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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zur Drehmomentübertragung zwischen mindestens zwei koaxial rotierenden Maschinenelementen, mit mindestens einer Trockenkupplung, die über ein Betätigungslager betätigbar ist.
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Aus der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2010/006580 A1 sind Reibungskupplungen mit einem von einem Antrieb angetriebenen Kupplungsgehäuse und einer mit diesem fest verbundenen Anpressplatte mit einer Anpressfläche sowie einer der Anpressfläche zugewandten, axial verlagerbaren Druckplatte bekannt, wobei zwischen der Druckplatte und der Anpressplatte Reibbeläge einer mit einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes drehfest verbundenen Kupplungsscheibe zur Bildung eines Reibeingriffs durch axiale Beaufschlagung der Druckplatte mittels eines axial fest und verdrehbar mittels eines Stützlagers am Kupplungsgehäuse aufgenommenen Betätigungssystems mit einer Betätigungseinrichtung verspannbar sind, die Druckplatte mittels eines von der Betätigungseinrichtung beaufschlagten Übertragungselements betätigt wird und die Druckplatte um denselben an der Betätigungseinrichtung eingestellten Betätigungsweg verlagert wird, wobei zwischen dem Kupplungsgehäuse und einem Außenumfang der Betätigungseinrichtung ein dichter Ringraum gebildet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2014 218 106 A1 ist eine Kupplung mit einem Drehdurchführungsmodul bekannt, aufweisend ein Gehäuse mit einem ersten druckentlasteten Gleitdichtring, einem zweiten druckentlasteten Gleitdichtring und zumindest einer Druckdurchführung, wobei mit dem ersten druckentlasteten Gleitdichtring ein erster Ringspalt zwischen einem Kupplungsrotor und dem Drehdurchführungsmodul abdichtbar ist und mit dem zweiten druckentlasteten Gleitdichtring ein zweiter Ringspalt zwischen dem Kupplungsrotor und dem Drehdurchführungsmodul abdichtbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und die Übertragung von großen Drehmomenten ermöglicht.
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Die Aufgabe ist bei einer Drehmomentübertragungseinrichtung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zur Drehmomentübertragung zwischen mindestens zwei koaxial rotierenden Maschinenelementen, mit mindestens einer Trockenkupplung, die über ein Betätigungslager betätigbar ist, dadurch gelöst, dass die Trockenkupplung in einem ringförmigen und gegenüber einem Nassraum abgedichteten Trockenraum angeordnet ist, der mindestens eines der rotierenden Maschinenelemente umgibt. Die Trockenkupplung ist als Reibkupplung mit trockenlaufenden Reibbelägen ausgeführt. Die Trockenkupplung ist zum Beispiel als Mehrscheibenkupplung ausgeführt. Besonders bevorzugt ist die Trockenkupplung als trockenlaufende Lamellenkupplung mit als Reiblamellen ausgeführten Reibelementen ausgeführt. Der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs umfasst zum Beispiel eine E-Achse mit einer dynamoelektrischen Antriebsmaschine und einem Verteilergetriebe. Besonders bevorzugt dient die Drehmomentübertragungseinrichtung zur Darstellung einer Torque-Vectoring-Funktion in dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs. Beim Torque-Vectoring wird ein von einer Antriebsmaschine bereitgestelltes Drehmoment auf Abtriebswellen, zum Beispiel sogenannte Seitenwellen, übertragen. Zur Darstellung der Torque-Vectoring-Funktion werden in der Trockenkupplung große Betätigungskräfte benötigt, da die Trockenkupplung auf einem relativ kleinen Durchmesser von zum Beispiel einhundertvierzig Millimetern Drehmomente von etwa achtzehnhundert bis zweitausendsechshundert Newtonmeter übertragen muss. Das liegt deutlich über dem Drehmoment, das mit Anfahrkupplungen oder Schaltkupplungen bei PKW-Anwendungen übertragen werden muss. Die Betätigungskräfte, insbesondere Einrückkräfte, liegen bei Torque-Vectoring-Anwendungen über zwanzigtausend Newton. Die beanspruchte Anordnung der Trockenkupplung in dem gegenüber dem Nassraum abgedichteten Trockenraum liefert unter anderem den Vorteil, dass das Betätigungslager und vorteilhaft auch ein Stützlager in dem Nassraum angeordnet werden kann. So können zum Beispiel Axialnadellager als Betätigungslager und als Stützlager in der Drehmomentübertragungseinrichtung im Nassraum angeordnet werden. Bei den rotierenden Maschinenelementen handelt es sich zum Beispiel um ein Eingangsteil und um ein Ausgangsteil im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die rotierenden Maschinenelemente, die auch als rotierbare oder drehbare Maschinenelemente bezeichnet werden, als Wellen ausgeführt. Eines der rotierenden Maschinenelemente kann aber zum Beispiel auch ein Hohlrad sein. Die Betätigung der Trockenkupplung erfolgt vorzugsweise durch einen zum Beispiel als Ringkolben ausgeführten Ringkörper über das Betätigungslager. Der Ringkolben kann hydraulisch betätigt werden. Die Betätigung der Trockenkupplung muss aber nicht hydraulisch erfolgen. Die Betätigung der Trockenkupplung kann auch elektromechanisch erfolgen. Zur Betätigung der Trockenkupplung kann zum Beispiel ein Rampenmechanismus verwendet werden. Das Betätigungslager ist vorzugsweise als Einrücklager ausgeführt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Nassraum als Ringraum mit einem U-förmigen Querschnitt mit einer radial außen angeordneten Basis ausgeführt ist, von der sich ein erster Schenkel und ein zweiter Schenkel radial nach innen erstrecken. Die Basis des als Ringraum ausgeführten Nassraums ist vorteilhaft radial zwischen einem Außenringträger, insbesondere einem Außenlamellenträger, und einem Gehäuse der Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Die beiden Schenkel des als Ringraum ausgeführten Nassraums werden auf axial gegenüberliegenden Seiten vorteilhaft ebenfalls von dem Gehäuse der Drehmomentübertragungseinrichtung begrenzt. Im Inneren des U-förmigen Querschnitts des als Ringraum ausgeführten Nassraums ist der Trockenraum mit der Trockenkupplung angeordnet. Dadurch ergibt sich eine kompakte Bauweise mit einer kostengünstig herstellbaren Trockenkupplung, die sehr große Betätigungskräfte aushält.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel des Nassraums von einem ersten rotierenden Maschinenelement begrenzt wird, wobei der zweite Schenkel des Nassraums von einem zweiten rotierenden Maschinenelement begrenzt wird. Die beiden rotierenden Maschinenelemente sind mit ihren freien Enden einander zugewandt.
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Die Drehmomentübertragungseinrichtung ist in dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs zum Beispiel mit einem Getriebe kombiniert. Eines der rotierenden Maschinenelemente ist angetrieben, während das andere rotierende Maschinenelement einem angetriebenen Rad einer Fahrzeugachse zugeordnet ist. Vorteilhaft ist jedem angetriebenen Rad eine Trockenkupplung zugeordnet. So kann mit fertigungstechnisch einfachen Mitteln das Torque-Vectoring an einer angetriebenen Achse realisiert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Schenkel des Nassraums das Betätigungslager angeordnet ist, wobei in dem zweiten Schenkel des Nassraums ein Stützlager angeordnet ist. Die beiden Lager können in dem Nassraum vorteilhaft mit einem geeigneten Kühl- und/oder Schmiermedium, wie Öl, geschmiert und vorteilhaft auch gekühlt werden. So können vorteilhaft Lager verwendet werden, welche die benötigten großen Betätigungskräfte, insbesondere Einrückkräfte, zum Betätigen, insbesondere Einrücken, der Trockenkupplung auch im Dauerbetrieb aushalten. Beide Lager sind vorteilhaft als Wälzlager, zum Beispiel als Kugellager, ausgeführt. Besonders vorteilhaft werden als Betätigungslager und als Stützlager Axialnadellager verwendet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen dem Betätigungslager und dem Stützlager axial reibschlüssig verbindbare Reibelemente der Trockenkupplung angeordnet sind. Bei den Reibelementen handelt es sich zum Beispiel um Reibscheiben oder Kupplungsscheiben, die zur Drehmomentübertragung reibschlüssig mit weiteren Reibelementen verbunden werden. Besonders vorteilhaft ist die Trockenkupplung als Lamellenkupplung mit als Reiblamellen ausgeführten Reibelementen ausgeführt. Durch die beanspruchte Anordnung der Lager mit den dazwischen angeordneten Reibelementen wird eine linienförmige Krafteinleitung in axialer Richtung zum Betätigen, insbesondere Einrücken, der Trockenkupplung ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Betätigungslager in dem Nassraum axial verlagerbare Druckstücke zugeordnet sind, die einen den zweiten Schenkel des Nassraums begrenzenden Mitnehmerflansch axial durchgreifen, wobei jedem Druckstück ein Dichtring in einer Durchgriffsöffnung des Mitnehmerflanschs zugeordnet ist. Der Dichtring ist zum Beispiel als O-Ring ausgeführt. So kann mit einfachen Mitteln eine ausreichende Abdichtung zwischen dem Nassraum und dem Trockenraum realisiert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerflansch radial außen unter Zwischenschaltung eines weiteren Dichtrings drehfest mit einem Außenringträger der Trockenkupplung verbunden ist, wobei der Außenringträger der Trockenkupplung mit dem zweiten rotierenden Maschinenelement verbunden ist und den zweiten Schenkel und die Basis des Nassraums begrenzt. Bei dem Außenringträger handelt es sich vorzugsweise um einen Außenlamellenträger der als Lamellenkupplung ausgeführten Trockenkupplung. In den Außenringträger, insbesondere den Außenlamellenträger, sind die zugehörigen Reibelemente, insbesondere Reiblamellen, eingehängt, um eine drehfeste Verbindung zwischen dem Außenringträger und den zugeordneten Reibelementen zu schaffen. Der Außenringträger hat, im Halbschnitt betrachtet, vorteilhaft im Wesentlichen die Gestalt eines Winkels, der den Trockenraum im Querschnitt an zwei Seiten begrenzt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerflansch radial innen mit einem ersten Radialwellendichtring kombiniert ist, der zur Abdichtung zwischen dem Nassraum und dem Trockenraum gegenüber dem ersten rotierenden Maschinenelement dient. So kann auf einfache Art und Weise ein unerwünschtes Eindringen von Öl aus dem Nassraum in den Trockenraum verhindert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Radialwellendichtring zwischen dem zweiten rotierenden Maschinenelement und einem Innenringträger der Trockenkupplung angeordnet ist. So kann auch hier auf einfache Art und Weise ein unerwünschtes Eindringen von Öl aus dem Nassraum oder aus einem Innenraum eines der rotierenden Maschinenelemente oder beider rotierenden Maschinenelemente in den Trockenraum verhindert werden. Der Innenringträger wird, wenn die Trockenkupplung als Lamellenkupplung ausgeführt ist, auch als Innenlamellenträger bezeichnet.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Trockenkupplung, insbesondere ein Reibelement, ein Betätigungslager, ein Stützlager, ein Druckstück, einen Außenringträger, einen Mitnehmerflansch, einen Innenringträger, einen Dichtring, einen Radialwellendichtring, und/oder ein rotierendes Maschinenelement für eine vorab beschriebene Drehmomentübertragungseinrichtung. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung, verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Die einzige beiliegende Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Drehmomentübertragungseinrichtung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Trockenkupplung, die in einem gegenüber einem Nassraum abgedichteten Trockenraum angeordnet ist, im Halbschnitt.
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In 1 ist eine Drehmomentübertragungseinrichtung 1 mit einer Trockenkupplung 10 schematisch im Halbschnitt dargestellt. Die Trockenkupplung 10 ermöglicht eine Drehmomentübertragung zwischen zwei rotierenden Maschinenelementen 3, 4. Die rotierenden Maschinenelemente 3, 4 sind koaxial angeordnet und um eine gemeinsame Drehachse 6 drehbar.
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Die rotierenden Maschinenelemente 3, 4 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Wellen 3, 4, insbesondere als Hohlwellen 3, 4, ausgeführt. Deshalb werden die rotierenden Maschinenelemente 3, 4 in der nachfolgenden Figurenbeschreibung als Wellen 3, 4 bezeichnet. Bei mindestens einem der rotierenden Maschinenelemente 3, 4 kann es sich aber auch um ein anderes rotierendes Teil handeln, zum Beispiel um ein Hohlrad.
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An der Welle 4 wird über eine Antriebseinheit, zum Beispiel über ein Getriebe, ein Antriebsdrehmoment bereitgestellt, das über die geschlossene Trockenkupplung 10 auf die Welle 3 übertragen wird. Bei der Welle 3 handelt es sich zum Beispiel um eine Seitenwelle, die im Antriebsstrang 2 einem angetriebenen Rad eines mit dem Antriebsstrang 2 ausgestatteten Kraftfahrzeugs zugeordnet ist.
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Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist in dem Kraftfahrzeug zum Beispiel einem linken angetriebenen Rad zugeordnet. Eine weitere im Wesentlichen gespiegelte Ausführung der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist in dem Antriebsstrang 2 einem rechten angetriebenen Rad des Kraftfahrzeugs zugeordnet. Die Drehmomentverteilung auf die beiden angetriebenen Räder erfolgt über ein Getriebe.
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Die beiden Trockenkupplungen, von denen in 1 nur die Trockenkupplung 10 dargestellt ist, ermöglichen in dem Antriebsstrang 2, zum Beispiel an einer sogenannten E-Achse mit einer elektrischen oder dynamoelektrischen Antriebsmaschine oder an einer angetriebenen Achse mit einer herkömmlichen Antriebsmaschine, eine gezielte Verteilung des von der Antriebsmaschine bereitgestellten Drehmoments auf die den angetriebenen Rädern zugeordneten Wellen, die auch als Seitenwellen oder Abtriebswellen bezeichnet werden. Die gezielte Verteilung des Drehmoments auf die angetriebenen Räder wird auch als Torque-Vectoring bezeichnet und mit Hilfe der dargestellten Trockenkupplungen 10 kostengünstig und effektiv realisiert.
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Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist in einem Gehäuse 5 untergebracht. Bei dem Gehäuse 5 handelt es sich zum Beispiel um ein Getriebegehäuse, in das die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 integriert ist. Ein im Wesentlichen U-förmiger Gehäusekörper 25 des Gehäuses 5 begrenzt einen Ringraum, der im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels um die Drehachse 6 aufweist. Dieser Ringraum ist in einen Trockenraum 20 mit der Trockenkupplung 10 und in einen Nassraum 30 unterteilt.
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Der Nassraum 30 ist im Halbschnitt U-förmig mit einer Basis 33 ausgeführt, von der zwei Schenkel 31, 32 abgewinkelt sind. Die Basis 33 des Nassraums 30 verläuft parallel zur Drehachse 6. Ein erster Schenkel 31 des Nassraums 30 wird radial innen von der Welle 3 begrenzt, die auch als erste Welle 3 bezeichnet wird. Ein zweiter Schenkel 32 des Nassraums 30 wird radial innen von der Welle 4 begrenzt, die auch als zweite Welle 4 bezeichnet wird.
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In dem Nassraum 30 sind ein Betätigungslager 16 und ein Stützlager 8 angeordnet. Das Stützlager 8 ist in dem zweiten Schenkel 32 des Nassraums 30 angeordnet. Das Betätigungslager 16 ist in dem ersten Schenkel 31 des Nassraums 30 angeordnet. Die beiden Lager 8 und 16 sind als Axialnadellager ausgeführt.
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Die Anordnung der Lager 8 und 16 im Nassraum 30 liefert unter anderem den Vorteil, dass so eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung mit einem geeigneten Medium, wie Öl, realisiert werden kann. Dadurch können die Lager 8 und 16 auch im Dauerbetrieb hohe Belastungen aushalten, wie sie insbesondere bei Torque-Vectoring-Anwendungen auftreten. Beim Torque-Vectoring können beim Betätigen, insbesondere Einrücken, der Trockenkupplung 10 Betätigungskräfte oder Einrückkräfte von über zwanzigtausend Newton auftreten.
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Die Trockenkupplung 10 ist als trockenlaufende Lamellenkupplung mit als Reiblamellen ausgeführten Reibelementen 11 und 12 ausgeführt. Erste Reibelemente 11 sind als Innenlamellen ausgeführt und drehfest mit einem als Innenlamellenträger ausgeführten Innenringträger 13 verbunden. Zweite Reibelemente 12 sind als Außenlamellen ausgeführt und drehfest mit einem als Außenlamellenträger ausgeführten Außenringträger 14 verbunden.
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Die Reibelemente 11, 12 sind in dem ringförmig ausgebildeten Trockenraum 20 angeordnet. Zur Abdichtung zwischen dem Trockenraum 20 und dem Nassraum 30 dienen als O-Ringe ausgeführte Dichtringe 21 und 22 sowie zwei Radialwellendichtringe 23 und 24.
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Ansonsten erfolgt die Trennung zwischen dem Nassraum 30 und dem Trockenraum 20 durch die beispielhaft schematisch dargestellte Ausführung der Wellen 3, 4 mit den Ringträgern beziehungsweise Lamellenträgern 13, 14 sowie mit Hilfe eines Mitnehmerflanschs 19, der drehfest mit dem Außenlamellenträger 14 verbunden ist. Der Mitnehmerflansch 19 ist axial an einem Stützring 7 abgestützt, der in eine Ringnut eingreift, die radial innen an dem Außenringträger oder Außenlamellenträger 14 vorgesehen ist.
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Der Mitnehmerflansch 19 umfasst, wie man im dargestellten Schnitt sieht, eine Durchgriffsöffnung 18 für ein Druckstück 17 von mehreren Druckstücken, die auf einem zur Drehachse 6 konzentrischen Teilkreis angeordnet sind. Das Druckstück 17 ist zur Kraftübertragung axial zwischen dem Betätigungslager 16 und den Reibelementen 11, 12 der Trockenkupplung 10 angeordnet.
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Eine Betätigungskraft zum Betätigen, insbesondere Einrücken, der Trockenkupplung 10 wird über einen Ringkolben 15 aufgebracht. Der Ringkolben 15 ist unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 9 in einem hydraulischen Nehmerzylinder angeordnet, der konzentrisch ausgeführt ist und daher auch als konzentrischer Nehmerzylinder bezeichnet wird. Derartige konzentrische Nehmerzylinder werden auch mit den englischen Begriffen Concentric Slave Cylinder, kurz CSC, bezeichnet.
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Eine Kraftwirkungslinie 26 der Betätigungskraft, mit welcher die Trockenkupplung 10 betätigt wird, verläuft parallel zur Drehachse 6. Die Betätigungskraft wird in 1 von links über den Ringkolben 15 aufgebracht. Die Reibelemente 11, 12 sind mit den Druckstücken 17 axial zwischen dem Betätigungslager 16 und dem Stützlager 8 angeordnet. Das Betätigungslager 16 ist axial zwischen dem Ringkolben 15 und den Druckstücken 17 angeordnet. Das Stützlager 8 ist axial zwischen dem Außenringträger 14 und dem Gehäuse 5 angeordnet.
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Der Dichtring 21 dient zur Abdichtung zwischen dem Druckstück 17 und dem Mitnehmerflansch 19 in der Durchgriffsöffnung 18. Der Dichtring 22 dient zur Abdichtung zwischen dem Mitnehmerflansch 19 und dem Außenringträger 14.
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Der Radialwellendichtring 23 ist zwischen der Welle 3 und dem Mitnehmerflansch 19 angeordnet. Der Radialwellendichtring 24 ist zwischen der Welle 4 und dem Innenringträger 13 angeordnet.
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In der schematischen Darstellung sieht es so aus, als sei die Welle 3 einstückig mit dem Innenringträger 13 und die Welle 4 einstückig mit dem Außenringträger 14 verbunden. Das kann so sein, muss aber nicht so sein. Sowohl die Wellen 3, 4 als auch die Ringträger 13, 14 können einteilig oder auch mehrteilig ausgeführt sein. Wesentlich ist, dass keine Durchtrittsöffnungen für Öl zwischen dem Trockenraum 0 und dem Nassraum 30 vorhanden sind. Falls konstruktionsbedingt Durchtrittsöffnungen für Öl vorhanden sein sollten, sind an diesen Stellen entsprechende Dichteinrichtungen vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehmomentübertragungseinrichtung
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- rotierendes Maschinenelement, insbesondere Welle
- 4
- rotierendes Maschinenelement, insbesondere Welle
- 5
- Gehäuse
- 6
- Drehachse
- 7
- Stützring
- 8
- Stützlager
- 9
- Ringdichtung
- 10
- Trockenkupplung
- 11
- erstes Reibelement
- 12
- zweites Reibelement
- 13
- Innenringlager
- 14
- Außenringlager
- 15
- Ringkörper, insbesondere Ringkolben
- 16
- Betätigungslager
- 17
- Druckstück
- 18
- Durchgriffsöffnung
- 19
- Mitnehmerflansch
- 20
- Trockenraum
- 21
- Dichtring
- 22
- Dichtring
- 23
- erste Radialwellendichtung
- 24
- zweite Radialwellendichtung
- 25
- Gehäusekörper
- 26
- Kraftwirkungslinie
- 30
- Nassraum
- 31
- erster Schenkel
- 32
- zweiter Schenkel
- 33
- Basis
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010006580 A1 [0002]
- DE 102014218106 A1 [0002]
