DE102021200240A1

DE102021200240A1 - Konuskupplung, insbesondere für einen Hybrid-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021200240A1
Application number: DE102021200240.4A
Authority: DE
Inventors: Uwe Grossgebauer; Arthur Schröder; Cora Carlson; Sebastian Reim; Steffen Einenkel; Tobias Höche; Ingrid Hoffelner; Axel Rohm
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2022-07-14

Abstract

Konuskupplung (2), insbesondere für einen Hybrid-Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine zwischen einem Innenreibring (3) und einem Außenreibring (4) angeordnete ringartige Reiblamelle (5), welche Reiblamelle (5) ein äußeres Reibelement (10, 11) und inneres Reibelement (10, 11) aufweist, die an einem zwischen dem äußeren Reibelement (10, 11) und dem inneren Reibelement (10, 11) angeordneten Trägerelement (12) der Reiblamelle (5) angeordnet oder ausgebildet sind, wobei das äußere Reibelement (10, 11) eine Außenreibfläche für den Außenreibring (4) und das innere Reibelement (10, 11) eine Innenreibfläche für den Innenreibring (3) ausbildet oder bereitstellt, wobei das innere Reibelement (10, 11) und/oder das äußere Reibelement (10, 11) wenigstens einen Fluidkanal (13, 14) aufweisen, durch den ein Fluid führbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Konuskupplung, insbesondere für einen Hybrid-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine zwischen einem Innenreibring und einem Außenreibring angeordnete ringartige Reiblamelle, welche Reiblamelle ein äu-ßeres Reibelement und inneres Reibelement aufweist, die an einem zwischen dem äußeren Reibelement und dem inneren Reibelement angeordneten Trägerelement der Reiblamelle angeordnet oder ausgebildet sind, wobei das äußere Reibelement eine Außenreibfläche für den Außenreibring und das innere Reibelement eine Innenreibfläche für den Innenreibring ausbildet oder bereitstellt.
Konuskupplungen, insbesondere für die Verwendung in Kraftfahrzeugen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, wobei eine entsprechende Konuskupplung beispielsweise als Eingangskupplung bzw. sogenannte „K0“-Kupplung verwendet werden kann, die insbesondere einer Doppelkupplung vorgeschaltet sein kann. Die Konuskupplung kann in einem solchen Fall insbesondere dafür verwendet werden, einen Verbrennungsmotor an den Antriebsstrang zu koppeln bzw. den Verbrennungsmotor von dem restlichen Antriebsstrang zu entkoppeln. Soll beispielsweise ein rein elektrischer Fahrbetrieb, ein Segelbetrieb oder ein anderer Fahrbetrieb realisiert werden, in dem der Verbrennungsmotor nicht benötigt wird und das Abkoppeln des Verbrennungsmotors zudem die Trägheit des Antriebsstrang reduziert, kann die Konuskupplung bei einer derartigen Verwendung geöffnet werden, um den Verbrennungsmotor abzukoppeln.
Soll der Verbrennungsmotor an den restlichen Antriebsstrang angekoppelt werden, kann die Konuskupplung geschlossen werden, dabei kann Drehmoment zwischen Reibelementen, insbesondere zwischen Außenreibring, Innenreibring und der Reiblamelle übertragen werden, üblicherweise sind der Außenreibring und der Innenreibring mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt und die Reiblamelle ist mit dem Getriebeeingang gekoppelt, sodass letztlich Drehmoment von dem Verbrennungsmotor einen Getriebeeingang, beispielsweise einen Eingang der Doppelkupplung, übertragen werden kann. Die konkrete Zuordnung, welches der zum Reibschluss beitragenden Teile mit der Kurbelwelle bzw. dem Getriebeeingang gekoppelt ist, ist variierbar.
Hierbei ist bekannt, dass insbesondere beim Öffnen und Schließen der Konuskupplung, also in Betriebszuständen, in denen die Reibflächen der Reibelemente gegeneinander reiben, Wärme entsteht, die abgeführt werden muss, um die Reibflächen vor Überhitzung zu schützen. Hierbei ist bekannt, dass sich beim Öffnen der Konuskupplung zwischen den nicht mehr in Anlage stehenden Reibflächen eine Reibspalt ausbildet, durch den ein Fluid zur Kühlung der Reibflächen durchgeführt werden kann. Dabei ist jedoch zum einen nachteilig, dass der Fluid Strom zwischen dem äußeren Reibspalt und dem inneren Reibspalt zumeist nicht gesteuert werden kann, das heißt insbesondere der Reibspalt zwischen der Reibfläche des Außenreibrings und der radial äußeren Reibfläche der Reiblamelle und der Reibspalt zwischen der Reibfläche des Innenreibrings und der radial inneren Reibfläche der Reiblamelle.
Üblicherweise wird das Fluid, insbesondere Öl, zur Kühlung der Reibflächen Fliehkraft basiert verteilt, d.h., die unter Drehzahl stehenden Komponenten der Konuskupplung bewirken ein Schleudern des Fluid nach radial außen. Dies führt insbesondere dazu, dass das Fluid bevorzugt durch den radial außenliegenden Reibspalt strömt und, falls nicht ausreichend Fluid zur Verfügung steht, der radial inneren Reibspalt unterversorgt oder im schlimmsten Fall überhaupt nicht versorgt wird. Da die Reibflächen einem radial inneren Reibspalt aufgrund des geringeren Durchmessers bzw. Radius geringer dimensioniert sind, wäre jedoch eine verstärkte Abführung der Wärme in diesem Bereich vorteilhaft.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Konuskupplung anzugeben, insbesondere eine Konuskupplung, bei der die Führung eines Arbeitsfluids verbessert ist.
Die Aufgabe wird durch eine Konuskupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung eine Konuskupplung, zum Beispiel eine Konuskupplung für einen Hybrid-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Konuskupplung umfasst eine ringartige bzw. ringförmige Reiblamelle, die zwischen einem Innenreibring und einem Außenreibring angeordnet ist. Die Reiblamelle weist ein äußeres Reibelement und ein inneres Reibelement auf, wobei die Reiblamelle mit dem inneren Reibelement mit dem Innenreibring und mit dem äußeren Reibelement mit dem Außenreibring, insbesondere reibschlüssig, in Verbindung gebracht werden kann. Mit anderen Worten wird durch Zusammenpressen der Reibelemente, also durch Zusammenpressen des Innenreibrings, des Außenreibrings und der Reiblamelle, eine Drehmomentübertragung zwischen den damit verbundenen drehenden Teilen ermöglicht. Im zusammengepressten Zustand steht somit die Außenreibfläche, die an dem äußeren Reibelement angeordnet ist, mit dem Außenreibring und die Innenreibfläche, die an dem inneren Reibelement angeordnet ist, mit dem Innenreibring in Anlage. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das innere Reibelement und/oder das äußere Reibelement wenigstens einen Fluidkanal aufweisen, durch den ein Fluid führbar ist.
Demnach wird vorgeschlagen, dass gezielt in die Reibelemente, also in das innere Reibelement oder das äußere Reibelement oder in beide Reibelemente wenigstens ein Fluidkanal oder eine Vielzahl von Fluidkanälen eingebracht werden kann, durch die das Arbeitsfluid, beispielsweise Öl, geführt werden kann. Dies ermöglicht insbesondere, dass durch die Anzahl bzw. die Anordnung der einzelnen Fluidkanäle die Verteilung des Fluids durch die Fluidkanäle eingestellt werden kann. Mit anderen Worten können Fluidpfade festgelegt werden, denen das Fluid folgt. Beispielsweise kann somit gezielt die Verteilung des Fluids innerhalb der Konuskupplung eingestellt werden, d.h., wieviel von dem Fluid durch welchen Fluidkanal strömt. Dadurch kann die Verteilung des Fluids gezielt an die Erfordernisse in der Konuskupplung angepasst werden, d.h. insbesondere, dass entsprechend der Kühlungserfordernisse Fluid an die Stellen geleitet werden kann, an denen das Fluid zur Aufnahme von Wärme bzw. Abführung der Wärme nötig ist. Im Speziellen kann der Fluidstrom zwischen dem wenigstens einen Fluidkanal in dem inneren und äußeren Reibelement verteilt werden, wobei insbesondere die Menge des Fluids, das durch den wenigstens einen Fluidkanal in dem inneren Reibelement strömt, eingestellt werden kann Wird das Fluid, beispielsweise Öl, somit durch eine Unterdruckerzeugungseinrichtung und/oder durch Fliehkraft in den Bereich des Reibspalts, also des Spalts bzw. der Spalte zwischen den Reibelementen, gebracht, entscheidet, insbesondere bei geschlossener Konuskupplung, die Anzahl, die Anordnung und die Größe der Fluidkanäle darüber, welcher Volumenstrom des Fluids sich zwischen dem äußeren Reibelement und dem Außenreibring und dem inneren Reibelement und dem Innenreibring ausbildet. Somit kann auch bei geschlossener Konuskupplung Fluid entlang der Reibflächen, insbesondere durch die Reibelemente, geführt werden, um diese zu kühlen.
Nach einer Ausgestaltung der Konuskupplung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Fluidkanal für das innere Reibelement und das äußere Reibelement ein Elementdurchtrittsmaß festlegt und das Elementdurchtrittsmaß des äußeren Reibelements kleiner ist als das Elementdurchtrittsmaß des inneren Reibelements. Wie beschrieben, ist bei der Konuskupplung wenigstens ein Fluidkanal vorgesehen. Die Gesamtzahl der Fluidkanäle liegt somit für das innere Reibelement und das äußere Reibelement jeweils ein Elementdurchtrittsmaß fest. Das Elementdurchtrittsmaß beschreibt somit den möglichen Volumenstrom des Fluids durch die Fluidkanäle des inneren Reibelements oder des äußeren Reibelements.
Das Elementdurchtrittsmaß kann sonach den Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Fluidkanal beschreiben. Insbesondere beschreibt das Elementdurchtrittsmaß jeweils für das innere Reibelement und das äußere Reibelement die Summe der Querschnitte der Fluidkanäle. Je nachdem, wie viele Fluidkanäle das innere Reibelement und das äußere Reibelement aufweisen bzw. welche Querschnittsfläche die Fluidkanäle an dem inneren Reibelement und dem äußeren Reibelement in Summe aufweisen, bildet sich das Elementdurchtrittsmaß. Mit anderen Worten gilt, je größer das Elementdurchtrittsmaß für das innere oder äußere Reibelement ist, umso größer der Volumenstrom durch den wenigstens einen Fluidkanal, der in dem inneren oder äußeren Reibelement angeordnet ist.
Nach der beschriebenen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Elementdurchtrittsmaß des äußeren Reibelements kleiner ist als das Elementdurchtrittsmaß des inneren Reibelements. Das bedeutet, dass die Gesamtzahl der Fluidkanäle des inneren Reibelements einen größeren Querschnitt bereitstellen als die Gesamtzahl der Fluidkanäle des äußeren Reibelements. Demnach soll erreicht werden, dass an dem äußeren Reibelement das Fluid zumindest teilweise aufgestaut wird, sodass für den wenigstens einen Fluidkanal des inneren Reibelements Fluid bereitsteht und das Fluid nicht ausschließlich durch den Fluidkanal des äußeren Reibelements oder den Reibspalt fließt, der an dem äußeren Reibelement gebildet wird. Ebenso kann für das innere Reibelement ein maximales Elementdurchtrittsmaß definiert werden, das sicherstellt, dass für die Fluidkanäle des inneren Reibelements ausreichend Fluid zur Verfügung steht.
In einem Spezialfall kann auch vorgesehen sein, dass das äußere Reibelement keine Fluidkanäle aufweist, sodass das Elementdurchtrittsmaß für das äußere Reibelement 0 beträgt. Dadurch wird erreicht, dass das Fluid aufgestaut wird und somit für den wenigstens einen Fluidkanal des inneren Reibelements gesammelt wird, sodass das Fluid durch den Fluidkanal in dem inneren Reibelement geführt werden kann. Hierbei wird das Fluid nur im geöffneten Zustand durch den Reibspalt zwischen dem äußeren Reibelement und dem Außenreibring geführt. Alternativ kann das äußere Reibelement und das innere Reibelement jeweils wenigstens einen Fluidkanal aufweisen, wobei die Fluidkanäle für das äußere Reibelement beispielsweise kleiner ausgebildet sein können bzw. einen geringeren Querschnitt aufweisen können. Ebenso ist es möglich, die Anzahl der Fluidkanäle für das innere Reibelement größer zu wählen als für das äußere Reibelement. Entsprechende Kombinationen aus Anzahl und Querschnitt sind hierbei möglich.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann demnach vorgesehen sein, dass die Anzahl der Fluidkanäle und/oder die Querschnittsform der Öffnungen der Fluidkanäle und/oder die dreidimensionale Form der Fluidkanäle für das innere Reibelement und das äußere Reibelement verschieden sind. Wie beschrieben, wird das Elementdurchtrittsmaß letztlich aus der Summe der einzelnen Querschnitte bestimmt, durch die Fluid durchtreten kann. Hierbei tritt das Fluid aus dem Ölraum durch den wenigstens einen Fluidkanal in dem äußeren Reibelement und/oder dem inneren Reibelement aus. Durch die Wahl der Querschnittsform, der Anzahl bzw. der dreidimensionalen Form kann der Fluss des Fluids definiert eingestellt werden. Insbesondere können hier auch Querschnittsänderungen in den Fluidkanälen über deren Länge bzw. Querschnittsänderungen in Axialrichtung vorgesehen sein, beispielsweise um Fluid gezielt aufzustaunen bzw. die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Fluidkanäle zu beeinflussen.
Die Konuskupplung kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass wenigstens ein Fluidkanal in einer Reibfläche des Innenreibrings und/oder des Außenreibrings angeordnet ist, insbesondere in Form einer Nut. Demnach kann auch die zu der Außenreibfläche bzw. Innenreibfläche korrespondierende Reibfläche eine Nut aufweisen. Dadurch ist es ebenso möglich, Fluid, insbesondere bei geschlossener Konuskupplung, durch den Fluidkanal zu leiten. Insbesondere können zusätzlich zu den Fluidkanälen in den Reibelementen auch Fluidkanäle in dem Außenreibring bzw. dem Innenreibring bzw. deren Reibflächen vorgesehen sein.
Wenigstens ein Fluidkanal kann durch eine Nut in dem inneren Reibelement und/oder dem äußeren Reibelement und/oder dem Trägerelement oder durch Segmentierung des inneren Reibelements und/oder des äußeren Reibelements ausgebildet sein. Als Nut wird insbesondere eine Eintiefung in dem Reibelement bzw. dem Trägerelement verstanden, wobei in radialer Richtung an der Stelle des Fluidkanals, der durch eine Nut ausgebildet ist, noch Restmaterial des Reibelements bzw. des Trägerelement vorhanden ist. Demgegenüber kann durch eine Segmentierung eine vollständige Unterteilung der Reibelemente erreicht werden, d.h., dass an der Stelle der Segmentierung in radialer Richtung kein Reibbelag vorgesehen ist. Die Reibelemente können in diesem Fall, d.h. sowohl das innere Reibelement als auch das äußere Reibelement, in Form von in Umfangsrichtung unabhängigen Segmenten auf dem Trägerelement aufgebracht sein. Alternativ können die Reibelemente als Belagvollring über den gesamten Umfang des Trägerelement aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, werden. In dem Belagvollring können entsprechende Nuten eingebracht sein, die die Fluidkanäle ausbilden. Ebenso kann in dem Trägerelement wenigstens eine Nut vorgesehen sein, d.h. eine Eintiefung in dem Grundmaterial des Trägerelement. Eine Kombination von Segmentierung und Ausbilden eines Fluidkanals mittels einer Nut ist ebenso möglich.
Letztlich ist die Anordnung der Fluidkanäle beliebig wählbar. Hierbei können insbesondere sich in radialer Richtung gegenüberliegende Nuten in Bezug auf das Trägerelement vorgesehen sein. Ebenso können die einzelnen Fluidkanäle miteinander kombiniert werden, d.h., dass eine Nut in dem Trägerelement mit einer an derselben Umfangsposition angeordneten Segmentierung des inneren Reibelements und/oder des äußeren Reibelements kombiniert werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann der Innenreibring an einem, insbesondere axial verschiebbaren, Konuskolben und der Außenreibring an einem, insbesondere fest mit einer Nabe der Konuskupplung verbundenen, Reibkonus angeordnet sein, wobei der Reibkonus und der Konuskolben einen, insbesondere geschlossenen, Fluidraum begrenzen, wobei Fluid aus einem, insbesondere nabenseitigen, Zugang in den Fluidraum zuführbar und durch einen Reibspalt zwischen Reiblamelle und Innenring und/oder durch einen Reibspalt zwischen Reiblamelle und Außenring abführbar ist. Nach dieser Ausgestaltung können die einzelnen Reibelemente letztlich konisch ausgebildet sein und entsprechende Reibflächen bereitstellen. Der Außenreibring ist nach dieser Ausgestaltung, zum Beispiel an einem Blechteil, fest mit der Nabe der Konuskupplung verbunden, wobei der Innenreibring einen entsprechenden Reibkonus bereitstellt, der an einem bewegbaren Konuskolben angeordnet und somit axial bewegbar gelagert ist. Der Außenreibring und der Innenreibring begrenzen den beschriebenen Fluidraum, der letztlich fluiddicht ausgebildet sein kann. Hierbei ist Fluid lediglich über einen Zugang in den Fluidraum zuführbar und durch den Reibspalt zwischen Reiblamelle und dem Innenreibring bzw. dem Reibspalt zwischen der Reiblamelle und dem Außenreibring abführbar. Die an dem Reibspalt angeordneten Fluidkanäle können folglich ebenfalls das Fluid aus dem Fluidraum abführen.
Hierbei ergibt sich ein Füllstand des Fluids in dem Fluidraum letztlich in Abhängigkeit von dem Elementdurchtrittsmaß des äußeren Reibelements. Wie beschrieben, wird das Elementdurchtrittsmaß des äußeren Reibelements zweckmäßigerweise derart gewählt, dass der Füllstand in dem Fluidraum zumindest in einem Betriebszustand, insbesondere einem geschlossenen Zustand der Konuskupplung, die Fluidkanäle des inneren Reibelements nach radial innen übersteigt. Dadurch bleibt gewährleistet, dass Fluid aus dem Fluidraum auch durch die Fluidkanäle des inneren Reibelements geführt werden kann und das Fluid nicht ausschließlich durch die Fluidkanäle des äußeren Reibelements geführt wird.
Ist die Konuskupplung geöffnet, kann das Fluid, wie bereits beschrieben, durch den gesamten Reibspalt abgeführt werden. Das Fluid ist hierbei durch eine gesonderte Druckerzeugungseinrichtung und/oder durch Fliehkraft in den Fluidraum führbar und wird insbesondere durch die Fliehkraft nach radial außen bewegt bzw. geschleudert, wo sich das Fluid sammelt, zum Beispiel an einem Innenumfang des den Außenreibring tragenden Bauteils. Das Fluid sammelt sich somit insbesondere zwischen einer ersten und einer zweiten Radialposition innerhalb des Fluidraums. Der Füllstand kann somit derart gewählt werden, dass die zweite Radialposition zumindest auf derselben Radialposition liegt, wie die Fluidkanäle des inneren Reibelements oder auf die Fluidkanäle des inneren Reibelements bezogen radial weiter innenliegend.
Die beschriebene Ausgestaltung kann durch wenigstens eine Ausgleichsöffnung weitergebildet werden, die in dem Fluidraum einen Maximalfüllstand definiert, wobei in Bezug auf den Maximalfüllstand überschüssiges Fluid durch die wenigstens eine Ausgleichsöffnung aus dem Fluidraum abführbar ist. Die Ausgleichsöffnung ermöglicht somit, einen Maximalfüllstand zu definieren, der in dem Fluidraum erreicht werden kann. Wird mehr Fluid in den Fluidraum gefördert bzw. durch die Fliehkraft in den Bereich des Fluidraums bewegt, tritt überschüssiges Fluid durch die wenigstens eine Ausgleichsöffnung aus, sodass verhindert wird, dass der Maximalfüllstand überschritten wird. Die wenigstens eine Ausgleichsöffnung, die den Maximalfüllstand festlegt, ist dabei insbesondere auf einer Radialposition angeordnet, die radial weiter innen liegt als der wenigstens eine Fluidkanal des inneren Reibelements. Somit ist sichergestellt, dass der wenigstens eine Fluidkanal des inneren Reibelements mit Fluid versorgt werden kann, wobei demgegenüber überschüssiges Fluid abgeführt werden kann.
Ferner kann wenigstens ein eine Reibfläche, insbesondere den Innenreibring, tragender Konuskolben, axial bewegbar und in Umfangsrichtung drehfest an einer Nabe der Konuskupplung gelagert sein, wobei die drehfeste Lagerung mittels einer Verdrehsicherung ausgebildet ist. Wie zuvor beschrieben, kann der Innenreibring an einem axial bewegbaren Konuskolben gelagert sein. Der axial bewegbare Konuskolben kann mittels der Verdrehsicherung drehfest mit der Nabe verbunden sein, sodass die Drehbewegung der Nabe auf den Konuskolben übertragen werden kann, jedoch eine axiale Verschiebung bzw. Verlagerung des Konuskolbens relativ zu der Nabe möglich ist. Da der Konuskolben die entsprechende Reibfläche, insbesondere den Innenreibring trägt, kann durch die axiale Verschiebung des Konuskolbens die Konuskupplung geöffnet oder geschlossen werden. Wird der Konuskolben somit in Axialrichtung in Richtung des Außenreibrings bewegt, werden der Außenreibring, die Reiblamelle und der Innenreibring aneinandergepresst und die Konuskupplung geschlossen.
Die beschriebene Verdrehsicherung kann insbesondere zwischen einem Deckel der Konuskupplung und der Nabe der Konuskupplung, insbesondere mittels eines Federelements, und/oder zwischen der Nabe der Konuskupplung und dem Konuskolben und/oder zwischen dem Konuskolben und einem Reibkonus ausgebildet sein. Die Verdrehsicherung muss hierbei insbesondere gewährleisten, dass eine Kopplung des Konuskolbens mit der Nabe in Umfangsrichtung auch dann gewährleistet bleibt, wenn der Konuskolben in Axialrichtung bewegt wird. Mit anderen Worten muss die Verdrehsicherung einen Kopplungsabschnitt bereitstellen, der eine axiale Verschiebbarkeit des Konuskolbens zulässt bzw. ermöglicht, aber die Kopplung in Umfangsrichtung aufrechterhält.
Dies kann beispielsweise durch eine Ausnehmung, insbesondere eine Tasche oder eine Bohrung oder eine Öffnung bereitgestellt werden, in die ein Eingriffselement, beispielsweise ein Zapfen, eingreift. Der beschriebene Zapfen kann an den Konuskolben angenietet oder angespritzt werden. Ebenso ist es möglich, einen Zapfen aus einem Blechteil zu formen. Der in die Tasche bzw. die Bohrung oder die Ausnehmung eingreifende Zapfen muss zumindest so lang sein, dass auch bei einem maximalen Verschiebeweg des Konuskolbens eine Überdeckung gewährleistet bleibt.
Hierbei sind geschlossene Lösungen zu bevorzugen, die den zuvor beschriebenen fluiddichten Fluidraum aufrechterhalten. Ebenso ist möglich, eine Verzahnung an der Nabe vorzusehen, in die eine dazu korrespondierende Verzahnung des Konuskolbens eingreift. Die Verzahnung ermöglicht eine axiale Verschiebung, aber koppelt den Konuskolben in Umfangsrichtung an die Nabe.
Daneben betrifft die Erfindung eine Reiblamelle für eine zuvor beschriebene Konuskupplung. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang, insbesondere einen Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine zuvor beschriebene Konuskupplung und/oder wenigstens eine zuvor beschriebene Reiblamelle.
Alle Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die Konuskupplung beschrieben wurden, sind auf den Antriebsstrang und die Reiblamelle übertragbar.
Die Erfindung und nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Konuskupplung nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine Reiblamelle der Konuskupplung von 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 eine Reiblamelle der Konuskupplung von 1 nach einem dritten Ausführungsbeispiel;
4, 5 jeweils eine perspektivische Darstellung der Reiblamelle von 3; und
6 eine Konuskupplung einem vierten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt einen Antriebsstrang 1, beispielsweise einen Hybrid-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der eine Konuskupplung 2 umfasst. Der Konuskupplung 2 ist beispielsweise einer Doppelkupplung in dem Antriebsstrang 1 vorgeschaltet, wobei die Konuskupplung 2 eingangsseitig mit einem nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor koppelbar oder gekoppelt ist. Die Konuskupplung 2 weist einen Innenreibring 3, einen Außenreibring 4 und eine zwischen dem Innenreibring 3 und dem Außenreibring 4 angeordnete ringartige Reiblamelle 5 auf. Der Innenreibring 3 ist dabei an einem Konuskolben 6 angeordnet, der in Axialrichtung verschiebbar ausgebildet ist, in Umfangsrichtung jedoch an eine Nabe 7 der Konuskupplung 2 gekoppelt ist, die mit dem Verbrennungsmotor koppelbar oder gekoppelt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel begrenzen der Konuskolben 6 und das den Außenreibring 4 tragende Bauteil einen Fluidraum 8, insbesondere einen Ölraum, in dem Fluid, insbesondere Öl, aufgenommen ist oder aufgenommen werden kann. In den Fluidraum 8 kann Fluid über einen Zugang 9 zugeführt werden, wobei der Fluidraum 8 insoweit fluiddicht ausgebildet ist, als Fluid aus dem Fluidraum 8 nur über die Zwischenräume zwischen den Reibelementen, also der Reiblamelle 5, dem Innenreibring 3 und dem Außenreibring 4 abgeführt werden kann. Im geöffneten Zustand der Konuskupplung 2 bildet sich insbesondere ein ringförmiger Reibspalt zwischen dem Innenreibring 3 und der Reiblamelle 5 sowie zwischen der Reiblamelle 5 und dem Außenreibring 4 aus.
Wie insbesondere in den 2-5 dargestellt ist, weist die Reiblamelle 5 ein inneres Reibelement 10 und ein äußeres Reibelement 11 auf, die an einem Trägerelement 12 angeordnet sind, wobei in dem inneren Reibelement 10 und/oder dem äußeren Reibelement 11 wenigstens ein Fluidkanal 13, 14 vorgesehen ist. In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind sowohl an dem inneren Reibelement 10 und dem äußeren Reibelement 11 jeweils wenigstens ein Fluidkanal 13, 14 vorgesehen, wobei es ebenso möglich ist, dass nur eines der Reibelemente 10, 11 einen Fluidkanal 13, 14 aufweist. Insbesondere kann nur das innere Reibelement 10 einen Fluidkanal 13, 14 aufweisen.
Bei den in 2-5 dargestellten Reiblamellen 5 weisen jeweils das innere Reibelement 10 und das äußere Reibelement 11 genau einen Fluidkanal 13, 14 auf, wobei es ebenso möglich ist, dass die Anzahl der Fluidkanäle 13, 14 beliebig anderweitig gewählt werden kann, beispielsweise äquidistant in Umfangsrichtung verteilte Fluidkanäle 13, 14. Insbesondere kann das innere Reibelement 10 vier oder acht in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Fluidkanäle 13 und das äußere Reibelement 11 vier oder acht in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Fluidkanäle 14 aufweisen.
Wie beispielhaft in 2 dargestellt ist, kann der Fluidkanal 14 in dem äußeren Reibelement 11 kleiner ausgebildet sein, d.h. eine kleinere Querschnittsfläche oder Durchtrittsfläche aufweisen als der Fluidkanal 13 des inneren Reibelements 10. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass das Elementdurchtrittsmaß, also die Gesamtzahl der Querschnitte der Fluidkanäle 14 des äußeren Reibelement 11 kleiner ist als das Elementdurchtrittsmaß, das heißt die Gesamtzahl der Querschnittsflächen der Fluidkanäle 13 des inneren Reibelements 10.
Das ermöglicht insbesondere, dass Fluid, das in dem Fluidraum 8 durch den Zugang 9 eingebracht und fliehkraftbedingt in dem Bereich der Reiblamelle 5 verbracht wird, beispielsweise geschleudert wird, sich an dem äußeren Reibelement 11 aufstaut und nicht gänzlich durch den Fluidkanal 14 in dem äußeren Reibelement 11 abfließt. In dem Ausführungsbeispiel ist das Elementdurchtrittsmaß für das äußere Reibelement 11 derart gewählt, dass der Füllstand des Fluids in dem Fluidraum 8 zumindest das innere Reibelement 10 in radialer Richtung überdeckt und somit stets genug Fluid in dem Fluidraum 8 zur Verfügung steht, dass das Fluid durch den wenigstens einen Fluidkanal 13 in dem inneren Reibelement 10 fließen kann.
Letztlich wird durch die Festlegung der Elementdurchtrittsmaße für das innere Reibelement 10 und das äußere Reibelement 11 festgelegt, wie das Fluid in der Konuskupplung 2 fließen soll. Im geschlossenen Zustand der Konuskupplung 2 kann somit definiert festgelegt werden, wieviel Fluid, beispielsweise Öl, durch den wenigstens einen Fluidkanal 14 in dem äußeren Reibelement 11 und durch den wenigstens einen Fluidkanal 13 in dem inneren Reibelement 10 fließt.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Fluidraum 8 abgesehen von den Reibspalten bzw. dem Zugang 9 fluiddicht ausgebildet. Es ist ebenso möglich, wenigstens eine Ausgleichsöffnung vorzusehen, beispielsweise an dem Bauteil, das den Außenreibring 4 trägt oder in dem Konuskolben 6, wobei die Ausgleichsöffnung oder die mehreren Ausgleichsöffnungen einen Maximalfüllstand in dem Fluidraum 8 definieren. Wird mehr Fluid in den Bereich der Reiblamelle 5 gefördert als es die Ausgleichsöffnungen zulassen, wird das überschüssige Fluid über die Ausgleichsöffnungen abgeführt. Letztlich kann daher durch die Anordnung der wenigstens einen Ausgleichsöffnung auf einer definierten Radialposition erreicht werden, dass das Fluid in dem Fluidraum 8 nicht über den dadurch definierten Maximalfüllstand ansteigen bzw. mehr Fluid gesammelt werden kann. Die Ausgleichsöffnung ist dabei insbesondere auf einer Radialposition angeordnet, die zwischen der Drehachse und dem wenigstens einen Fluidkanal 13 des inneren Reibelements 10 liegt. Dadurch wird stets gewährleistet, dass genug Fluid gesammelt werden kann, um die Fluidkanäle 13 in dem inneren Reibelement 10 zu versorgen.
Die Fluidkanäle 13, 14 sind in den gezeigten Varianten als Segmentierung ausgeführt, d.h., dass die Reibbeläge, die die Reibelemente 10, 11 bilden, als Segmente auf dem Trägerelement 12 ausgeführt sind. Alternativ wäre es ebenso möglich, durchgehende Reibelemente 10, 11 auf dem Trägerelement 12 vorzusehen, in die Nuten eingebracht sind, die als Fluidkanäle 13, 14 wirken. Alternativ oder zusätzlich zu der gezeigten Variante ist es ebenso möglich, auch Nuten in das Trägerelement 12 einzubringen, insbesondere an denselben Umfangspositionen wie die Segmentierung der Reibelemente 10, 11, um die Fluidkanäle 13, 14 entsprechend tiefer auszubilden. Die aufgezählten Varianten können ferner miteinander kombiniert werden, sodass beliebige Kombinationen aus Segmentierung, Nuten in den Reibelementen 10, 11 und Nuten in dem Trägermaterial 12 ausgeführt werden können.
In 1 ist des Weiteren eine Verdrehsicherung 15 gezeigt, die den Konuskolben 6 über ein Blech 16 bzw. einen Deckel an die Nabe 7 gekoppelt. Die Verdrehsicherung 15 weist dabei einen Zapfen 17 auf, der in eine Bohrung 18 in dem Blech 16 eingreift. Dadurch bleibt der Konuskolben 6 in Axialrichtung verschiebbar, wird jedoch in Umfangsrichtung durch die Anlage des Zapfens 17 an dem Rand der Bohrung 18 über das Blech 16 an die Nabe 7 gekoppelt. Das Blech 16 kann beispielsweise mit der Nabe 7 verschweißt sein. Die Länge des Zapfens 17 erlaubt dabei insbesondere, eine Kopplung an das Blech 16 und somit die Nabe 7 über den gesamten Bewegungsweg des Konuskolbens 6 aufrechtzuerhalten. Der Konuskolben 6 bleibt daher in jeder Position an die Nabe 7 gekoppelt.
6 zeigt eine Konuskupplung 2 bzw. einen Antriebsstrang 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Grundsätzlich folgt der Aufbau der Konuskupplung 2 von 6 dem Aufbau nach 1. Gleiche Bezugszeichen werden daher für gleiche Bauteile verwendet. Auch die Konuskupplung 2 nach 6 weist eine Verdrehsicherung 15 auf. Diese ist jedoch in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Verzahnung 19 ausgebildet und koppelt somit den Konuskolben 6 an das Blech 16, das mit der Nabe 7 verbunden, insbesondere verschweißt, ist. Die Verzahnung 19 ist in Axialrichtung zumindest so lange auszuführen, dass der Konuskolben 6 über seinen kompletten Verschiebeweg bzw. Bewegungsweg, bewegt werden kann, um sicherzustellen, dass die Kopplung in Umfangsrichtung an die Nabe 7 in allen Betriebssituationen gewährleistet bleibt.
Bei den in 1, 6 gezeigten Varianten der Verdrehsicherung 15 kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass der Konuskolben 6 mittels eines Federelements 20, insbesondere ein für die Rückstellung des Konuskolbens 6 vorgesehenes Federelement 20, an die Nabe 7 gekoppelt ist, insbesondere über das den Außenreibring 4 tragende Bauteil bzw. Blechteil.
Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind untereinander austauschbar, aufeinander übertragbar und miteinander kombinierbar.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Konuskupplung
3: Innenreibring
4: Außenreibring
5: Reiblamelle
6: Konuskolben
7: Nabe
8: Fluidraum
9: Zugang
10: Reibelement
11: Reibelement
12: Trägerelement
13: Fluidkanal
14: Fluidkanal
15: Verdrehsicherung
16: Blech
17: Zapfen
18: Bohrung
19: Verzahnung
20: Federelement

Claims

Konuskupplung (2), insbesondere für einen Hybrid-Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine zwischen einem Innenreibring (3) und einem Außenreibring (4) angeordnete ringartige Reiblamelle (5), welche Reiblamelle (5) ein äußeres Reibelement (10, 11) und inneres Reibelement (10, 11) aufweist, die an einem zwischen dem äußeren Reibelement (10, 11) und dem inneren Reibelement (10, 11) angeordneten Trägerelement (12) der Reiblamelle (5) angeordnet oder ausgebildet sind, wobei das äußere Reibelement (10, 11) eine Außenreibfläche für den Außenreibring (4) und das innere Reibelement (10, 11) eine Innenreibfläche für den Innenreibring (3) ausbildet oder bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Reibelement (10, 11) und/oder das äußere Reibelement (10, 11) wenigstens einen Fluidkanal (13, 14) aufweisen, durch den ein Fluid führbar ist.
Konuskupplung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fluidkanal (13, 14) für das innere Reibelement (10, 11) und das äußere Reibelement (10, 11) ein Elementdurchtrittsmaß festlegt und das Elementdurchtrittsmaß des äußeren Reibelements (10, 11) kleiner ist als das Elementdurchtrittsmaß des inneren Reibelements (10, 11).
Konuskupplung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fluidkanal (13, 14) in dem inneren Reibelement (10, 11) angeordnet ist oder dass wenigstens ein Fluidkanal (13, 14) in dem inneren Reibelement (10, 11) und dem äußeren Reibelement (10, 11) angeordnet ist.
Konuskupplung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Fluidkanäle (13, 14) und/oder die Querschnittsform der Öffnungen der Fluidkanäle (13, 14) und/oder die dreidimensionale Form der Fluidkanäle (13, 14) für das innere Reibelement (10, 11) und das äußere Reibelement (10, 11) verschieden sind.
Konuskupplung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Fluidkanal (13, 14) in einer Reibfläche des Innenreibrings (3) und/oder des Außenreibrings (4) angeordnet ist, insbesondere in Form einer Nut.
Konuskupplung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fluidkanal (13, 14) durch eine Nut in dem inneren Reibelement (10, 11) und/oder dem äußeren Reibelement (10, 11) und/oder dem Trägerelement (12) oder durch Segmentierung des inneren Reibelements (10, 11) und/oder des äußeren Reibelements (10, 11) ausgebildet ist.
Konuskupplung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenreibring (3) an einem, insbesondere axial verschiebbaren, Konuskolben (6) und der Außenreibring (4) an einem, insbesondere fest mit einer Nabe der Konuskupplung (2) verbundenen, Reibkonus angeordnet ist, wobei der Reibkonus und der Konuskolben (6) einen, insbesondere geschlossenen, Fluidraum (8) begrenzen, wobei Fluid aus einem, insbesondere nabenseitigen, Zugang (9) in den Fluidraum (8) zuführbar und durch einen Reibspalt zwischen Reiblamelle (5) und Innenreibring (3) und/oder durch einen Reibspalt zwischen Reiblamelle (5) und Außenreibring (4) abführbar ist.
Konuskupplung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ausgleichsöffnung vorgesehen ist, die in dem Fluidraum (8) einen Maximalfüllstand definiert, wobei in Bezug auf den Maximalfüllstand überschüssiges Fluid durch die wenigstens eine Ausgleichsöffnung aus dem Fluidraum (8) abführbar ist.
Konuskupplung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein eine Reibfläche, insbesondere den Innenreibring (3), tragender Konuskolben (6), axial bewegbar und in Umfangsrichtung drehfest an einer Nabe (7) der Konuskupplung (2) gelagert ist, wobei die drehfeste Lagerung mittels einer Verdrehsicherung (15) ausgebildet ist.
Konuskupplung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (15) zwischen einem Deckel der Konuskupplung (2) und der Nabe (7) der Konuskupplung (2), insbesondere mittels eines Federelements, und/oder zwischen der Nabe (7) der Konuskupplung (2) und dem Konuskolben (6) und/oder zwischen dem Konuskolben (6) und einem Reibkonus ausgebildet ist.
Reiblamelle (5) für eine Konuskupplung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Antriebsstrang, insbesondere ein Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Konuskupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder wenigstens eine Reiblamelle (5) nach dem vorangehenden Anspruch.