DE102021126010A1

DE102021126010A1 - Nasskupplung mit drehzahloptimiertem Innenlamellenträger

Info

Publication number: DE102021126010A1
Application number: DE102021126010.8A
Authority: DE
Inventors: Oliver Nöhl; Dirk Hofstetter
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Lamellenkupplung, vorzugsweise nass laufende Lamellenkupplung mit wenigstens einem Lamellenträger (9), wobei eine Einrichtung zur Drehzahlfestigkeitssteigerung des Lamellenträgers (9) vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung, vorzugsweise eine nass laufende Lamellenkupplung mit wenigstens einem Lamellenträger.
Solche Lamellenkupplungen kommen in bekannter Weise zur temporären Herstellung eines Momente übertragenden Kraftschlusses zwischen einer Antriebswelle einer Brennkraftmaschine oder eines Elektromotors und einer zu einem Getriebe laufenden Abtriebswelle zum Einsatz. Die Kupplung kann z.B. als Einzelkupplung ausgeführt werden, mit nur einem Außenlamellenträger und Innenlamellenträger mit entsprechenden, ein Lamellenpaket bildenden Lamellen, oder als Doppelkupplung mit zwei separaten Teilkupplungen, die separat betätigt werden können und zumeist als K1 - und K2-Kupplung bezeichnet werden. Die beiden Teilkupplungen dienen zum Verteilen des eingeleiteten Moments auf zwei separate Abtriebswellen und damit zwei separate Getriebeeingänge. Jede dieser Teilkupplungen umfasst einen Außenlamellenträger mit daran axial verschiebbaren Außenlamellen, einen Innenlamellenträger mit daran axial verschiebbaren Innenlamellen, die zwischen die Außenlamellen greifen, sowie ein Stellmittel mit einem Betätigungselement, um das Lamellenpaket axial zusammenzudrücken. Der Außenlamellenträger ist beispielsweise mit der Antriebswelle respektive einer angetriebenen Welle verbunden, während der Innenlamellenträger mit der zum Getriebe führenden Abtriebswelle verbunden ist.
Um den Reibschluss zu erwirken, ist das Lamellenpaket vorgesehen. Um dieses axial zusammenzudrücken und in Reibschluss zu bringen, sind die Lamellen am jeweiligen Innen- und Außenlamellenträger axial beweglich geführt, wozu der jeweilige Lamellenträger eine Axialverzahnung aufweist, in die die jeweiligen, ebenfalls entsprechend verzahnten Lamellen eingreifen und in der sie axial verschiebbar geführt sind. Durch Zusammendrücken des Lamellenpakets wird ein Kraft- respektive Reibschluss erwirkt, so dass das von der Antriebswelle über den Außenlamellenträger eingebrachte Moment über das Lamellenpaket auf den Innenlamellenträger und über diesen auf die Abtriebswelle zum Getriebe geleitet werden kann. Zum Zusammendrücken des Lamellenpakets wird das Betätigungselement des Stellmittels axial bewegt.
Bekannt ist es, die beiden Teilkupplungen, also die K1- und K2-Kupplung, radial zu verschachteln, so dass die K2-Kupplung innenliegend innerhalb der K1-Kupplung angeordnet ist. Da bei einer solchen radialen Anordnung prinzipbedingt beide Außenlamellenträger synchron rotieren, und um nicht beide separat mit der Antriebswelle respektive dem Kupplungseingang zu koppeln, ist üblicherweise vorgesehen, dass nur der außenliegende erste Außenlamellenträger angetrieben wird, während der innenliegende zweite Außenlamellenträger drehfest mit einem sich radial nach innen erstreckenden Flansch, der den ersten Außenlamellenträger trägt, verbunden ist. Das heißt, dass bei einem Drehantrieb des äußeren ersten Außenlamellenträgers automatisch auch der zweite innenliegende Außenlamellenträger mitgenommen wird.
Der Aufbau einer solchen Einfach- oder Doppelkupplung ist dem Grunde nach bekannt. Hierzu wird insbesondere auf die DE 10 2019 104 078 A1 verwiesen.
Moderne Kraftfahrzeuge sind zunehmend als Hybride ausgeführt, weisen also eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine auf, die beide den Antrieb erwirken können. In diesem Fall kann die Kupplungseinrichtung, die dann regelmäßig als Doppelkupplung ausgeführt ist, eine zusätzliche Teilkupplung, in der Regel KO-Kupplung genannt, aufweisen, über die die Brennkraftmaschine angekuppelt werden kann, so dass das Brennkraftmaschinenmoment über die Teilkupplungen verteilt werden kann.
Um auch das von der Elektromaschine gelieferte Drehmoment einleiten zu können, ist es bekannt, die Kupplungseinrichtung mit einem radial außen verzahnten Zahnrad zu versehen, das mit einem Ritzel der Elektromotorenwelle kämmt. Dieses außenverzahnte Zahnrad ist am Außenlamellenträger befestigt, üblicherweise angeschweißt oder aufgepresst, im Falle einer Doppelkupplung am radial außenliegenden Außenlamellenträger der K1 -Teilkupplung. Hierzu weist der Außenlamellenträger eine quasi stufenförmige Zahnradaufnahme an seinem zu dem radial nach innen laufenden Flansch angebundenen Ende auf, in welcher Aufnahme das Zahnrad angeordnet und fixiert ist. Das über die Elektromaschine eingeleitete Drehmoment wird demzufolge über das Zahnrad direkt auf den Außenlamellenträger übertragen und dieser rotierend angetrieben.
Soll die Elektromaschine oder der Verbrennungsmotor nicht dauerhaft mit der Eingangswelle der Kupplungseinrichtung verbunden sein, ist es bekannt hierfür eine weitere Kupplung, eine sogenannte KO-Kupplung zur unterbrechbaren Kopplung der Elektromaschine oder des Verbrennungsmotors vorzusehen. Während früher eher der Verbrennungsmotor zur weitgehend dauerhaften Verbindung mit der Getriebeeingangswelle vorgesehen ist, ist es heutzutage üblich, dass der Elektromotor die meiste Zeit für den Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Der Elektromotor kann dann vor, innerhalb oder nach dem Getriebe mit dem Antriebsstrang verbunden sein. Die genannte KO-Kupplung dient dann zur lösbaren Verbindung des Verbrennungsmotors mit einer Eingangsseite der Kupplungsseite. Hier kann z.B. auch noch eine Dämpfungs- oder Tilgungseinrichtung zwischen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder der Eingangsseite der KO-Kupplung vorgesehen sein.
Bei der KO-Kupplung kann es sich ebenfalls um eine Lamellenkupplung handeln, die eine eigene Betätigungseinrichtung benötigt.
Die KO-Kupplung kann weiter radial mit den schon radial geschachtelten K1- und K2-Teilkupplungen geschachtelt werden. Im Folgenden wird dann von einer radial geschachtelten Tripple-Clutch oder Dreifachkupplung gesprochen.
Als Betätigungssysteme für die K1- und K2-Teilkupplung, und ebenso für die K0-Kupplung sind hydraulische Betätigungssysteme üblich. Es sind aber auch Kolben-Zylinder-Systeme in einer concentric-slave-cylinder CSC-Ausführung bekannt, bei denen ein Kolben innerhalb eines Zylinders verlagert wird und auf einen Drucktopf zur Betätigung der jeweiligen (Teil-)Kupplung einwirkt. Die beiden genannten Betätigungssysteme können auch gemischt zur Betätigung einer oder mehrerer der (Teil-)Kupplungen verwendet werden.
Bei dem Fall der radial geschachtelten Tripple-Clutch/Dreifachkupplung kann vorgesehen sein, dass alle (Teil-)Kupplungen über eine Hydraulik mit Dreheinführung betätigt werden müssen. Aufgrund des sehr geringen zur Verfügung stehenden Bauraums kann vorgesehen sein, dass die Dreifachkupplung so gestaltet wird, dass die Betätigungseinheit der Kupplung K0 erstens sehr kompakt ausfällt und zweitens auf einem sehr großen Durchmesser angeordnet wird. Solche eine Dreifachkupplung ist beispielsweise in der DE 10 2020 127 724 A1 beschrieben.
Lamellenträger, insbesondere Innenlamellenträger, welche einen großen Aussendurchmesser aufweisen, werden aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeit im Fahrprofil dynamisch belastet. Vor allem am offenen Ende des Trägers sind hohe Spannungen zu verzeichnen, die zu einer zu geringen Drehzahlfestigkeit und/oder zu einer geringen Berstfestigkeit führen können. Ein Nachteil von blechgeformten Lamellenverzahnungen ist die geringe Umfangssteifigkeit, sprich der Träger weitet sich unter Drehzahl und führt zu hohen Spannungen, vor allem in den Fußeckenradien der Lamellenträger.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Lamellenkupplung anzugeben.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch eine gattungsgemäße Lamellenkupplung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung zur Drehzahlfestigkeitssteigerung des Lamellenträgers vorgesehen ist, so dass der Lamellenträger auch bei höheren Drehzahlen noch eine ausreichende Festigkeit aufweist und die Berstdrehzahl entsprechend den Vorgaben ausreichend hoch ist.
Hierfür kann die Einrichtung eine angeformte Kuppe oder einen angekippter Bereich am offenen Ende des Lamellenträgers aufweisen. Durch solch einen angekippten Bereich, d.h. einen Bereich in dem der Lamellenträger an seinem offenen Ende nach oben oder unter verkippt ist, kann die Drehfestigkeit gesteigert werden. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Verkippung nach radial innen gerichtet ist.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Lamellenträger einen zylindrischen Anteil parallel zur Rotationsachse der Lamellenkupplung im Übergang zum Bodenbereich des Lamellenträgers aufweist. Der Lamellenträger ist im Wesentlichen topfförmig aufgebaut. Ein sich radial von der Rotationsachse erstreckender Bereich des Lamellenträger kann daher als Bodenbereichs dieses Topfes angesehen werden. Der an diesen Bodenbereich anschließende Bereich, der zylindrische Anteil des Lamellenträgers soll nun im Wesentlichen zylindrisch, d.h. parallel zur Rotationsachse verlaufen. An diesen zylindrischen Anteil schließt dann bevorzugt der Verzahnungsbereich zur Aufnahme von Lamellen eines Lamellenpakets in axialer Richtung an. An diesen Verzahnungsbereich schließt dann der offene Endbereich des Lamellenträgers an. Durch den zylindrischen Anteil ist gewährleistet, dass hier die wirkenden Zentrifugalkräfte abgestützt werden.
Insbesondere ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass der zylindrische Anteil den Verzahnungsbereich des Lamellenträgers gegenüber einem verkürzt und so die Drehzahlsteifigkeit erhöht. Unter verkürzen ist hier zu verstehen, dass explizit ein verzahnungsfreier Bereich im, bevorzugt gesamten zylindrischen Anteil vorgesehen ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass wenigstens ein Zahn des Lamellenträgers, vorzugsweise alle Zähne des Lamellenträgers am offenen Ende, d.h. an ihrem Zahnkopft angekippt ist, so dass der Zahn, vorzugsweise alle Zähne geschlossen sind und das offene Ende, d.h. der Bereich der Zahnköpfe des Lamellenträgers in Umfangsrichtung versteift ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist dann vorgesehen, dass ausschließlich an den Endbereichen der Zähne, d.h. ausschließlich an den Zahnköpfen oder dem Zahnkopf der angekippte Bereich vorgesehen ist. Die Zahnlücken des Lamellenträgers zur Aufnahme der Zähne von aufzunehmenden Lamellen sind dagegen dann ungekippt, d.h. erstrecken sich auch an ihrem offenen Ende in einer Richtung parallel zur Rotationsachse. Die Steifigkeit kann durch solche eine Verteilung des angekippten Bereichs auf die Zahnköpfe, bzw. das offene Ende der Zähne jeweils gesteigert werden.
An dem Lamellenträger kann sich Kühlöl radial innen ansammeln. Durch das Vorsehen von Kühlölbohrungen im Lamellenträger zum Verteilen des Kühlöls gerade auch in den Bereich radial außerhalb des Lamellenträgers kann die Kühlung des radial außerhalb des Lamellenträgers liegenden Kupplungsbereich gewährleistet werden. Durch eine Vorsehung der Kühlölborungen im angekippten Bereich oder zumindest in der Nähe des angekippten Bereichs kann eine Kühlung in diesem radial äußeren Bereich zusätzlich zur Festigkeit deutlich gesteigert werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, der Lamellenträger ein Innenlamellenträger, vorzugsweise ein aus Blech fallend geformter Innenlamellenträger ist. Hierdurch ergibt sich, dass die Zähne des Innenlamellenträgers nach radial außen gerichtet sind und ein vorgesehener angekippter Bereich vorteilhafterweise nach radial innen gerichtet ist. In dem sich dann ergebenden Bereich radial innerhalb der Zähne und axial durch den angestellten Bereich begrenzt, wird ein Raum zur Aufnahme von Kühlöl gebildet. Wird dann eine Kühlölborung in dem angekippten Bereich oder in seiner Nähe vorgesehen, so kann die Kühlung der radial außerhalb des Innenlamellenträgers angeordneten oder anzuordnenden Lamellen vorteilhaft verbessert werden. Ist der Innenlamellenträger aus Blech fallend hergestellt, so können wenigstens die Zähne, der angestellte Bereich und die Kühlölbohrungen in nur wenigen Arbeitsschritten, vorteilhafterweise nur einem Arbeitsschritt hergestellt werden.
In einer ersten Alternative kann vorgesehen sein, dass es sich bei der Lamellenkupplung um eine Doppelkupplung mit zwei radial geschachtelten Teilkupplungen handelt, wobei der Innenlamellenträger vorzugsweise der Innenlamellenträger der radial außen angeordneten K1-Teilkupplung ist. Gerade dieser äußere Innenlamellenträger erfährt die höchsten Zentrifugalkräfte.
In einer zweiten Alternative ist vorgesehen, dass es sich bei der Lamellenkupplung um eine Dreifachkupplung, umfassend eine K1-Kupplung als erste Teilkupplung zum Verbinden einer Antriebswelle mit einer ersten Getriebeeingangswelle, eine K2-Kupplung als zweite Teilkupplung zum Verbinden der Antriebswelle mit einer zweiten Getriebeeingangswelle und eine KO-Kupplung als dritte Teilkupplung zum Verbinden eines Antriebsmotors mit der Antriebswelle handelt. Hierdurch kann insbesondere der Anschluss eine Doppelkupplungsgetriebes mit zwei Getriebeeingangswellen an einen Verbrennungsmotor und einen elektrischen Motor realisiert werden. Die Antriebswelle ist dabei bevorzugt mit dem elektrischen Motor, der E-Maschine verbunden. Über die KO-Kupplung kann dann die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit der Antriebswelle, bzw. mit dem jeweiligen Eingang der beiden Teilkupplungen K1 und K2 realisiert werden. Der Innenlamellenträger der K1-Kupplung und der KO-Kupplung können dabei radial in einander geschachtelt sein. Beide Innenlamellenträger können dann entsprechend eine Einrichtung zur Drehzahlfestigkeitssteigerung, bzw. bevorzugt einen angekippten Bereich am Zahnende ihrer Zähne aufweisen.
Wenn es sich es sich bei der ersten Getriebeeingangswelle um eine innere Getriebeeingangswelle und bei der zweiten Getriebeeingangswelle um eine äußere Getriebeeingangswelle handelt kann eine Verbindung der Innenlamellenträger über Naben mit diesen Getriebeeingangswellen besonders einfach realisiert werden. Die Außenlamellenträger der K1- und K2-Kupplung können dann unmittelbar mit der Antriebswelle verbunden sein und über die KO-Kupplung mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbindbar sein.
Insgesamt ist kann vorgesehen sein, dass der Innenlamellenträger einer K1-Teilkupplung oder einer KO-Kupplung sowohl eine angeformte Kuppe am offenen Ende des Lamellenträgers als auch einen zylindrischen Anteil im Übergang zum Bodenbereich aufweist. Gerade in dieser Kombination wird die Drehzahlfestigkeit ausreichend erhöht.
Ein Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung aber nicht beschränkt ist, und aus dem sich noch weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben können, ist in den folgenden Figuren gezeigt. Es zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Lamellenkupplung als Dreifachkupplung,
2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Lamellenkupplung als Doppelkupplung,
3 eine perspektivische Ansicht eines Innenlamellenträgers einer der Teilkupplungen einer Lamellenkupplung nach 1 oder 2, und
4 bis 6 Schnitte A-A, B-B und E-E durch den Innenlamellenträger nach 3.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung 1 einer ersten Ausführungsform, umfassend eine erste Teilkupplung 2, die K1-Kupplung, eine zweite Teilkupplung 3, die K2-Kupplung, sowie eine dritte Teilkupplung 4, die KO-Kupplung. Die dritte Teilkupplung 4 dient dazu, ein von einer Brennkraftmaschine erzeugtes Drehmoment, das über den Achsstummel 5 eingeleitet wird, auf eine der beiden anderen Teilkupplungen 2, 3 zu verteilen. Die beiden Teilkupplungen 2, 3 dienen dazu, dieses eingeleitete Drehmoment oder ein über eine nicht gezeigte Elektromaschine erzeugtes und über ein Zahnrad 6 eingeleitetes Drehmoment auf separate Getriebeeingänge zu verteilen. Die grundsätzliche Funktion einer solchen Kupplungseinrichtung 1 ist bekannt.
Die erste Teilkupplung 2 umfasst einen Außenlamellenträger 7, an dem Außenlamellen 8 in einer entsprechenden Axialverzahnung axial verschiebbar geführt sind. Sie umfasst ferner einen Innenlamellenträger 9, an dem Innenlamellen 10 axial verschiebbar geführt sind. Die Außen- und Innenlamellen 8, 10 bilden ein Lamellenpaket, das über ein axial bewegliches Betätigungselement 11 axial zusammengedrückt und in Reibschluss gebracht werden kann. Dies geschieht mittels eines Hydraulikfluids, das in eine Druckkammer 12 eingepresst wird, worüber das Betätigungselement 11 gegen ein Federmittel 13 gedrückt wird, das es nach Entlastung wieder zurückstellt.
Entsprechend weist die zweite Teilkupplung 3 einen Außenlamellenträger 14 mit daran axial verschiebbar angeordneten Außenlamellen 15 und einen Innenlamellenträger 16 mit daran axial verschiebbaren Innenlamellen 17 auf, also ebenfalls ein Lamellenpaket, das mittels eines Betätigungselements 18 axial zusammengedrückt und in Reibschluss gebracht werden kann. Dies geschieht auch hier mittels eines Hydraulikfluids, das in eine Druckkammer 19 eingepresst wird, worüber das Betätigungselement 18 auch hier gegen ein Federmittel 20 axial verschoben und dieses wieder rückgestellt wird, wenn es entlastet wird.
Der Innenlamellenträger 9 ist über eine innenverzahnte Nabe 21 mit einer nicht näher gezeigten ersten Ausgangswelle und der Innenlamellenträger 16 mit einer innenverzahnten Nabe 22 mit einer zweiten Ausgangswelle verbunden, die jeweils zu verschiedenen Getriebestufen führen, so dass das jeweils verteilte Drehmoment zur einen oder anderen Getriebestufe geleitet werden kann.
Die dritte Teilkupplung 4 weist ebenfalls einen Außenlamellenträger 23 auf, an dem Außenlamellen 24 axial verschiebbar angeordnet sind. Es weist keinen separaten Innenlamellenträger auf, vielmehr dient eine Außenverzahnung am Außenlamellenträger 7 der Aufnahme und Führung der Innenlamellen 25 der dritten Teilkupplung 4. Auch hier erfolgt die axiale Bewegung des Lamellenpakets über ein Betätigungselement 26, das wiederum hydraulisch durch Einpressen eines Hydraulikfluids in eine Druckkammer 27 bewegt wird. Bei Betätigung der dritten Teilkupplung 4 wird das über die Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment, das über den Achsstummel 5 auf den Außenlamellenträger 23 gegeben wird, auf den Außenlamellenträger 7 gegeben und kann dann über die jeweilige Teilkupplung 2, 3 entsprechend verteilt werden.
Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Kupplungseinrichtung 1 ist in der nachveröffentlichten DE 10 2020 127 724 A1 beschrieben, auf die bezüglich Aufbau und Funktion dieser Kupplungseinrichtung 1 verwiesen wird.
Wie beschrieben ist, um die Elektromaschine zur Einleitung des maschinenseitig erzeugten Drehmoments anzukoppeln, das Zahnrad 6 vorgesehen, das eine außenliegende Außenverzahnung 28 aufweist, die mit einem Zahnrad an der Ausgangswelle des Elektromotors kämmt. Das Zahnrad 6 weist einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch 29 auf, der in einen am Innenumfang vorgesehenen Ringflansch 30 übergeht, der mit einem Wälzlager 31 verbunden ist. Das Wälzlager 31 ist an einem nicht näher gezeigten Lagersitz an einem Gehäuseabschnitt der Kupplungseinrichtung 1 oder des Getriebes über seinen Innenring 32 fixiert. Der Ringflansch 30 ist auf den Außenring 33 des Wälzlagers 31 aufgepresst und über einen Sicherungsring 34, der in zwei einander gegenüber liegende Umfangsnuten am Ringflansch 30 und am Au-ßenring 33 eingreift, axial in der gewünschten Pressmontagestellung fixiert.
Der Ringflansch 30 weist eine Außenverzahnung 35 auf, die mit einer Innenverzahnung 36 eines Kupplungsrotors 37 kämmt, wozu der Kupplungsrotor 37 ebenfalls einen entsprechenden Ringflansch 38 aufweist, an dem die Innenverzahnung 36 ausgebildet ist.
Um das vom Zahnrad 6 auf den Kupplungsrotor 37 übertragene Drehmoment an den Außenlamellenträger 7 zu leiten, ist der Außenlamellenträger 7 an einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch 39 angebunden, der mit einem Innenumfang an einem Befestigungsabschnitt 40 des Kupplungsrotors 37 befestigt, bevorzugt angeschweißt ist. Da der Kupplungsrotor 37 axial positionsfest ist, ist demzufolge der Flansch 39 hieran axial abgestützt. Das über das Zahnrad 6 eingeleitete Drehmoment wird demzufolge über diese indirekte Kopplung auf den Flansch 39 und über diesen auf den Außenlamellenträger 7 gegeben, so dass dieser rotiert. Da der Außenlamellenträger 14 mit entsprechenden Durchbrechungen im Flansch 39 durchgreifenden Fingern 41 mit dem Flansch 39 und damit mit dem Außenlamellenträger 7 drehfest gekoppelt ist, wird demzufolge auch der Außenlamellenträger 14 rotiert, das heißt, dass, ähnlich wie bei der Einleitung des brennkraftmaschinenseitigen Drehmoments, beide Außenlamellenträger 7, 14 rotieren und je nach dem, welches der Lamellenpakete zusammengedrückt wird, das Drehmoment entweder auf die eine oder andere Abtriebswelle gegeben wird.
Wird die erste Teilkupplung 2 betätigt, so kommt es aufgrund der auf das Lamellenpaket über das Betätigungselement 11 ausgeübten Axialkraft zu einer geringfügigen axialen Bewegung des Lamellenträgers 7 und demzufolge einer geringfügigen Biegebeanspruchung des Flanschs 9, der jedoch am Innenumfang fest mit dem positionsfesten Kupplungsrotor 37 verbunden ist, so dass das Biegemoment vollständig abgestützt ist. Das Biegemoment gelangt demzufolge nicht in den Bereich, in dem die Verzahnung 28 des Zahnrads 6 mit der Verzahnung des elektromaschinenseitigen Zahnrads koppelt, so dass diese Verzahnungsverbindung vollständig unbeeinträchtigt ist. Gleiches gilt natürlich auch für die Verzahnungsverbindung zwischen dem Zahnrad 6 und dem Kupplungsrotor 37, auch diese erfährt das flanschseitige Biegemoment nicht.
Das heißt, dass eine vollständige Entkopplung des Ortes der Einleitung des elektromaschinenseitigen Drehmoments über die Verzahnungsverbindung von dem bei Betätigung axial bewegten Außenlamellenträgers 7 gegeben ist, so dass sich diese Verformung in keiner Weise auf den Verzahnungseingriff auswirken kann. Denn es ist kein direkter Verbund zwischen dem Lamellenträger 7 und dem Zahnrad 6 gegeben.
2 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung 1, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Diese ist hier nur als einfache Doppelkupplung mit der ersten Teilkupplung 2 und der zweiten Teilkupplung 3 ausgeführt, es ist keine dritte Teilkupplung 4 vorgesehen.
Der grundsätzliche Aufbau der Teilkupplungen 2, 3 entspricht dem wie zu 1 beschrieben. Die Teilkupplung 2 umfasst wiederum einen Außenlamellenträger 7 mit daran geführten Außenlamellen 8 und einen Innenlamellenträger 9 mit daran geführten Innenlamellen 10 sowie ein Betätigungselement 11, das über einen den Druckraum 12 einzubringendes Hydraulikfluid axial gestellt werden und das Lamellenpaket zusammengedrückt werden kann.
Die zweite Teilkupplung 3 umfasst ebenfalls einen Außenlamellenträger 14 mit daran angeordneten Außenlamellen 15 sowie einen Innenlamellenträger 16 mit daran angeordneten Innenlamellen 17, wobei auch dieses Lamellenpaket über das Betätigungselement 18 durch Einbringen eines Hydraulikfluids in die Druckkammer 19 axial zusammengedrückt werden kann. Wie 2 ferner zeigt, erstreckt sich der Ringflansch 42 ein Stück weit axial und greift quasi in eine ringförmige Nut am Betätigungselement 11 ein. Er begrenzt den Druckraum 12 radial, so dass diesbezüglich kein separates Bauteil vorzusehen ist. Er wirkt gleichzeitig auch als Gleitfläche für einen Kolben 44, der am Betätigungselement 11 befestigt ist, und über den die Abdichtung erfolgt. Der Druckraum ist ansonsten über den Kupplungsrotor 37 sowie ein daran angeordnetes Dichtelement 45 abgedichtet, so dass ein hinreichend hoher Stelldruck erzeugt werden kann.
Zum Einleiten des elektromaschinenseitig erzeugten Drehmoments ist auch hier ein Zahnrad 6 mit einer Außenverzahnung 28 vorgesehen, das einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch 29 aufweist, an dem ein Ringflansch 42 vorgesehen ist. Über diesen Ringflansch 42 ist das Zahnrad 6 fest, bevorzugt über eine Schweißverbindung mit dem Kupplungsrotor 37 verbunden, der einen entsprechenden Verbindungsabschnitt 43 aufweist.
An der gegenüberliegenden Seite des Ringflanschs 42 ist der den Außenlamellenträger 7 tragende Flansch 39 wiederum vorzugsweise über eine Schweißverbindung befestigt. Hier ist also eine stabile Verbindung des Zahnrads 6 sowohl zum Kupplungsrotor 37 als auch zum Flansch 39 gegeben.
Auch hier ist eine Entkopplung des Zahnrads 6 vom Außenlamellenträger 7 gegeben, die bewirkt, dass eine betätigungsbedingte axiale Bewegung des Außenlamellenträgers 7 und ein hieraus resultierendes Biegemoment des Flanschs 39 nicht auf den Bereich der Verzahnungsverbindung zwischen dem Zahnrad 6 und dem elektromaschinenseitigen Zahnrad wirkt. Denn der Flansch 39 ist über die feste Schweißverbindung am Ringflansch 42 des Zahnrads 6 fest abgestützt, das wiederum über die Schweißverbindung fest mit dem axial positionsfesten Kupplungsrotor 37 verbunden ist. Das heißt, dass das etwaige Biegemoment des Flanschs 39 komplett an dieser stabilen Verbindung abgestützt ist und es in keinem Fall trotz axialer Bewegung des Außenlamellenträgers 7 und Verbiegung des Flanschs 39 zu einer Axialbewegung des Zahnrads 6 kommt. Das heißt, dass auch hier eine funktionale Trennung gegeben ist, da kein direkter Verbund zwischen dem Außenlamellenträger 7 und dem Zahnrad 6 gegeben ist.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf den Innenlamellenträger 9 der ersten Teilkupplung 2 einer Kupplungseinrichtung 1 nach einer der 1 oder 2. Die beiden Innenlamellenträger 7 oder 16 der Teilkupplungen 3 oder 4 können analog ausgestaltet sein, besonders vorteilhaft ist diese Ausgestaltung aber bei den radial äußeren Innenlamellenträgern 7 und 9 der Teilkupplung 2 und 4.
Einzelheiten der Schnitte A-A, B-B und E-E des Innenlamellenträgers 9 der 3 sind in den 4,5 und 6 gezeigt.
Wie in 6 gezeigt, ist jeder Zahn 52 des Innenlamellenträgers 9 am offenen Ende angekippt, sprich der Zahnkopf 50 ist Richtung Zahnfuß oder Rotationsachse 46 verformt, so dass hier ein angekippter Bereich 60 gebildet ist. Hierdurch ist das radial offene Ende des Innenlamellenträgers 9 in Umfangsrichtung versteift, da die Zähne 52 nun geschlossen sind und die Zahnköpfe 50 sich unter Drehzahl weniger stark verformen. Die Folge sind vor allem in den Fußeckenradien 54 deutlich kleinere Spannungen, wie in 3 gezeigt. Ein Nebeneffekt der nun geschlossenen Zähne 52 ist, dass sich auf der Innenseite 56 des Trägers 9 das Kühlöl aufstaut, welches radial von der inneren, zweitenTeilkupplung 3, der Kupplung K2 zugeführt wird. Mit der Position der Kühlölbohrungen 58, in der Regel eine Öffnung pro Zahn 52, kann nun das Kühlöl gezielt für die erste Teikupplung 2, der K1-Kupplung verteilt werden.
Die Kühlölbohrungen 58 können in der Nähe oder auch unmittelbar in dem angekippten Bereich 60 angeordnet sein, damit Kühlöl zur ersten Lamelle im geöffneten Zustand (d.h. kürzerster Abstand bezogen auf das Ende des Innenlamellenträgers 9) geleitet wird. Hierbei werden zunächst die Kühlbohrungen 58 gestanzt und anschließend das offene Ende, d.h. die Zahnköpfe 50 angekippt. Insbesondere können für unterschiedliche Zähne 52 unterschiedliche axiale Positionen für die Kühlölbohrungen 58 vorgesehen sein, so dass eine besonders günstige Kühlölverteilung für das von der Innenlamelle 9 radial außen aufzunehmende Lamellenpaket erreicht wird.
Zusätzlich weist der Lamellenverzahnungsbereich einen verzahnungsfreien, umlaufenden zylindrischen Bereich 62 im Übergang zum Bodenbereich 64 des Innenlamellenträgers 9 auf. Dieser zylindrische Bereich 62 verkürzt den eigentlichen Verzahnungsbereich und erhöht somit die Drehzahlsteifigkeit noch weiter.
Insbesondere durch die Kombination des zylindrischen Bereichs 62 mit dem Schließen der Zähne 52, bzw. Verformen der Zahnköpfe 50 durch einen angekippten Bereich 60 kann die Berstfestigkeit, bzw. Drehzahlsteifigkeit der Innenlamellen 9 der ersten Teilkupplung 2, wie in den 1 und 2 gezeigt erhöht werden. Gleiches gilt analog besonders bevorzugt für den Außenlamellenträger 7 der ersten Teilkupplung 2 gemäß der ersten Alternative nach 1, da er hier ebenso den Innenlamellenträger der dritten Teilkupplung 4 bildet. Aber auch die radial innerste, zweite Teilkupplung 3 kann solch einen Innenlamellenträger 16 aufweisen. Hier kann ggf. ein Vorteil alleine durch die verbesserte Kühlölverteilung erreicht werden, wenn auch eine Verbesserung der Drehzahlsteifigkeit durch die angekippten Bereiche 60 nicht notwendig sein mögen, da hier die Zentrifugalkraft entsprechend geringer als bei den beiden anderen Innenlamellenträgern 7 und 9 ausfällt.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungseinrichtung
2: erste Teilkupplung, K1-Kupplung
3: zweite Teilkupplung, K2-Kupplung
4: dritte Teilkupplung, KO-Kupplung
5: Achsstummel
6: Zahnrad
7, 14, 23: Außenlamellenträger
8, 15, 24: Außenlamellen
9, 16: Innenlamellenträger
10, 17, 25: Innenlamellen
11, 18, 26: Betätigungselement
12, 19, 27: Druckkammer
13: Federmittel
20: Federmittel
21: Nabe
22: Nabe
28, 35: Außenverzahnung
29, 39: Flansch
30, 38, 42: Ringflansch
31: Wälzlager
32: Innenring
33: Außenring
34: Sicherungsring
36: Innenverzahnung
37: Kupplungsrotor
40: Befestigungsabschnitt
41: Finger
43: Verbindungsabschnitt
44: Kolben
46: Rotationsachse
50: Zahnkopf
52: Zahn
54: Fußeckenradius
56: Innenseite
58: Kühlölbohrung
60: angekippter Bereich
62: zylindrischer, umlaufender Bereich
64: Bodenbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019104078 A1 [0005]
DE 102020127724 A1 [0012, 0034]

Claims

Lamellenkupplung, vorzugsweise nass laufende Lamellenkupplung mit wenigstens einem Lamellenträger (7,9,14,16), dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Drehzahlfestigkeitssteigerung des Lamellenträgers (7,9,14,16) vorgesehen ist.
Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Drehzahlfestigkeitssteigerung eine angeformte Kuppe oder angekippter Bereich (60) am offenen Ende (50) des Lamellenträgers (7,9,14,16) aufweist.
Lamellenkupplung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenträger (7,9,14,16) einen zylindrischen Anteil (62) parallel zur Rotationsachse (46) der Lamellenkupplung im Übergang zum Bodenbereich (64) des Lamellenträgers (7,9,14,16) aufweist.
Lamellenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Anteil (62) den Verzahnungsbereich des Lamellenträgers (7,9,14,16) verkürzt und so die Drehzahlsteifigkeit erhöht.
Lamellenkupplung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zahn (52) des Lamellenträgers (7,9,14,16), vorzugsweise alle Zähne (52) des Lamellenträgers (7,9,14,16) am offenen Ende (50) angekippt ist, so dass der Zahn (52), vorzugsweise alle Zähne (52) geschlossen sind und das offene Ende (50) des Lamellenträgers (7,9,14,16) in Umfangsrichtung versteift ist.
Lamellenkupplung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlölbohrungen (58) zum Verteilen von Kühlöl im Lamellenträger (7,9,14,16), vorzugsweise im angekippten Bereich (60) oder in der Nähe des angekippten Bereichs (60) bereitgestellt sind.
Lamellenkupplung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenträger (7,9,14,16) ein Innenlamellenträger (7,9,16), vorzugsweise ein aus Blech fallend geformter Innenlamellenträger (7,9,16) ist.
Lamellenkupplung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Doppelkupplung mit zwei radial geschachtelten Teilkupplungen (2,3) handelt, wobei der Innenlamellenträger vorzugsweise der Innenlamellenträger (9) der radial außen angeordneten K1-Teilkupplung (2) ist.
Lamellenkupplung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Lamellenkupplung um eine Dreifachkupplung, umfassend eine K1-Kupplung als erste Teilkupplung (2) zum Verbinden einer Antriebswelle mit einer ersten Getriebeeingangswelle, eine K2-Kupplung als zweite Teilkupplung (3) zum Verbinden der Antriebswelle mit einer zweiten Getriebeeingangswelle und eine KO-Kupplung als dritte Teilkupplung (4) zum Verbinden eines Antriebsmotors mit der Antriebswelle handelt.
Lamellenkupplung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Getriebeeingangswelle um eine innere Getriebeeingangswelle und bei der zweiten Getriebeeingangswelle um eine äußere Getriebeeingangswelle handelt.