DE102021203655A1

DE102021203655A1 - Electric drive system and coupling device for coupling a drive train with a hydrodynamic torque converter

Info

Publication number: DE102021203655A1
Application number: DE102021203655.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Dieckhoff; Marian Sarrazin; Axel Rohm; Jens Schönekäs; Vivek Srinivas Madabushi; Thomas Dögel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2022-10-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem (100) und eine Kupplungsvorrichtung (110) für eine Kopplung eines Antriebsstrangs des Antriebssystems (100) mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler (120). Der Antriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine (103), eine Antriebswelle (101) und eine Abtriebswelle (102). Die Kupplungsvorrichtung (110) ist ausgebildet, in einem geschlossenen Zustand die Antriebswelle (101) und die Abtriebswelle (102) mit dem hydrodynamischen Drehmomentwandler (120) zu koppeln. Die Kupplungsvorrichtung (110) ist ferner ausgebildet, in einem offenen Zustand die Antriebswelle (101) und die Abtriebswelle (102) von dem hydrodynamischen Drehmomentwandler (120) zu lösen und im offenen Zustand die Antriebswelle (101) mit der Abtriebswelle (102) zu koppeln.The present invention relates to a drive system (100) and a clutch device (110) for coupling a drive train of the drive system (100) to a hydrodynamic torque converter (120). The drive train includes an electric machine (103), a drive shaft (101) and an output shaft (102). The clutch device (110) is designed to couple the input shaft (101) and the output shaft (102) to the hydrodynamic torque converter (120) in a closed state. The coupling device (110) is also designed to release the input shaft (101) and the output shaft (102) from the hydrodynamic torque converter (120) in an open state and to couple the input shaft (101) to the output shaft (102) in the open state .

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsvorrichtung für eine Kopplung eines Antriebsstrangs mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein elektrisches Antriebssystem.The present invention relates to a clutch device for coupling a drive train to a hydrodynamic torque converter. The present invention also relates to an electric drive system.

Ein in der Kraftfahrzeugtechnik bei konventionellen Antriebssystemen häufig eingesetztes Anfahrelement ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, beispielsweise nach dem Trilok-Prinzip. Der hydrodynamische Drehmomentwandler ist üblicherweise zwischen einem Verbrennungsmotor und einem mechanischen Getriebe angeordnet. Er wirkt selbst als ein hydraulisches Getriebe, ist daher in einem Innenraum mit einer Flüssigkeit gefüllt und gegenüber dem Verbrennungsmotor abgedichtet.A starting element that is frequently used in conventional drive systems in motor vehicle technology is a hydrodynamic torque converter, for example based on the Trilok principle. The hydrodynamic torque converter is usually arranged between an internal combustion engine and a mechanical transmission. It itself acts as a hydraulic transmission, and is therefore filled with a liquid in an interior space and sealed off from the internal combustion engine.

Ein Pumpenrad im Innenraum des Drehmomentwandlers ist üblicherweise über ein drehbares Gehäuse mit einer Antriebswelle, die mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, gekoppelt und dreht sich entsprechend einer Drehzahl der Antriebswelle. Ein Turbinenrad im Innenraum des Drehmomentwandlers ist mit einer Abtriebswelle, die zu einem Differenzial führt, drehfest gekoppelt.An impeller in the interior of the torque converter is usually coupled to a drive shaft connected to the internal combustion engine via a rotatable housing and rotates according to a rotational speed of the drive shaft. A turbine wheel inside the torque converter is non-rotatably coupled to an output shaft that leads to a differential.

Zum Anfahren eines Kraftfahrzeuges wird bevorzugt eine Wandlerfunktion mit Drehmomentüberhöhung genutzt. Ein vom Verbrennungsmotor erzeugtes Drehmoment überträgt sich auf das Pumpenrad. Das Pumpenrad treibt wiederum mithilfe der Flüssigkeit das Turbinenrad an. Das Turbinenrad erhöht das Drehmoment unter Abstützung an einem Leitrad im Innenraum des Drehmomentwandlers und gibt das Drehmoment an die Abtriebswelle weiter. Dabei dreht die Abtriebswelle mit einer um einen Wandlerschlupf gegenüber der Drehzahl der Antriebswelle erniedrigten Drehzahl. Hydrodynamische Verluste müssen als Wärme über das Öl abgeführt werden.A converter function with torque overshoot is preferably used to start a motor vehicle. Torque generated by the combustion engine is transferred to the impeller. The impeller, in turn, uses the fluid to drive the turbine wheel. The turbine wheel increases the torque with support from a guide wheel inside the torque converter and transmits the torque to the output shaft. The output shaft rotates at a speed that is lower than the speed of the input shaft by a converter slip. Hydrodynamic losses must be dissipated as heat via the oil.

Bei einer höheren Drehzahl der Antriebswelle wird eine Wandler-Überbrückungskupplung geschlossen. Die Wandler-Überbrückungskupplung koppelt das Turbinenrad mit dem Pumpenrad und überbrückt somit den Drehmomentwandler. Sowohl Pumpenrad als auch Turbinenrad drehen sich dann entsprechend der Drehzahl der Antriebswelle mit. Damit umgeht die Wandler-Überbrückungskupplung die bei höherer Drehzahl steigenden hydrodynamischen Verluste des Drehmomentwandlers.At a higher speed of the drive shaft, a converter lock-up clutch is closed. The torque converter lock-up clutch couples the turbine wheel to the pump wheel and thus locks up the torque converter. Both the impeller and the turbine wheel then rotate according to the speed of the drive shaft. The converter lock-up clutch thus avoids the hydrodynamic losses of the torque converter, which increase at higher speeds.

Ein solcher hydrodynamischer Drehmomentwandler kann auch in einem elektrischen Antriebssystem zum Einsatz kommen. Allerdings wird der Drehmomentwandler dabei einer Drehzahl ausgesetzt, die um einen Faktor 2 bis 3 höher sein kann als bei einem konventionellen Antriebssystem. Bei gleicher Geometrie von Bauteilen des Drehmomentwandlers wirkt eine höhere Fliehkraft auf die Bauteile und das sich im Wandler befindliche Öl.Such a hydrodynamic torque converter can also be used in an electric drive system. However, the torque converter is exposed to a speed that can be higher by a factor of 2 to 3 than in a conventional drive system. With the same geometry of the components of the torque converter, a higher centrifugal force acts on the components and the oil in the converter.

Es wäre möglich, deshalb den Drehmomentwandler kleiner auszuführen. Ein kleinerer Durchmesser des hydrodynamischen Kreislaufs kann jedoch die Verluste des Drehmomentwandlers erhöhen. Zusätzlich oder alternativ könnte man die Bauteile verstärken, um eine höhere Wuchtgüte zu erreichen. Dadurch kann es jedoch zu höheren Kosten und einer Erhöhung der Masse und des Massenträgheitsmoments des Drehmomentwandlers kommen. Da die Drehzahlen von elektrischen Antriebssystemen in Zukunft steigen, erscheint dies keine sinnvolle Lösung.It would therefore be possible to make the torque converter smaller. However, a smaller diameter of the hydrodynamic circuit can increase the losses of the torque converter. Additionally or alternatively, the components could be reinforced in order to achieve a higher balance quality. However, this can lead to higher costs and an increase in the mass and the mass moment of inertia of the torque converter. Since the speeds of electric drive systems will increase in the future, this does not appear to be a sensible solution.

Daher kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, ein verbessertes Konzept für eine Kopplung eines Antriebsstrangs mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler zu schaffen.It can therefore be regarded as an object of the present invention to create an improved concept for coupling a drive train to a hydrodynamic torque converter.

Diese Aufgabe kann mithilfe der unabhängigen und abhängigen Ansprüche der vorliegenden Offenbarung gelöst werden.This object can be solved with the help of the independent and dependent claims of the present disclosure.

Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kupplungsvorrichtung für eine Kopplung eines Antriebsstrangs mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler. Der Antriebsstrang umfasst eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle. Die Kupplungsvorrichtung ist ausgebildet, um in einem geschlossenen Zustand die Antriebswelle und die Abtriebswelle mit dem hydrodynamischen Drehmomentwandler zu koppeln. Die Kupplungsvorrichtung ist ferner ausgebildet, um in einem offenen Zustand die Antriebswelle und die Abtriebswelle von dem hydrodynamischen Drehmomentwandler zu lösen und die Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu koppeln. According to a first aspect, the present invention relates to a clutch device for coupling a drive train to a hydrodynamic torque converter. The powertrain includes an input shaft and an output shaft. The clutch device is designed to couple the input shaft and the output shaft to the hydrodynamic torque converter in a closed state. The clutch device is also designed to release the input shaft and the output shaft from the hydrodynamic torque converter in an open state and to couple the input shaft to the output shaft.

Im geschlossenen Zustand kann der hydrodynamische Drehmomentwandler zur Erhöhung eines Drehmoments an der Abtriebswelle genutzt werden. Die Kupplungsvorrichtung kann etwa Teil eines Antriebssystems eines Fahrzeugs sein. Ein erhöhtes Drehmoment kann beim Anfahren des Fahrzeugs erforderlich sein.When closed, the hydrodynamic torque converter can be used to increase torque on the output shaft. The clutch device can be part of a drive system of a vehicle, for example. Increased torque may be required when starting the vehicle.

Im offenen Zustand kann das Drehmoment direkt von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle übertragen werden, ohne Verluste im hydrodynamischen Drehmomentwandler zu erzeugen. Im offenen Zustand kann der hydrodynamische Drehmomentwandler insofern von der Antriebswelle gelöst sein, als dass ein Kraftfluss von der Antriebswelle auf den hydrodynamischen Drehmomentwandler unterbrochen ist.In the open state, the torque can be transmitted directly from the input shaft to the output shaft without generating losses in the hydrodynamic torque converter. In the open state, the hydrodynamic torque converter can be detached from the drive shaft to the extent that a power flow from the drive shaft to the hydrodynamic torque converter is interrupted.

Der geschlossene Zustand kann von einer Steuerung herbeigeführt werden, etwa wenn eine hohe Drehmomentanforderung besteht. Der offene Zustand kann von einer Steuerung herbeigeführt werden, etwa wenn eine Drehzahl der Antriebswelle einen bestimmten Wert übersteigt.The closed state can be brought about by a controller, for example when there is a high torque requirement. The open state can be brought about by a controller, for example when a speed of the drive shaft exceeds a specific value.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Kupplungsvorrichtung ferner eine erste Kupplung, die ausgebildet ist, im geschlossenen Zustand ein Pumpenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers mit der Antriebswelle drehfest zu koppeln und im offenen Zustand das Pumpenrad von der Antriebswelle zu lösen. Die Kupplungsvorrichtung kann ferner eine zweite Kupplung umfassen, die ausgebildet ist, im geschlossenen Zustand ein Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers mit einer Abtriebswelle drehfest zu koppeln und im offenen Zustand das Turbinenrad von der Abtriebswelle zu lösen. Die Kupplungsvorrichtung kann ferner eine dritte Kupplung umfassen, die ausgebildet ist, im offenen Zustand die Antriebswelle mit der Abtriebswelle drehfest zu koppeln und im geschlossenen Zustand die Antriebswelle von der Abtriebswelle zu lösen.In some exemplary embodiments, the clutch device also includes a first clutch, which is designed to couple an impeller of the hydrodynamic torque converter to the drive shaft in a torque-proof manner in the closed state and to release the impeller from the drive shaft in the open state. The clutch device can also include a second clutch, which is designed to couple a turbine wheel of the hydrodynamic torque converter to an output shaft in a torque-proof manner in the closed state and to release the turbine wheel from the output shaft in the open state. The clutch device can also include a third clutch, which is designed to couple the drive shaft to the output shaft in a torque-proof manner in the open state and to release the drive shaft from the output shaft in the closed state.

Im offenen Zustand kann die erste Kupplung das Pumpenrad derart von der Antriebswelle lösen, dass sich eine Drehung der Antriebswelle nicht auf das Pumpenrad überträgt. Im offenen Zustand kann ebenso die zweite Kupplung das Turbinenrad derart von der Abtriebswelle lösen, dass sich eine Drehung der Abtriebswelle nicht auf das Turbinenrad überträgt. In anderen Worten können Pumpenrad und Turbinenrad, falls der offene Zustand lang genug anhält, im offenen Zustand frei bis zu einem Stillstand auslaufen.In the open state, the first clutch can detach the impeller from the drive shaft in such a way that rotation of the drive shaft is not transmitted to the impeller. In the open state, the second clutch can also release the turbine wheel from the output shaft in such a way that rotation of the output shaft is not transmitted to the turbine wheel. In other words, if the open condition lasts long enough, the impeller and turbine wheel are free to coast to a standstill in the open condition.

In manchen Ausführungsbeispielen ist die zweite Kupplung als Freilauf ausgebildet.In some exemplary embodiments, the second clutch is designed as a freewheel.

Der Freilauf kann derart ausgebildet sein, dass dieser greift, wenn ein Drehmoment von dem Turbinenrad auf die Abtriebswelle übertragen wird und sich ansonsten löst.The freewheel can be designed in such a way that it engages when torque is transmitted from the turbine wheel to the output shaft and otherwise releases.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Kupplungsvorrichtung ferner einen Schaltschieber mit einer ersten Klauenverzahnung und einer zweiten Klauenverzahnung, wobei der Schaltschieber mit der Antriebswelle drehfest gekoppelt ist.In some exemplary embodiments, the clutch device also includes a slide switch with a first claw toothing and a second claw toothing, the switch slide being coupled to the drive shaft in a torque-proof manner.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die erste Kupplung eine zur ersten Klauenverzahnung korrespondierende dritte Klauenverzahnung, wobei die dritte Klauenverzahnung mit dem Pumpenrad gekoppelt ist.In some exemplary embodiments, the first clutch includes a third claw toothing that corresponds to the first claw toothing, the third claw toothing being coupled to the impeller.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die dritte Kupplung eine zur zweiten Klauenverzahnung korrespondierende vierte Klauenverzahnung, wobei die vierte Klauenverzahnung an die Abtriebswelle gekoppelt ist.In some exemplary embodiments, the third clutch comprises a fourth claw toothing which corresponds to the second claw toothing, the fourth claw toothing being coupled to the output shaft.

In manchen Ausführungsbeispielen greift im geschlossenen Zustand die dritte Klauenverzahnung in die erste Klauenverzahnung ein und ist die vierte Klauenverzahnung von der zweiten Klauenverzahnung gelöst.In some exemplary embodiments, in the closed state, the third claw toothing engages in the first claw toothing and the fourth claw toothing is disengaged from the second claw toothing.

Somit kann sich im geschlossenen Zustand ein Drehmoment der Antriebswelle über den Schaltschieber auf das Pumpenrad, aber nicht auf die Abtriebswelle übertragen.Thus, in the closed state, a torque of the drive shaft can be transmitted via the slide switch to the impeller, but not to the output shaft.

In manchen Ausführungsbeispielen ist im offenen Zustand die dritte Klauenverzahnung von der ersten Klauenverzahnung gelöst und greift die vierte Klauenverzahnung in die zweite Klauenverzahnung ein.In some exemplary embodiments, in the open state the third claw toothing is detached from the first claw toothing and the fourth claw toothing engages in the second claw toothing.

Somit kann sich im offenen Zustand ein Drehmoment der Antriebswelle über den Schaltschieber auf die Abtriebswelle, aber nicht auf das Pumpenrad übertragen.Thus, in the open state, a torque of the drive shaft can be transmitted via the slide switch to the output shaft, but not to the impeller.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Kupplungsvorrichtung einen Betätiger, der ausgebildet ist, den Schaltschieber in einer axialen Richtung zu verschieben.In some exemplary embodiments, the clutch device includes an actuator which is designed to displace the shift slide in an axial direction.

Die axiale Richtung kann sich auf eine Achse des Schaltschiebers beziehen.The axial direction can relate to an axis of the slide switch.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst der Betätiger einen elektrohydraulischen Aktuator.In some embodiments, the actuator includes an electro-hydraulic actuator.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Kupplungsvorrichtung ferner eine Rückstellfeder, die ausgebildet ist, den Schaltschieber in eine Ausgangsposition in der axialen Richtung zu bewegen.In some embodiments, the clutch device further includes a return spring configured to move the shift spool to an initial position in the axial direction.

Die Ausgangsposition kann etwa im offenen Zustand eingenommen werden.The starting position can be assumed in the open state.

In manchen Ausführungsbeispielen ist die erste Kupplung ausgebildet, bei einem Übergang vom geschlossenen Zustand zum offenen Zustand und/oder bei einem Übergang vom offenen Zustand zum geschlossenen Zustand das Pumpenrad von der Antriebswelle zu lösen.In some exemplary embodiments, the first clutch is designed to release the impeller from the drive shaft during a transition from the closed state to the open state and/or during a transition from the open state to the closed state.

In manchen Ausführungsbeispielen ist die dritte Kupplung ausgebildet, bei dem Übergang vom geschlossenen Zustand zum offenen Zustand und/oder bei dem Übergang vom offenen Zustand zum geschlossenen Zustand die Abtriebswelle von der Antriebswelle zu lösen.In some exemplary embodiments, the third clutch is designed to release the output shaft from the input shaft during the transition from the closed state to the open state and/or during the transition from the open state to the closed state.

Somit kann die Kupplungsvorrichtung bei dem Übergang eine Neutralstellung einnehmen, in der kein Drehmoment von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle übertragen wird. Es kann dabei zu einer Zugkraftunterbrechung kommen.Thus, during the transition, the clutch device can assume a neutral position in which no torque is transmitted from the input shaft to the output shaft. This can lead to an interruption in traction.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Kupplungsvorrichtung ferner eine Drehzahlsteuerung, die ausgebildet ist, um bei dem Übergang vom geschlossenen Zustand zum offenen Zustand eine Drehzahl der Antriebswelle an eine Drehzahl der Abtriebswelle und/oder bei dem Übergang vom offenen Zustand zum geschlossenen Zustand die Drehzahl der Antriebswelle an eine Drehzahl des Pumpenrads anzupassen.In some exemplary embodiments, the clutch device also includes a speed controller which is designed to match a speed of the drive shaft to a speed of the output shaft during the transition from the closed state to the open state and/or the speed of the drive shaft during the transition from the open state to the closed state adjust a speed of the impeller.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Kupplungsvorrichtung ferner einen Synchronring zwischen dem Schaltschieber und dem Pumpenrad und/oder einen Synchronring zwischen dem Schaltschieber und der Abtriebswelle.In some exemplary embodiments, the clutch device also includes a synchronizing ring between the slide switch and the impeller and/or a synchronizing ring between the slide switch and the output shaft.

Der Synchronring kann beispielweise eine Drehzahl des Schaltschiebers und des Pumpenrads beziehungsweise eine Drehzahl des Schaltschiebers und der Abtriebswelle angleichen. Somit kann auf eine Zugkraftunterbrechung bei einem Übergang vom offenen zum geschlossenen Zustand oder vom geschlossenen zum offenen Zustand verzichtet werden.The synchronizing ring can, for example, match a speed of the shift slide and the impeller or a speed of the shift slide and the output shaft. It is thus possible to dispense with an interruption in traction during a transition from the open to the closed state or from the closed to the open state.

In manchen Ausführungsbeispielen ist die erste Kupplung und/oder die zweite Kupplung und/oder die dritte Kupplung als Reibkupplung ausgebildet.In some exemplary embodiments, the first clutch and/or the second clutch and/or the third clutch is designed as a friction clutch.

In manchen Ausführungsbeispielen ist ein Leitrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers starr mit einer Umgebung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers verbunden ist.In some exemplary embodiments, a guide wheel of the hydrodynamic torque converter is rigidly connected to an area surrounding the hydrodynamic torque converter.

Da im offenen Zustand der hydrodynamische Drehmomentwandler entkoppelt sein kann, kann etwa auf einen Freilauf am Leitrad verzichtet werden.Since the hydrodynamic torque converter can be decoupled in the open state, there is no need for a freewheel on the stator.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Turbinenrad einen Übergriff, der einen Innenraum des hydrodynamischen Drehmomentwandlers abdichtet.In some exemplary embodiments, the turbine wheel includes an overlap that seals an interior space of the hydrodynamic torque converter.

Da eine Drehzahl des Turbinenrads im Wandlerbetrieb geringer sein kann als eine Drehzahl des Pumpenrads, kann es vorteilhaft sein, Bauteile des Pumpenrads auf eine geringere Fliehkraft auszulegen, also kleiner zu fertigen, und das Turbinenrad mit dem Übergriff zu versehen.Since the speed of the turbine wheel in converter operation can be lower than the speed of the impeller, it can be advantageous to design components of the impeller for a lower centrifugal force, ie to manufacture them smaller, and to provide the turbine wheel with the overlap.

Wenn das Turbinenrad den Übergriff umfasst, kann das Pumpenrad kleiner ausgelegt werden, wodurch das Pumpenrad ein geringeres Massenträgheitsmoment aufweisen kann. Bei einem Übergang vom offenen zum geschlossenen Zustand kann es notwendig sein, eine Drehzahl des Pumpenrads auf eine Drehzahl des Antriebsrads anzugleichen. Um einen solchen Vorgang zu beschleunigen und etwa eine Zugkraftunterbrechung kurz zu halten, kann das geringere Massenträgheitsmoment des Pumpenrads vorteilhaft sein.If the turbine wheel encompasses the overlap, the impeller can be designed to be smaller, as a result of which the impeller can have a lower moment of inertia. During a transition from the open to the closed state, it may be necessary to match a speed of the impeller to a speed of the impeller. In order to accelerate such a process and, for example, to keep an interruption in tractive force short, the lower mass moment of inertia of the impeller can be advantageous.

Gemäß einem zweiten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein elektrisches Antriebssystem. Das elektrische Antriebssystem umfasst einen Antriebsstrang und eine Kupplungsvorrichtung für eine Kopplung des Antriebsstrangs mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler. Der Antriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine, eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle. Die Kupplungsvorrichtung ist ausgebildet, um in einem geschlossenen Zustand die Antriebswelle und die Abtriebswelle mit dem hydrodynamischen Drehmomentwandler zu koppeln. Die Kupplungsvorrichtung ist ferner ausgebildet, um in einem offenen Zustand die Antriebswelle und die Abtriebswelle von dem hydrodynamischen Drehmomentwandler zu lösen und im offenen Zustand die Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu koppeln.According to a second aspect, the present invention relates to an electric drive system. The electric drive system includes a drive train and a clutch device for coupling the drive train to a hydrodynamic torque converter. The drive train includes an electric machine, an input shaft and an output shaft. The clutch device is designed to couple the input shaft and the output shaft to the hydrodynamic torque converter in a closed state. The clutch device is also designed to release the input shaft and the output shaft from the hydrodynamic torque converter in an open state and to couple the input shaft to the output shaft in the open state.

Weitere Ausführungsbeispiele des elektrischen Antriebssystems können verschieden der im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Kupplungsvorrichtung umfassen.Further embodiments of the electric drive system may comprise different embodiments of the coupling device described above.

Einige Beispiele von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems mit einer Kupplungsvorrichtung in einem geschlossenen Zustand;
2 das Ausführungsbeispiel des Antriebssystems mit der Kupplungsvorrichtung in einem Übergang vom geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand;
3 das Ausführungsbeispiel des Antriebssystems mit der Kupplungsvorrichtung im offenen Zustand.

A few examples of exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying figures, merely by way of example. Show it:

1 an embodiment of a drive system with a coupling device in a closed state;
2 the embodiment of the drive system with the coupling device in a transition from a closed state to an open state;
3 the embodiment of the drive system with the coupling device in the open state.

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher und unter Bezugnahme der beiliegenden Figuren beschrieben.Various exemplary embodiments will now be described in more detail and with reference to the accompanying figures.

Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen.Although example embodiments can be modified and altered in various ways, example embodiments are illustrated in the figures and are described in detail herein. It should be understood, however, that the intention is not to limit example embodiments to the particular forms disclosed, but rather that example embodiments be fully functional and/or to cover structural modifications, equivalents, and alternatives falling within the scope of the invention.

Hydrodynamische Drehmomentwandler können beispielsweise als Anfahrelement in Antriebssystemen, etwa in Straßen- und Schienenfahrzeugen, dienen. Hydrodynamische Drehmomentwandler können außerdem in Baumaschinen, Hebewerkzeugen, Verdichtern und anderen Maschinen Anwendung finden.Hydrodynamic torque converters can be used, for example, as a starting element in drive systems, such as in road and rail vehicles. Hydrodynamic torque converters can also find application in construction equipment, lifting equipment, compressors, and other machines.

In Antriebssystemen können hydrodynamische Drehmomentwandler etwa ab einer bestimmten Drehzahl überbrückt werden, um hohe Verluste zu vermeiden. Konventionelle Kupplungsvorrichtungen können dazu eine Wandler-Überbrückungskupplung umfassen. Bei Überbrückung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers können sich ohne hydrodynamische Energieübertragung ein Pumpenrad und ein Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers entsprechend einer Drehzahl einer Antriebswelle des Antriebssystems mitdrehen. Bei Überbrückung kann sich damit ein Drehmoment der Antriebswelle mechanisch über den Drehmomentwandler auf eine Abtriebswelle des Antriebssystems übertragen.In drive systems, hydrodynamic torque converters can be bypassed above a certain speed in order to avoid high losses. For this purpose, conventional clutch devices can comprise a converter lock-up clutch. When the hydrodynamic torque converter is locked up, a pump wheel and a turbine wheel of the hydrodynamic torque converter can also rotate according to a speed of a drive shaft of the drive system without hydrodynamic energy transmission. When bridging, a torque of the drive shaft can thus be transmitted mechanically via the torque converter to an output shaft of the drive system.

Da bei elektrischen Kraftfahrzeugen die Antriebswelle höhere Drehzahlen erreichen können, können bei der konventionellen Kupplungsvorrichtung Bauteile des Drehmomentwandlers hohen Fliehkräften ausgesetzt sein.Since the drive shaft can reach higher speeds in electric motor vehicles, components of the torque converter can be exposed to high centrifugal forces in the conventional clutch device.

Daher kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, ein verbessertes Konzept für eine Kupplungsvorrichtung zu schaffen.It can therefore be regarded as an object of the present invention to create an improved concept for a clutch device.

1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Antriebssystems 100, das eine Antriebswelle 101 und eine Abtriebswelle 102 umfasst, mit einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung 110 in einem geschlossenen Zustand. Der geschlossene Zustand kann einer Anordnung entsprechen, in der ein hydrodynamischer Drehmomentwandler 120 mit der Antriebswelle 101 und der Abtriebswelle 102 gekoppelt ist. In anderen Worten kann sich im geschlossenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 der hydrodynamische Drehmomentwandler 120 im Wandlerbetrieb befinden. Der geschlossene Zustand kann beispielsweise für eine Drehzahl der Abtriebswelle 101 in einem Bereich von 0 bis 2200 Umdrehungen pro Minute vorgesehen sein. Dieser Drehzahlbereich kann bei einem Elektrofahrzeug Fahrgeschwindigkeiten von 0 bis 25 Kilometer pro Stunde entsprechen. Je nach Einsatz beziehungsweise Anwendung sind selbstverständlich auch andere Drehzahlbereiche möglich. 1 shows a schematic structure of a drive system 100, which includes an input shaft 101 and an output shaft 102, with a clutch device 110 according to the invention in a closed state. The closed state may correspond to an arrangement in which a hydrodynamic torque converter 120 is coupled to the input shaft 101 and the output shaft 102 . In other words, when clutch device 110 is in the closed state, hydrodynamic torque converter 120 can be in converter operation. The closed state can be provided, for example, for a speed of the output shaft 101 in a range from 0 to 2200 revolutions per minute. In an electric vehicle, this speed range can correspond to driving speeds of 0 to 25 kilometers per hour. Depending on the use or application, other speed ranges are of course also possible.

Ein Motor 103, etwa eine elektrische Traktionsmaschine, kann ein Drehmoment auf die Antriebswelle 101 übertragen. Die Antriebswelle 101 umfasst einen antriebseitigen Kupplungsbereich 104, die etwa eine Klauenverzahnung umfasst. Eine Drehung der Antriebswelle 101 kann sich somit auf den antriebseitigen Kupplungsbereich 104 übertragen, sodass eine Drehzahl am antriebseitigen Kupplungsbereich 104 einer Drehzahl der Antriebswelle 101 entspricht. Dem antriebseitigen Kupplungsbereich 104 steht ein erster Kupplungsbereich 111 eines Schaltschiebers 112 gegenüber. Der erste Kupplungsbereich 111 kann etwa einer zur Klauenverzahnung des antriebseitigen Kupplungsbereichs 104 korrespondierende (erste) Klauenverzahnung umfassen. Der antriebseitige Kupplungsbereich 104 kann zusammen mit dem ersten Kupplungsbereich 111 eine Kupplung bilden, die aufgrund einer gegenüberliegenden Position der dadurch im Eingriff stehenden Kupplungsbereiche 104 und 111 als gekoppelt betrachtet werden kann. Das heißt, eine Drehung der Antriebswelle 101 kann sich über den antriebseitigen Kupplungsbereich 104 auf den ersten Kupplungsbereich 111 übertragen. A motor 103 , such as an electric traction machine, can transfer torque to the driveshaft 101 . The drive shaft 101 comprises a clutch area 104 on the drive side, which comprises approximately claw teeth. A rotation of the drive shaft 101 can thus be transmitted to the clutch area 104 on the drive side, so that a speed at the clutch area 104 on the drive side corresponds to a speed of the drive shaft 101 . A first clutch area 111 of a slide switch 112 is opposite the drive-side clutch area 104 . The first clutch region 111 can comprise a (first) claw toothing corresponding to the claw toothing of the drive-side clutch region 104 . The input side clutch portion 104 may form a clutch together with the first clutch portion 111 that may be considered coupled due to an opposed position of the clutch portions 104 and 111 engaged thereby. That is, a rotation of the input shaft 101 can be transmitted to the first clutch portion 111 via the input-side clutch portion 104 .

Beispielsweise kann die Klauenverzahnung des antriebseitigen Kupplungsbereichs 104 mit der (ersten) Klauenverzahnung des ersten Kupplungsbereichs 111 in Eingriff stehen. Dadurch kann der Schaltschieber 112 im geschlossenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 drehfest mit der Antriebswelle 101 drehfest gekoppelt sein.For example, the claw teeth of the drive-side clutch area 104 can be in engagement with the (first) claw teeth of the first clutch area 111 . As a result, the slide switch 112 can be coupled in a rotationally fixed manner to the drive shaft 101 in the closed state of the coupling device 110 .

Dem ersten Kupplungsbereich 111 des Schaltschiebers 112 steht außerdem ein Kupplungsbereich 113 eines Pumpenrads 122 des hydrodynamischen Drehmomentwandlers 120 gegenüber. Der Kupplungsbereich 113 des Pumpenrads 122 kann etwa eine zur (ersten) Klauenverzahnung des ersten Kupplungsbereichs 111 korrespondierende (dritte) Klauenverzahnung umfassen. Eine Drehung am Kupplungsbereich 113 des Pumpenrads 122 kann sich somit auf das Pumpenrad 122 übertragen, sodass eine Drehzahl des Pumpenrads 122 einer Drehzahl des Kupplungsbereichs 113 des Pumpenrads 122 entspricht. Der erste Kupplungsbereich 111 des Schaltschiebers 112 kann zusammen mit dem Kupplungsbereich 113 des Pumpenrads 122 eine erste Kupplung bilden, die aufgrund einer gegenüberliegenden Position der dadurch im Eingriff stehenden Kupplungsbereiche 111 und 113 als gekoppelt betrachtet werden kann. Das heißt, eine Drehung des Schaltschiebers 112 kann sich somit über den ersten Kupplungsbereich 111 und den Kupplungsbereich 113 des Pumpenrads 122 auf das Pumpenrad 122 übertragen. Beispielsweise kann die (erste) Klauenverzahnung des ersten Kupplungsbereichs 111 mit der (dritten) Klauenverzahnung des Kupplungsbereichs 113 des Pumpenrads 122 in Eingriff stehen. Somit kann im geschlossenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 der Schaltschieber 112 drehfest mit dem Pumpenrad 122 gekoppelt sein.A clutch area 113 of an impeller 122 of the hydrodynamic torque converter 120 also faces the first clutch area 111 of the shift slide 112 . The clutch region 113 of the impeller 122 can comprise a (third) claw toothing corresponding to the (first) claw toothing of the first clutch region 111 . A rotation at the clutch area 113 of the pump wheel 122 can thus be transmitted to the pump wheel 122 so that a speed of the pump wheel 122 corresponds to a speed of the clutch area 113 of the pump wheel 122 . The first clutch portion 111 of the shift valve 112 together with the clutch portion 113 of the impeller 122 may form a first clutch which may be considered coupled due to an opposed position of the clutch portions 111 and 113 thereby engaged. This means that a rotation of the slide switch 112 can thus be transmitted to the pump wheel 122 via the first clutch area 111 and the clutch area 113 of the pump wheel 122 . For example, the (first) claw teeth of the first clutch area 111 can engage with the (third) claw teeth of the clutch area 113 of the impeller 122 . Thus, in closed State of the clutch device 110 of the slide switch 112 may be coupled to the impeller 122 in a torque-proof manner.

Das Turbinenrad 124 ist mit einem Freilauf 116 drehfest gekoppelt. Der Freilauf 116 kann als eine zweite Kupplung der Kupplungsvorrichtung 110 betrachtet werden. Der Freilauf 116 ist mit der Abtriebswelle 102 verbunden. Der Freilauf 116 kann derart ausgebildet sein, dass er in Zugrichtung sperrt, was einen Drehmomentfluss vom Turbinenrad 124 zur Abtriebswelle 102 ermöglicht, und sich gegen die Zugrichtung löst, was einen Drehmomentfluss von der Abtriebswelle 102 zum Turbinenrad 124 verhindert. Falls bei Rückwärtsfahrt ein Drehmomentfluss von der Abtriebswelle 102 zum Turbinenrad 124 stattfindet, kann dies aufgrund niedriger Drehzahlen als unkritisch betrachtet werden. In anderen Ausführungsbeispielen können die erste und/oder die zweite und/oder die dritte Kupplung als Reibkupplung ausgebildet sein.The turbine wheel 124 is coupled in a torque-proof manner to a freewheel 116 . The one-way clutch 116 can be viewed as a second clutch of the clutch device 110 . The freewheel 116 is connected to the output shaft 102 . The one-way clutch 116 may be configured to lock in the pull direction, allowing torque flow from the turbine 124 to the output shaft 102 , and release against the pull direction, preventing torque flow from the output shaft 102 to the turbine 124 . If there is a flow of torque from the output shaft 102 to the turbine wheel 124 when driving in reverse, this can be regarded as non-critical due to the low speeds. In other exemplary embodiments, the first and/or the second and/or the third clutch can be designed as a friction clutch.

Der Schaltschieber 112 umfasst außerdem einen zweiten Kupplungsbereich 114. Der zweite Kupplungsbereich 114 des Schaltschiebers 112 kann etwa eine (zweite) Klauenverzahnung umfassen. Die (zweite) Klauenverzahnung des zweiten Kupplungsbereichs 114 kann mit einer (vierten) Klauenverzahnung eines abtriebseitigen Kupplungsbereichs 115 korrespondieren. Der abtriebsseitige Kupplungsbereich 115 ist mit der Abtriebswelle 102 verbunden. Der zweite Kupplungsbereich 114 kann zusammen mit dem abtriebseitigen Kupplungsbereich 115 eine dritte Kupplung bilden, die aufgrund einer gegeneinander verschobenen Position der Kupplungsbereiche 114 und 115 als gelöst betrachtet werden kann. Das heißt, eine Drehung des Schaltschiebers kann sich somit nicht über den zweiten Kupplungsbereich 114 auf den abtriebseitigen Kupplungsbereich 115 und somit auf die Abtriebswelle 102 übertragen. Beispielsweise kann die (zweite) Klauenverzahnung des zweiten Kupplungsbereichs 114 von der (vierten) Klauenverzahnung des abtriebsseitigen Kupplungsbereichs 115 gelöst sein. Somit kann im geschlossenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 der Schaltschieber 112 von der Abtriebswelle 102 gelöst sein.The slide switch 112 also includes a second clutch area 114. The second clutch area 114 of the slide switch 112 can include a (second) claw toothing. The (second) claw toothing of the second clutch area 114 can correspond to a (fourth) claw toothing of a clutch area 115 on the output side. The output-side clutch area 115 is connected to the output shaft 102 . The second clutch area 114 together with the output-side clutch area 115 can form a third clutch which can be regarded as released due to a mutually shifted position of the clutch areas 114 and 115 . This means that a rotation of the shift slide cannot be transmitted via the second clutch area 114 to the output-side clutch area 115 and thus to the output shaft 102 . For example, the (second) claw toothing of the second clutch area 114 can be detached from the (fourth) claw toothing of the output-side clutch area 115 . Thus, when the clutch device 110 is in the closed state, the slide switch 112 can be detached from the output shaft 102 .

Die Abtriebswelle 102 führt zu einem Differenzial 105. Das Differential 105 kann als ein Achsdifferential mit zwei Abtrieben zu jeweils einem Rad 106 ausgebildet sein. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Differenzial 105 als Allraddifferential oder eine andere Art von Differential ausgebildet sein.The output shaft 102 leads to a differential 105. The differential 105 can be designed as an axle differential with two outputs to one wheel 106 each. In other embodiments, differential 105 may be an all-wheel differential or other type of differential.

Der hydrodynamische Drehmomentwandler 120 kann eine mechanische Kraft aufgrund einer Drehung des Pumpenrads 122 hydrodynamisch auf ein Turbinenrad 124 übertragen. Eine solche hydrodynamische Übertragung bringt für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler üblichen Vorteile mit sich, etwa Entlastung beim Ankoppeln einer Kupplung, beispielsweise einer Klauenverzahnung, die bei einem Anfahrvorgang eines Fahrzeugs eine Abtriebswelle mit einer Antriebswelle verbindet. Der hydrodynamische Drehmomentwandler 120 kann zum Zwecke einer hydrodynamischen Kraftübertragung innerhalb eines Gehäuses 126 mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Öl, gefüllt sein. Das Gehäuse 126 kann mithilfe einer Dichtung 125 gegenüber dem Leitrad 129 abgedichtet sein. Anders als bei einem konventionellen Drehmomentwandler kann das Turbinenrad 124 einen Übergriff 128 umfassen, der Teil des Gehäuses 126 sein kann. Zwischen dem Leitrad 129 und der Antriebswelle 101 kann eine Dichtung 127 angeordnet sein, um ein Austreten des Öls aus dem Inneren des Wandlergehäuses 126 auf diesem Weg zu verhindern.The hydrodynamic torque converter 120 may hydrodynamically transfer mechanical force to a turbine 124 due to rotation of the impeller 122 . Such a hydrodynamic transmission brings with it the usual advantages for a hydrodynamic torque converter, such as relief when coupling a clutch, for example a claw toothing that connects an output shaft to a drive shaft when a vehicle starts up. The hydrodynamic torque converter 120 can be filled with a liquid, for example oil, within a housing 126 for the purpose of hydrodynamic power transmission. The housing 126 can be sealed off from the stator 129 by means of a seal 125 . Unlike a conventional torque converter, the turbine 124 may include an overlap 128 that may be part of the housing 126 . A seal 127 may be positioned between the stator 129 and the drive shaft 101 to prevent leakage of the oil from within the converter housing 126 in this way.

Eine Drehzahl des Turbinenrads 124 kann im geschlossenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 um einen Wandlerschlupf geringer sein als eine Drehzahl des Pumpenrads 122. Das heißt, es kann eine Drehzahldifferenz zwischen dem Turbinenrad 124 und dem Pumpenrad 122 entstehen. Beispielsweise kann die Drehzahldifferenz bei einer Fahrgeschwindigkeit eines Elektrofahrzeugs von 25 Kilometer pro Stunde 400 Umdrehungen pro Minute betragen. Das Turbinenrad 124 kann also bei einer Drehzahl von 2200 Umdrehungen pro Minute am Pumpenrad 122 eine Drehzahl von 1800 Umdrehungen pro Minute aufweisen. Daher kann es vorteilhaft sein, den Übergriff 128 am Turbinenrad 124 vorzusehen und Bauteile des sich schneller drehenden Pumpenrads 122 auf eine geringere Fliehkraft auszulegen, also kleiner zu fertigen. Außerdem kann es bei einem Koppeln der Antriebswelle 101 mit dem Pumpenrad 122 vorteilhaft sein, wenn das Pumpenrad 122 ein geringes Massenträgheitsmoment aufweist, um möglichst schnell eine Drehzahl des Pumpenrads 122 mit einer Drehzahl der Antriebswelle 101 zu synchronisieren. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Gehäuse 126 des Drehmomentwandlers 120 einen Übergriff am Pumpenrad 122 umfassen.When clutch device 110 is in the closed state, a speed of turbine wheel 124 can be lower by a converter slip than a speed of pump wheel 122. This means that a speed difference can arise between turbine wheel 124 and pump wheel 122. For example, at a driving speed of an electric vehicle of 25 kilometers per hour, the speed difference can be 400 revolutions per minute. The turbine wheel 124 can therefore have a speed of 1800 revolutions per minute at a speed of 2200 revolutions per minute on the pump wheel 122 . It can therefore be advantageous to provide the overlap 128 on the turbine wheel 124 and to design components of the faster rotating pump wheel 122 for a lower centrifugal force, ie to manufacture them smaller. In addition, when coupling drive shaft 101 to pump wheel 122, it can be advantageous if pump wheel 122 has a low mass moment of inertia in order to synchronize a speed of pump wheel 122 with a speed of drive shaft 101 as quickly as possible. In other embodiments, the housing 126 of the torque converter 120 may include an overlap on the impeller 122 .

Der hydrodynamische Drehmomentwandler 120 umfasst ferner ein Leitrad 129. Das Leitrad 129 kann zwischen dem Pumpenrad 122 und dem Turbinenrad 124 angeordnet sein. Das Leitrad 129 kann derart ausgebildet sein, dass es die Flüssigkeit im hydrodynamischen Drehmomentwandler 120 bei einem Strömen vom Turbinenrad 124 zum Pumpenrad 122 aufstaut und damit eine Drehmomenterhöhung an der Abtriebswelle 102 gegenüber einem Drehmoment der Antriebswelle 101 bewirkt und eine Drehzahl der Abtriebswelle 102 gegenüber einer Drehzahl der Antriebswelle 101 um den Wandlerschlupf absenkt. Das Leitrad 129 des Drehmomentwandlers 120 kann anders als bei herkömmlichen Trilok-Drehmomentwandlern starr mit einer ruhenden Umgebung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers 120, beispielsweise mit einem (nicht gezeigten) Getriebegehäuse 119, verbunden sein. Ein Freilauf wie bei einem Leitrad eines herkömmlichen Trilok-Drehmomentwandlers kann überflüssig sein, da der Drehmomentwandler 120 in einem offenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110, etwa oberhalb eines hydrodynamischen Kupplungspunkts, von der Antriebswelle 101 derart gelöst sein kann, dass das Pumpenrad 122 und das Turbinenrad 124 sich nicht mit der Antriebswelle 101 mit drehen.The hydrodynamic torque converter 120 also includes a guide wheel 129. The guide wheel 129 can be arranged between the pump wheel 122 and the turbine wheel 124. Stator wheel 129 can be designed in such a way that it backs up the liquid in hydrodynamic torque converter 120 when it flows from turbine wheel 124 to impeller wheel 122 and thus causes an increase in torque on output shaft 102 compared to a torque of drive shaft 101 and a speed of output shaft 102 compared to a speed of the drive shaft 101 is lowered by the converter slip. The stator 129 of the torque Unlike conventional Trilok torque converters, the element converter 120 can be rigidly connected to a stationary environment of the hydrodynamic torque converter 120, for example to a transmission housing 119 (not shown). Freewheeling, as in a stator of a conventional Trilok torque converter, may be superfluous since, when clutch device 110 is in an open state, for example above a hydrodynamic clutch point, torque converter 120 can be detached from drive shaft 101 in such a way that pump wheel 122 and turbine wheel 124 not turn with the drive shaft 101.

Die Kupplungsvorrichtung 110 kann einen Betätiger (nicht dargestellt) umfassen. Der Betätiger kann ausgebildet sein, den Schaltschieber 112 in einer axialen Richtung 130 zu verschieben, um etwa vom geschlossenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 in den offenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 zu wechseln. Der Betätiger kann beispielsweise einen elektrohydraulischen Aktuator umfassen. In entgegengesetzter Richtung kann eine Kraft einer Rückstellfeder 135 wirken, um den Schaltschieber 112 im offenen Zustand in eine Ausgangsposition entgegen der axialen Richtung 130 zu bringen. Der Betätiger kann ausgebildet sein, im geschlossenen Zustand den Schaltschieber 112 in eine maximale Auslenkung in der axialen Richtung 130 zu bringen.The coupling device 110 may include an actuator (not shown). The actuator can be designed to displace the slide switch 112 in an axial direction 130 in order to switch from the closed state of the clutch device 110 to the open state of the clutch device 110 . The actuator can include an electrohydraulic actuator, for example. A force of a restoring spring 135 can act in the opposite direction in order to bring the slide switch 112 into an initial position counter to the axial direction 130 in the open state. The actuator can be designed to bring the slide switch 112 into a maximum deflection in the axial direction 130 in the closed state.

Bei einem Übergang vom geschlossenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 zum offenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110, etwa bei einem Abkoppeln des Drehmomentwandlers 120, oder bei einem Übergang vom offenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 zum geschlossenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110, etwa bei einem Ankoppeln des Drehmomentwandlers 120, kann es notwendig sein, eine Drehzahl der Antriebswelle 101 an eine Drehzahl der Abtriebswelle 102 beziehungsweise eine Drehzahl der Antriebswelle 101 an eine Drehzahl des Pumpenrads 122 anzupassen. Dies kann notwendig sein, da eine Drehzahldifferenz zwischen der Antriebswelle 101 und der Abtriebswelle 102 beziehungsweise zwischen der Antriebswelle 101 und dem (eventuell stehenden) Pumpenrad 122 bestehen kann. Das Antriebssystem 100 kann für eine Drehzahlsynchronisierung einen ersten Drehzahlsensor 140 am Pumpenrad 122 und einen zweiten Drehzahlsensor 145 an der Abtriebswelle 102 umfassen. Die Drehzahlsensoren 140 und 145 können etwa eine Drehzahl des Pumpenrads 122 beziehungsweise der Abtriebswelle 102 erfassen und an eine nicht dargestellte Motorsteuerung weitergeben. Für den Übergang kann eine Zugkraftunterbrechung vorgesehen sein, um die Drehzahlsynchronisierung auszuführen.During a transition from the closed state of clutch device 110 to the open state of clutch device 110, for example when torque converter 120 is uncoupled, or during a transition from the open state of clutch device 110 to the closed state of clutch device 110, for example when torque converter 120 is coupled it may be necessary to adapt a speed of the drive shaft 101 to a speed of the output shaft 102 or a speed of the drive shaft 101 to a speed of the impeller 122. This may be necessary because there may be a speed difference between the input shaft 101 and the output shaft 102 or between the input shaft 101 and the impeller 122 (which may be stationary). Drive system 100 may include a first speed sensor 140 on impeller 122 and a second speed sensor 145 on output shaft 102 for speed synchronization. The speed sensors 140 and 145 can detect a speed of the impeller 122 or the output shaft 102 and pass it on to an engine control unit (not shown). A tractive force interruption can be provided for the transition in order to carry out the speed synchronization.

2 zeigt einen schematischen Aufbau des Antriebssystems 100 mit der Kupplungsvorrichtung 110 im Übergang. Der Übergang kann einer Anordnung entsprechen, in der der hydrodynamische Drehmomentwandler 120 von der Antriebswelle 101 und der Abtriebswelle 102 gelöst ist und außerdem die Antriebswelle 101 von der Abtriebswelle 102 gelöst ist. Ein Aktuierungsdruck des Betätigers kann so eingestellt sein, dass der Schaltschieber 112 in eine Neutralstellung in der axialen Richtung 130 gebracht wird. 2 shows a schematic structure of the drive system 100 with the clutch device 110 in transition. The transition may correspond to an arrangement in which the hydrodynamic torque converter 120 is detached from the input shaft 101 and the output shaft 102 and the input shaft 101 is also detached from the output shaft 102 . An actuation pressure of the actuator may be set such that the shift spool 112 is placed in a neutral position in the axial direction 130 .

Der erste Kupplungsbereich 111 kann dem antriebseitigen Kupplungsbereich 104 der Antriebswelle 101 gegenüberstehen, das heißt, ein Drehmoment der Antriebswelle 101 kann sich auf den Schaltschieber 112 übertragen. Der Schaltschieber 112 ist derart in der axialen Richtung 130 angeordnet, dass der erste Kupplungsbereich 111 des Schaltschiebers 112 gegenüber dem Kupplungsbereich 113 des Pumpenrads 122 verschoben ist. Beispielsweise kann die (erste) Klauenverzahnung des ersten Kupplungsbereichs 111 von der (dritten) Klauenverzahnung des Kupplungsbereichs 113 des Pumpenrads 122 gelöst sein. Mit anderen Worten: Das Pumpenrad 122 kann frei drehen und ein Drehmoment des Schaltschiebers 112 kann sich nicht auf das Pumpenrad 122 übertragen. Damit kann der Drehmomentwandler 120 von der Antriebswelle 101 entkoppelt sein.The first clutch area 111 can face the drive-side clutch area 104 of the drive shaft 101 , that is, a torque of the drive shaft 101 can be transmitted to the shift slide 112 . The slide switch 112 is arranged in the axial direction 130 in such a way that the first clutch area 111 of the slide switch 112 is shifted with respect to the clutch area 113 of the impeller 122 . For example, the (first) claw teeth of the first clutch area 111 can be detached from the (third) claw teeth of the clutch area 113 of the impeller 122 . In other words: the impeller 122 can rotate freely and a torque of the slide switch 112 cannot be transmitted to the impeller 122 . Torque converter 120 can thus be decoupled from drive shaft 101 .

Der zweite Kupplungsbereich 114 ist vom abtriebsseitigen Kupplungsbereich 115 gelöst. Das heißt, eine Drehung des Schaltschiebers 112 kann sich nicht über den zweiten Kupplungsbereich 114 auf den abtriebsseitigen Kupplungsbereich 115 und somit auf die Abtriebswelle 102 übertragen. Beispielsweise kann die (zweite) Klauenverzahnung des zweiten Kupplungsbereichs 114 von der (vierten) Klauenverzahnung des abtriebsseitigen Kupplungsbereichs 115 gelöst sein. Damit kann die Antriebswelle 101 von der Abtriebswelle 102 entkoppelt sein. Es kann also zu einer Zugkraftunterbrechung kommen.The second clutch area 114 is released from the output-side clutch area 115 . This means that a rotation of shift slide 112 cannot be transmitted via second clutch area 114 to clutch area 115 on the output side and thus to output shaft 102 . For example, the (second) claw toothing of the second clutch area 114 can be detached from the (fourth) claw toothing of the output-side clutch area 115 . The drive shaft 101 can thus be decoupled from the output shaft 102 . A traction force interruption can therefore occur.

Beim Abkoppeln des Drehmomentwandlers 120 kann ein Drehmoment des Motors 103 zurückgenommen werden, um beispielweise Klauenverzahnungen der Kupplungsvorrichtung 110 zu entlasten. Eine nicht dargestellte Drehzahlsteuerung kann den Motor 103 hochdynamisch bremsen, sodass eine Drehzahl der Antriebswelle 101 einer Drehzahl der Abtriebswelle 102 entspricht. Dafür kann etwa eine elektrische Maschine über einen Rotor-Lagesensor verfügen, der eine genaue Drehzahlinformation liefern kann. When the torque converter 120 is decoupled, a torque of the engine 103 can be reduced in order to relieve the load on the dog teeth of the clutch device 110, for example. A speed control, not shown, can brake the motor 103 in a highly dynamic manner, so that a speed of the drive shaft 101 corresponds to a speed of the output shaft 102 . An electrical machine, for example, can have a rotor position sensor that can supply precise speed information.

Eine hohe Dynamik der elektrischen Maschine kann die Zugkraftunterbrechung in der Neutralstellung kurzhalten.A high level of dynamics in the electric machine can keep the interruption in tractive power short in the neutral position.

Beim Ankoppeln des Drehmomentwandlers 120 kann ein Drehmoment des Motors 103 zurückgenommen werden, um beispielweise Klauenverzahnungen der Kupplungsvorrichtung 110 zu entlasten. Eine nicht dargestellte Drehzahlsteuerung kann den Motor 103 hochdynamisch bremsen, sodass eine Drehzahl der Antriebswelle 101 einer Drehzahl des Pumpenrads 122 entspricht. Beispielweise kann die Antriebswelle 101 auf eine Drehzahl von 1800 Umdrehungen pro Minute auf eine Drehzahl von nahe 0 Umdrehungen pro Minute gebracht werden, etwa wenn das Pumpenrad 122 sich nicht dreht.When the torque converter 120 is coupled, a torque of the engine 103 can be reduced in order to relieve the load on the dog teeth of the clutch device 110, for example. A speed control, not shown, can brake the motor 103 in a highly dynamic manner, so that a speed of the drive shaft 101 corresponds to a speed of the impeller 122 . For example, the drive shaft 101 may be driven from a speed of 1800 rpm to a speed near 0 rpm, such as when the impeller 122 is not rotating.

In anderen Ausführungsbeispielen kann eine Zugkraftunterbrechung beim Ankoppeln und Abkoppeln des Drehmomentwandlers 120 vermieden werden, indem etwa ein Synchronring zwischen dem Schaltschieber 112 und dem Pumpenrad 122 und/oder ein Synchronring zwischen dem Schaltschieber 112 und der Abtriebswelle 102 vorgesehen ist.In other exemplary embodiments, an interruption in tractive force when coupling and decoupling torque converter 120 can be avoided by providing a synchronizer ring between shift slide 112 and impeller 122 and/or a synchronizer ring between shift slide 112 and output shaft 102.

In anderen Ausführungsbeispielen kann die erste und/oder zweite und/oder dritte Kupplung als Reibkupplung ausgebildet sein. Damit kann auf eine Neutralstellung mit Zugkraftunterbrechung verzichtet werden.In other exemplary embodiments, the first and/or second and/or third clutch can be designed as a friction clutch. This eliminates the need for a neutral position with an interruption in traction.

3 zeigt einen schematischen Aufbau des Antriebssystems 100 mit der Kupplungsvorrichtung 110 im offenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110. Der offene Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 kann einer Anordnung entsprechen, in der der hydrodynamische Drehmomentwandler 120 von der Antriebswelle 101 und der Abtriebswelle 102 gelöst ist und in der die Antriebswelle 101 mit der Abtriebswelle 102 gekoppelt ist. In anderen Worten kann sich im offenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 etwa ein Drehmoment des Motors 103 nicht auf den hydrodynamischen Drehmomentwandler 120 übertragen. Der offene Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 kann beispielsweise für eine Drehzahl der Abtriebswelle 101 über 2200 Umdrehungen pro Minute vorgesehen sein. Dieser Drehzahlbereich kann bei einem Elektrofahrzeug Fahrgeschwindigkeiten von über 25 Kilometer pro Stunde entsprechen. Ein Aktuierungsdruck des Betätigers kann so eingestellt sein, dass die Rückstellfeder 135 den Schaltschieber 112 in eine Ausgangsposition in der axialen Richtung 130 bewegt. 3 shows a schematic structure of the drive system 100 with the clutch device 110 in the open state of the clutch device 110. The open state of the clutch device 110 can correspond to an arrangement in which the hydrodynamic torque converter 120 is detached from the input shaft 101 and the output shaft 102 and in which the drive shaft 101 is coupled to the output shaft 102. In other words, when clutch device 110 is in the open state, a torque of engine 103, for example, cannot be transmitted to hydrodynamic torque converter 120. The open state of the clutch device 110 can be provided, for example, for a speed of the output shaft 101 over 2200 revolutions per minute. In an electric vehicle, this speed range can correspond to driving speeds of over 25 kilometers per hour. An actuation pressure of the actuator may be set such that the return spring 135 moves the switch spool 112 to a home position in the axial direction 130 .

Der erste Kupplungsbereich 111 kann dem antriebsseitigen Kupplungsbereich 104 der Antriebswelle 101 gegenüberstehen, das heißt, ein Drehmoment der Antriebswelle 101 kann sich auf den Schaltschieber 112 übertragen. Der Schaltschieber 112 ist derart in der axialen Richtung 130 angeordnet, dass der erste Kupplungsbereich 111 des Schaltschiebers 112 gegenüber dem Kupplungsbereich 113 des Pumpenrads 122 verschoben ist. Beispielsweise kann die (erste) Klauenverzahnung des ersten Kupplungsbereichs 111 von der (dritten) Klauenverzahnung des Kupplungsbereichs 113 des Pumpenrads 122 gelöst sein. Mit anderen Worten: Das Pumpenrad 122 kann frei drehen und ein Drehmoment des Schaltschiebers 112 kann sich nicht auf das Pumpenrad 122 übertragen. Damit kann der Drehmomentwandler 120 von der Antriebswelle 101 entkoppelt sein.The first clutch area 111 can face the drive-side clutch area 104 of the drive shaft 101 , that is, a torque of the drive shaft 101 can be transmitted to the slide switch 112 . The slide switch 112 is arranged in the axial direction 130 in such a way that the first clutch area 111 of the slide switch 112 is shifted with respect to the clutch area 113 of the impeller 122 . For example, the (first) claw teeth of the first clutch area 111 can be detached from the (third) claw teeth of the clutch area 113 of the impeller 122 . In other words: the impeller 122 can rotate freely and a torque of the slide switch 112 cannot be transmitted to the impeller 122 . Torque converter 120 can thus be decoupled from drive shaft 101 .

Der zweite Kupplungsbereich 114 des Schaltschiebers 112 kann dem abtriebsseitigen Kupplungsbereich 115 gegenüberstehen. Das heißt, eine Drehung des Schaltschiebers 112 kann sich über den zweiten Kupplungsbereich 114 auf den abtriebsseitigen Kupplungsbereich 115 und somit auf die Abtriebswelle 102 übertragen. Beispielsweise kann die (zweite) Klauenverzahnung des zweiten Kupplungsbereichs 114 in die (vierte) Klauenverzahnung des abtriebsseitigen Kupplungsbereichs 115 eingreifen. Damit kann die Antriebswelle 101 mit der Abtriebswelle 102 gekoppelt sein. Ein Drehmoment des Motors 103 kann sich also direkt, ohne einen Kraftfluss über den Drehmomentwandler 120, auf die Abtriebswelle 102 übertragen. Der Freilauf 116 kann verhindern, dass das Turbinenrad 124 von der Abtriebswelle 102 angetrieben wird. Der Drehmomentwandler 120 kann folglich im offenen Zustand der Kupplungsvorrichtung 110 von einer Drehbewegung des Antriebssystems 100 entkoppelt sein. Dies kann vorteilhaft sein, da hydrodynamische Verluste vermieden werden können. Außerdem können hohe Belastungen durch Fliehkräfte an Bauteilen des Drehmomentwandlers 120, insbesondere am Turbinenrad 124 und am Pumpenrad 122, vermieden werden. Eine kleinere und somit kostengünstigere Dimensionierung der Bauteile kann möglich sein.The second clutch area 114 of the shift slide 112 can be opposite the output-side clutch area 115 . This means that a rotation of shift slide 112 can be transmitted via second clutch area 114 to clutch area 115 on the output side and thus to output shaft 102 . For example, the (second) claw toothing of the second clutch area 114 can engage in the (fourth) claw toothing of the output-side clutch area 115 . The input shaft 101 can thus be coupled to the output shaft 102 . A torque of the engine 103 can therefore be transmitted directly to the output shaft 102 without a power flow via the torque converter 120 . The one-way clutch 116 may prevent the turbine 124 from being driven by the output shaft 102 . The torque converter 120 can consequently be decoupled from a rotational movement of the drive system 100 in the open state of the clutch device 110 . This can be advantageous since hydrodynamic losses can be avoided. In addition, high loads due to centrifugal forces on components of torque converter 120, in particular on turbine wheel 124 and pump wheel 122, can be avoided. A smaller and thus more cost-effective dimensioning of the components can be possible.

Zusammenfassend schlägt die vorliegende Erfindung eine Kupplungsvorrichtung vor, die ausgebildet ist, in einem geschlossenen Zustand der Kupplungsvorrichtung die Antriebswelle und die Abtriebswelle mit dem hydrodynamischen Drehmomentwandler zu koppeln, in einem offenen Zustand der Kupplungsvorrichtung die Antriebswelle und die Abtriebswelle von dem hydrodynamischen Drehmomentwandler zu lösen und die Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu koppeln. Eine herkömmliche Wandler-Überbrückungskupplung und dessen Nachteile bei hohen Drehzahlen können damit umgangen werden.In summary, the present invention proposes a clutch device which is designed to couple the input shaft and the output shaft to the hydrodynamic torque converter when the clutch device is in a closed state, to release the input shaft and the output shaft from the hydrodynamic torque converter in an open state of the clutch device and to release the To couple the input shaft with the output shaft. A conventional torque converter lock-up clutch and its disadvantages at high speeds can thus be avoided.

Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.The aspects and features described together with one or more of the previously detailed examples and figures can also be combined with one or more of the other examples to replace a same feature of the other example or to add the feature to the other example to introduce

Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Ferner ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hiermit explizit vorgeschlagen, sofern nicht im Einzelfall angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt als abhängig von diesem anderen unabhängigen Anspruch definiert ist.The following claims are hereby incorporated into the Detailed Description, with each claim being able to stand on its own as a separate example. It should also be noted that although a dependent claim in the claims refers to a particular combination with one or more other claims, other examples may also include a combination of the dependent claim with the subject-matter of any other dependent or independent claim. Such combinations are hereby explicitly proposed, unless it is stated in individual cases that a specific combination is not intended. Furthermore, features of a claim are also intended to be included for any other independent claim, even if that claim is not directly defined as dependent on that other independent claim.

BezugszeichenlisteReference List

100100: Antriebssystemdrive system
101101: Antriebswelledrive shaft
102102: Abtriebswelleoutput shaft
103103: Motorengine
104104: antriebsseitiger Kupplungsbereichdrive-side clutch area
105105: Differenzialdifferential
106106: Radwheel
110110: Kupplungsvorrichtungcoupling device
111111: erster Kupplungsbereichfirst clutch area
112112: Schaltschiebershifter
113113: Kupplungsbereich des PumpenradsImpeller clutch area
114114: zweiter Kupplungsbereichsecond clutch area
115115: abtriebsseitiger Kupplungsbereichoutput-side clutch area
116116: Freilauffreewheel
119119: Getriebegehäusegear case
120120: hydrodynamische Drehmomentwandlerhydrodynamic torque converter
122122: Pumpenradimpeller
124124: Turbinenradturbine wheel
126126: GehäuseHousing
127127: Dichtungpoetry
128128: Übergriffassault
129129: Leitradidler wheel
130130: axiale Richtungaxial direction
135135: Rückstellfederreturn spring
140140: erster Drehzahlsensorfirst speed sensor
145145: zweiter Drehzahlsensorsecond speed sensor

Claims

Coupling device (110) for coupling a drive train to a hydrodynamic torque converter (120), wherein the drive train comprises a drive shaft (101) and an output shaft (102), and wherein the coupling device (110) is designed to couple the input shaft (101) and the output shaft (102) to the hydrodynamic torque converter (120) in a closed state, in an open state to detach the input shaft (101) and the output shaft (102) from the hydrodynamic torque converter (120) and to couple the input shaft (101) to the output shaft (102) in the open state.

Coupling device (110) according to claim 1 , further comprising: a first clutch which is designed to couple an impeller (122) of the hydrodynamic torque converter (120) to the drive shaft (101) in a torque-proof manner in the closed state and to disengage the impeller (122) from the drive shaft (101) in the open state to solve; a second clutch which is designed to couple a turbine wheel (124) of the hydrodynamic torque converter (120) to an output shaft (102) in a torque-proof manner in the closed state and to release the turbine wheel (124) from the output shaft (102) in the open state; and a third clutch which is designed to couple the drive shaft (101) to the output shaft (102) in a torque-proof manner when open and to release the drive shaft (101) from the output shaft (102) when closed.

Coupling device (110) according to claim 2 , wherein the second clutch is designed as a freewheel.

Clutch device (110) according to one of the preceding claims, further comprising a slide switch (112) with a first claw toothing (111) and a second claw toothing (114), wherein the slide switch (112) is non-rotatably coupled to the drive shaft (101).

Coupling device (110) according to claim 4 , wherein the first clutch comprises a third claw toothing (113) corresponding to the first claw toothing (111), the third claw toothing (113) being coupled to the impeller (122).

Coupling device (110) according to one of Claims 4 or 5 , wherein the third clutch comprises a fourth claw toothing (115) corresponding to the second claw toothing (114), wherein the fourth claw toothing (115) is coupled to the output shaft (102).

Coupling device (110) according to claim 6 , wherein in the closed state the third claw toothing (113) engages in the first claw toothing (111) and the fourth claw toothing (115) is released from the second claw toothing (114).

Coupling device (110) according to one of Claims 6 or 7 , wherein in the open state the third claw toothing (113) is detached from the first claw toothing (111) and the fourth claw toothing (115) engages in the second claw toothing (114).

Coupling device (110) according to one of Claims 4 until 8th , further comprising an actuator which is designed to move the slide switch (112) in an axial direction (130).

Coupling device (110) according to claim 9 , wherein the actuator comprises an electro-hydraulic actuator.

Coupling device (110) according to one of claims 9 or 10 , further comprising a return spring (135) which is adapted to move the slide switch (112) to an initial position in the axial direction (130).

Coupling device (110) according to one of claims 2 until 11 , wherein the first clutch is designed to release the impeller (122) from the drive shaft (101) during a transition from the closed state to the open state and/or during a transition from the open state to the closed state.

Coupling device (110) according to claim 12 , wherein the third clutch is designed to release the output shaft (102) from the input shaft (101) during the transition from the closed state to the open state and/or during the transition from the open state to the closed state.

Coupling device (110) according to one of Claims 12 or 13 , further comprising a speed controller which is designed to match a speed of the drive shaft (101) to a speed of the output shaft (102) during the transition from the closed state to the open state and/or the speed of the Adapt drive shaft (101) to a speed of the impeller (122).

Electric drive system (100), comprising a drive train and a clutch device (110) for coupling the drive train to a hydrodynamic torque converter (120), the drive train comprising an electric machine (103), a drive shaft (101) and an output shaft (102). , and wherein the coupling device (110) is designed to couple the input shaft (101) and the output shaft (102) to the hydrodynamic torque converter (120) in a closed state, to release the input shaft (101) and the output shaft (102) from the hydrodynamic torque converter (120) in an open state and to couple the input shaft (101) to the output shaft (102) in the open state.