzeugs 3, wie es exemplarisch auch in der 3 gezeigt ist. Die Kupplungs- oder Bremseinrichtung 1 umfasst eine Kupplung 4, welche über einen entgegen der Federkraft eines Federelements 5 axialbeweglichen Drucktopf 6, der von einem axialbeweglichen Kolben 7, hydraulisch aktuierbar ist, in ein einen eingekuppelten und einen ausgekuppelten Betriebszustand versetzbar ist.
Zur Herstellung der Kupplungs- oder Bremseinrichtung 1 und zur Einstellung des Lüftspiels kann nun im folgenden skizziertes Verfahren verwendet werden.
Zunächst erfolgt die Montage der Kupplung 4, des Federelements 5, des Drucktopfs 6, sowie des Kolbens 7. Dann wird eine Kraftaufgabe auf den Kolben 7 und eine entsprechende Kompression des Federelements 5 zur Erzeugung einer Vorlast auf Kupplung 4 bewirkt.
Nachfolgend wird die Messung des Schließmaßes 13 zwischen der axialen Anlagefläche 8 eines Sicherungsringes 9 an dem Kolben 7 und der axialen Anlagefläche 10 des Sicherungsringes 9 in einer in einem Kupplungsrotor 11 ausgebildeten Nut 12 durchgeführt, was sich gut anhand der 2 nachvollziehen lässt.
Dann erfolgt das Einsetzen des dem Schließmaß 13 entsprechenden Sicherungsrings 9 in die Nut 12. Durch diesen Sicherungsring 9 wird der erforderliche Toleranzausgleich vorgenommen. Somit muss der Sicherungsring 9 in verschiedenen Breiten zur Verfügung stehen.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungs- oder Bremseinrichtung
2: Antriebsstrang
3: Kraftfahrzeug
4: Kupplung
5: Federelement
6: Drucktopf
7: Kolben
8: Anlagefläche
9: Sicherungsring
10: Anlagefläche
11: Kupplungsrotor
12: Nut
13: Schließmaß

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0773127 A1 [0005]
DE 10018926 A1 [0005]
US 20070175726 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Einstellung des Lüftspiels einer Kupplungs- oder Bremseinrichtung (1), insbesondere für ein hybrid oder vollelektrisch betriebenen Antriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3), wobei die Kupplungs- oder Bremseinrichtung (1), eine Kupplung (4) umfasst, welche über einen entgegen der Federkraft eines Federelements (5) axialbeweglichen Drucktopf (6), der von einem axialbeweglichen Kolben (7), aktuierbar ist, in ein einen eingekuppelten und einen ausgekuppelten Betriebszustand versetzbar ist, gekennzeichnet, durch die folgenden Schritte a) Montage der Kupplung (4), des Federelements (5), des Drucktopfs (6), sowie des Kolbens (7); b) Kraftaufgabe auf den Kolben (7) und Kompression des Federelements zur Erzeugung einer Vorlast auf Kupplung (4); c) Messung des Schließmaßes (13) zwischen der axialen Anlagefläche (8) eines Sicherungsringes (9) an dem Kolben (7) und der axialen Anlagefläche (10) des Sicherungsringes (9) in einer in einem Kupplungsrotor (11) ausgebildeten Nut (12); d) Einsetzen des dem Schließmaß (13) entsprechenden Sicherungsrings (9) in die Nut (12).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) eine Lamellenkupplung ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) eine Trennkupplung ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (9) ringscheibenförmig ausgebildet ist.