DE112009001463B4 - Schaltbare Kupplungseinrichtung, insbesondere reibschlüssige Nasskupplung, und Antriebsstrang für ein Hybridsystem - Google Patents

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Abstract

Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) zum Trennen und Verbinden einer ersten Antriebsmaschine (13) von einem Antriebsstrang (11), wobei die schaltbare Kupplungseinrichtung (1) aufweist:
eine mit Druckmittel betätigbare Stelleinrichtung (24);
eine eine Hauptkupplung bildende erste Teilkupplung (40.1); und
eine Schleppkupplung (28) bildende zweite Teilkupplung (40.2), wobei
die erste Teilkupplung (40.1) und die zweite Teilkupplung (40.2) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass jede geeignet ist, jeweils in einer durch den geöffneten Zustand der ersten Teilkupplung (40.1) charakterisierten Öffnen-Endlage der Stelleinrichtung (24) und einer durch den geschlossenen Zustand der ersten Teilkupplung (40.1) charakterisierten Schließen-Endlage der Stelleinrichtung (24) ein Reibmoment zu erzeugen,
die erste Teilkupplung (40.1) einen mit einer Antriebsmaschine (13) koppelbaren ersten Kupplungsteil (1E) und einen mit einem Abtrieb koppelbaren, reibflächentragende und/oder reibflächenbildende Elemente aufweisenden zweiten Kupplungsteil (1A) aufweist,
der erste Kupplungsteil (1E) und der zweite Kupplungsteil (1A) über die Stelleinrichtung (24) miteinander wenigstens mittelbar in Wirkverbindung bringbar sind,
die Stelleinrichtung (24) ein Kolbenelement (3) aufweist, das unter Ausbildung eines mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckraums (38) wenigstens mittelbar drehfest mit einem des ersten Kupplungsteils (1E) und des zweiten Kupplungsteils (1A) verbunden und in axialer Richtung verschiebbar geführt ist; und
dem Kolbenelement (3) eine Einrichtung (39) zum Erzeugen einer mechanischen Betätigungskraft zugeordnet ist, die der in dem Druckraum (38) erzeugbaren Druckkraft entgegen gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Teilkupplung (40.2) eine weitere Stelleinrichtung (29) aufweist, die mit der Stelleinrichtung (24) der ersten Teilkupplung (40.1) hinsichtlich der Betätigung zwangsgekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine schaltbare Kupplungseinrichtung, insbesondere reibschlüssige Nasskupplung, zum Trennen und Verbinden einer ersten Antriebsmaschine von einem Antriebsstrang mit einer mit Druckmittel betätigbaren Stelleinrichtung.
  • Die Erfindung betrifft auch einen Antriebsstrang für ein Hybridsystem eines Fahrzeugs mit mindestens einer ersten Antriebsmaschine und einer zweiten Antriebsmaschine, die separat oder gemeinsam über eine Kraftübertragungsvorrichtung mit einem Getriebe oder einer anderen Übertragungseinheit verbindbar sind, und einer zwischen der ersten Antriebsmaschine und der Kraftübertragungsvorrichtung angeordneten schaltbaren Kupplungseinrichtung zum Trennen und Verbinden der ersten Antriebsmaschine vom Antriebsstrang.
  • Hybridsysteme für den Einsatz in Fahrzeugen sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik vorbekannt. Allen gemeinsam ist, dass im Antriebsstrang zumindest zwei unterschiedliche Antriebsmaschinen vorgesehen sind, über die der Antrieb wahlweise oder aber gemeinsam erfolgen kann, wobei zumindest eine der Antriebsmaschinen geeignet ist, in einer ersten Betriebsweise als Antriebsmaschine und in einer zweiten Betriebsweise als Maschine zur Umwandlung der Bremsenergie in eine andere Energieform zum Zweck der Zwischenspeicherung und/oder als Antriebsenergie für weitere Verbraucher zu fungieren. Für den Einsatz in Fahrzeugen ist die erste Antriebsmaschine häufig als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt, während die zweite Antriebsmaschine als elektrische Maschine ausgebildet ist, die geeignet ist, im generatorischen Betrieb die elektrische Energie in einen Speicher einzuspeisen. Ein derartiges Hybridsystem ist beispielsweise in der Druckschrift DE 103 10 831 A1 30 dargestellt. Dieses offenbart eine Kraftübertragungsvorrichtung, die zwischen zwei Antriebsmaschinen und einem nachgeordneten Verbraucher in Form eines Getriebes angeordnet ist. Zur vollständigen Entkoppelung der ersten Antriebsmaschine vom Antriebsstrang ist zwischen dieser und der Kraftübertragungsvorrichtung eine Einrichtung zur Unterbrechung/Realisierung des Kraftflusses vorgesehen, die in Form einer schaltbaren Kupplungseinrichtung ausgeführt ist, welche auch als Motorkupplung oder Trennkupplung bezeichnet wird. Die zweite Antriebsmaschine ist als elektrische Maschine ausgebildet, deren Rotor drehfest mit der Kraftübertragungsvorrichtung verbunden ist. Die Kraftübertragungsvorrichtung umfasst zumindest ein Anfahrelement, vorzugsweise eine hydrodynamische Komponente und in diesem Fall des Weiteren eine Einrichtung zur zumindest teilweisen Umgehung des Kraftflusses über die hydrodynamische Komponente. Diese ist vorzugsweise in Form einer reibschlüssigen schaltbaren Kupplungseinrichtung ausgeführt, welche auch als Überbrückungskupplung bezeichnet wird und im Kraftfluss eine Umgehung der hydrodynamischen Komponente ermöglicht. Das nachgeordnete Getriebe, welches in der Regel als Schaltgetriebe ausgeführt ist, ist durch eine Mehrzahl von druckmittelbetätigten Schaltelementen charakterisiert. Um die Druckmittelversorgung für die Kraftübertragungsvorrichtung und die Schaltelemente des Getriebes zu gewährleisten, ist ein entsprechendes Betriebs- und Steuermittelversorgungs- und/oder Führungssystem vorgesehen, umfassend zumindest ein hydraulisches Kreislaufsystem, in welchem das erforderliche Betriebsmittel mit dem entsprechenden Druck über eine Fördereinrichtung in Form einer sogenannten Getriebeölpumpe gefördert wird. Die Funktion der Getriebepumpe ist beispielsweise zum Betrieb einer hydraulischen Steuerung oder der Trenn- und/oder Anfahrkupplung(en) erforderlich. Die Getriebeölpumpe ist zur Gewährleistung einer sicheren Funktionsweise vorzugsweise direkt mit dem Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung drehfest verbunden. Diese Kopplung ermöglicht einen Antrieb in den unterschiedlichen Betriebsweisen des Antriebsstranges.
  • Als mögliche Grundbetriebsweisen eines derartigen Antriebsstranges werden im Traktionsbetrieb nachfolgende Betriebsweisen unterschieden, welche durch weitere Unterbetriebsweisen modifizierbar sind:
    • - Fahren, insbesondere motorisches Fahren mit Kraftfluss von der ersten Antriebsmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine bei geschlossener Einrichtung zur Unterbrechung/ Realisierung des Kraftflusses zwischen der ersten Antriebsmaschine und der Kraftübertragungsvorrichtung zum Getriebe, insbesondere über einen ersten und/oder zweiten Leistungszweig der Kraftübertragungsvorrichtung
    • - Fahren, insbesondere elektrisches Fahren mit Kraftfluss von der zweiten Antriebsmaschine, insbesondere elektrischen Maschine über einen ersten und/oder zweiten Leistungszweig der Kraftübertragungsvorrichtung bei geöffneter/getrennter Einrichtung zur Unterbrechung/Realisierung des Kraftflusses zwischen der ersten Antriebsmaschine und der Kraftübertragungsvorrichtung
  • Der Notlaufbetrieb ist durch den Antrieb über die erste Antriebsmaschine charakterisiert, welche über einen eigenen Anlasser gestartet wird.
  • Ein wesentlicher Nachteil eines derartigen Systems besteht jedoch darin, dass die dazu verwendeten bekannten Hydrauliksysteme im Stand des Fahrzeuges, insbesondere bei Stillstand einer oder beider Antriebsmaschinen, beispielsweise auch bei kurzzeitigem Stillstand aufgrund des fehlenden Antriebes der Getriebeölpumpe leerlaufen können, da keine Aufrechterhaltung des Kreislaufes über die Getriebeölpumpe aufgrund des fehlenden Antriebes erfolgt und das im System befindliche Betriebsmittel über den jeweiligen Rücklauf zurück zum Betriebsmittelvorrat geführt wird. Beim erneuten Anfahren, beispielsweise bei Betätigung eines Gaspedals müsste dann zuerst die Hydraulikversorgung und damit die Getriebeölpumpe angetrieben werden, welche wiederum ausreichend Druck und Volumen zur Verfügung stellen muss, damit die erforderlichen zu betätigenden Stelleinrichtungen beaufschlagt sowie die hydrodynamische Komponente befüllt wird. Da dies zu erheblichen Verzögerungen in der Reaktion auf die Betätigung des Gaspedals führt, was unter Umständen in einer Vielzahl von Situationen auch ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt, besteht die Notwendigkeit, dass auch im Stand des Fahrzeuges das Hydrauliksystem des Getriebes mit einem geringem Druck befüllt gehalten werden muss. Die verwendete Getriebeölpumpe muss dabei im Stand insbesondere die Leckagen des Hydrauliksystems abdecken können. Um dies zu gewährleisten, wird im Stand der Technik häufig eine zusätzliche elektrisch angetriebene Ölpumpe verwendet. Alternativ kann die elektrische Maschine des Hybridsystems und die vorhandene Hauptgetriebeölpumpe verwendet werden, was jedoch mit technischen Nachteilen verbunden ist. So bedingt eine zusätzlich vorgesehene und elektrisch angetriebene Ölpumpe einen beachtlichen Mehraufwand. Andererseits ist auch die Nichtanwendung einer derartigen Zusatzpumpe durch eine Vielzahl von Nachteilen charakterisiert. Ist in einer derartigen Ausführung die Kupplungseinrichtung im drucklosen Zustand offen, sind die Notlaufeigenschaften nicht mehr gewährleistet. Selbst wenn der Verbrennungsmotor über einen zusätzlichen Anlasser gestartet wird, kann kein Öldruck im Getriebe aufgebaut werden, da die „drucklos offene“ Kupplungseinrichtung nicht geschlossen werden kann, damit die Ölpumpe angetrieben wird. Wird jedoch im Gegensatz dazu eine im drucklosen Zustand geschlossene Kupplungseinrichtung eingesetzt, wird die Getriebeölpumpe im Notlaufbetrieb sofort mit angetrieben und das System verhält sich wie das eines herkömmlichen Automatikgetriebes. Ein wesentlicher Nachteil besteht dabei jedoch im hohen Aufwand für die Anpassung der Kupplungseinrichtung.
  • Bei den bekannten Antriebssträngen können bei der Ansteuerung der Motorkupplung Probleme auftreten, wenn das Getriebe beispielsweise aufgrund eines Steuerungsfehlers gestört ist und in einem Notlaufmodus betrieben wird. Bei Vorliegen eines solchen Störungsfalls ist auch eine eventuell vorhandene elektrische Zusatzpumpe nicht verwendbar, da diese ebenfalls von der Getriebesteuerung angesprochen wird.
  • Des Weiteren ist es im Zustand „elektrisches Fahren“ erforderlich, dass die motorseitige Kupplung vollständig geöffnet ist, um Schleppverluste durch die relativ zueinander rotierenden reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden Elemente zu verhindern. Dabei steht in diesem Betriebsbereich jedoch in den meisten Fällen nicht der erforderliche Mindestdruck für das vollständige Öffnen der Kupplung zur Verfügung. Die Verwendung einer drucklos geschlossenen Kupplung bedingt jedoch sehr hohe Drücke beim elektrischen Fahren. Dadurch verschlechtert sich der Wirkungsgrad des Gesamtsystems.
  • Denkbar wäre auch eine allerdings technisch schwer zu beherrschende Lösung, bei der die Nasskupplung und der Drehmomentwandler in hydraulischer Wechselwirkung zueinander stehen.
  • Ein weiterer Antriebsstrang nach dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 040 117 A1 bekannt.
  • Aus der EP 1 482 195 A2 ist eine schaltbare Kupplungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
  • Bezüglich weiteren Standes der Technik wird auf die DE 10 2006 031 684 A1 , die JP 2001 - 165 196 A , die US 6 585 066 B1 , die US 2008/0023287 A1 , die DE 102 22 813 B3 , die DE 100 25 853 A1 und die WO 2005/123433 A1 verwiesen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang für ein Hybridsystem der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass dieses geeignet ist, nach Möglichkeit frei von einer Zusatzpumpe zusätzlich zur ohnehin vorhandenen und erforderlichen Getriebeölpumpe die genannten Nachteile zu vermeiden. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang für ein Hybridsystem mit verbesserten Notlaufeigenschaften bereitzustellen. Dabei sind unterschiedliche Anforderungen mit möglichst minimalem Aufwand zu erfüllen. So muss die schaltbare Kupplungseinrichtung, insbesondere Motorkupplung nämlich beim elektrischen Fahren möglichst reibungsfrei geöffnet werden können, wohingegen die Kupplung im Getriebenotlauf geschlossen sein sollte, um das Getriebe und damit die Getriebeölpumpe antreiben zu können.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich der schaltbaren Kupplungseinrichtung mit den in Anspruch 1 und hinsichtlich des Antriebsstrangs mit den in Anspruch 16 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Bei einer schaltbaren Kupplungseinrichtung zum Trennen und Verbinden einer ersten Antriebsmaschine von einem Antriebsstrang mit einer mit Druckmittel betätigbaren Stelleinrichtung besteht die schaltbare Kupplungseinrichtung aus zwei Teilkupplungen - einer ersten, eine Hauptkupplung bildenden Teilkupplung und einer zweiten, eine Schleppkupplung bildenden Teilkupplung-, die derart angeordnet und ausgebildet sind, dass jede geeignet ist, jeweils in einer Endlage der Stelleinrichtung - einer ersten, durch den geöffneten Zustand der Hauptkupplung charakterisierten Öffnen-Endlage und einer zweiten, durch den geschlossenen Zustand der Hauptkupplung charakterisierten Schließen-Endlage - ein Reibmoment zu erzeugen.
  • Bei der schaltbaren Kupplungseinrichtung handelt es sich in besonders vorteilhafter Ausführung um eine hydraulisch betätigbare Nasskupplung. Diese ist in der Lage, beidseitig, das heißt bei Druckbeaufschlagung von beiden Seiten, wirksam zu sein und Drehmoment zu übertragen, wobei die Fähigkeit Drehmoment zu übertragen je nach Betätigungsrichtung stark unterschiedlich sein kann. Die erste Teilkupplung in Form der Hauptkupplung dient dabei der Übertragung des Momentes im Normalbetrieb, während die zweite Teilkupplung als Schleppkupplung im geöffneten Zustand der Hauptkupplung lediglich ein Mindestmoment bestimmter Größe überträgt. Dazu ist die in der Öffnen-Endlage der Stelleinrichtung für die schaltbare Kupplungseinrichtung und damit der Hauptkupplung betätigbare zweite Teilkupplung derart ausgeführt und ausgelegt, dass mit dieser ein geringeres Drehmoment übertragbar ist als mit der betätigten ersten Teilkupplung in der Schließen-Endlage der Stelleinrichtung. Da beim Einsatz derartiger schaltbarer Kupplungseinrichtungen in Antriebssträngen für Hybridsysteme der mit dieser koppelbare Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung mit der zweiten Antriebsmaschine und einer Fördereinrichtung, insbesondere Getriebeölpumpe für Betriebs- und Steuermedien eines Betriebsmittelversorgungs- und Führungssystems verbunden ist, kann durch die Gewährleistung eines übertragbaren Mindestmomentes auch in der Öffnen-Stellung der schaltbaren Kupplungseinrichtung die Fördereinrichtung noch angetrieben werden. Die zweite Teilkupplung ist dazu derart ausgelegt und dimensioniert, dass diese geeignet ist, zumindest die Fördereinrichtung und gegebenenfalls die zweite, mit der Kraftübertragungsvorrichtung verbundene Antriebsmaschine anzutreiben. Die zweite Teilkupplung wird dazu auf ein übertragbares Mindestmoment im Bereich von 3 bis 80 Nm, bevorzugt 3 bis 20 Nm, ganz besonders bevorzugt 3 bis 10 Nm ausgelegt.
  • Durch das übertragbare erforderliche Mindestmoment, welches derart bemessen ist, dass dieses ausreicht, zumindest einen Antrieb der Fördereinrichtung, insbesondere Getriebeölpumpe zu gewährleisten, kann auf eine zusätzliche Pumpe und ein dieser zugeordnetes Antriebssystem im Betriebsmittelversorgungs- und Führungssystem verzichtet werden. Die gesamte Betriebs- und Steuermedienbereitstellung erfolgt vorzugsweise über lediglich eine einzige Fördereinrichtung, wodurch neben der Einsparung der Zusatzpumpe auch die Leitungsverbindungen optimierbar sind.
  • Die beiden Teilkupplungen sind vorzugsweise parallel schaltbar, d.h. der Kraftfluss kann lediglich allein über eine der Teilkupplungen erfolgen. Somit sind Fehlbetätigungen ausgeschlossen.
  • Konstruktiv umfasst die Stelleinrichtung der schaltbaren Kupplungseinrichtung zumindest ein Kolbenelement, das mittels einer mechanischen Vorspannkraft, insbesondere einer Federkraft in die Öffnen-Endlage und durch Druckbeaufschlagung mit einem Druckmittel, insbesondere Fluid in die Schließen-Endlage verschiebbar ist. Die an der Stelleinrichtung wirkenden Betätigungskräfte für die Betätigung der einzelnen Teilkupplungen sind somit einander entgegengesetzt ausgerichtet.
  • Um beim Einsatz in Hybridsystemen zur Vermeidung von nachteiligen Schleppverlusten auch ein vollständiges Öffnen der schaltbaren Kupplungseinrichtung und damit der beiden Teilkupplungen gewährleisten zu können, sind die einzelnen Teilkupplungen derart ausgelegt und angeordnet, dass durch Druckbeaufschlagung des Kolbenelementes die an diesem erzeugte Druckkraft derart einstellbar ist, dass diese mit der mechanischen Vorspannkraft, insbesondere Federkraft in einer durch die Öffnung beider Teilkupplungen charakterisierten Zwischenstellung zwischen den beiden Endlagen der Stelleinrichtung im Gleichgewicht steht.
  • Die schaltbare Kupplungseinrichtung umfasst einen ersten, mit einer Antriebsmaschine koppelbaren und einen zweiten, mit einem Abtrieb beziehungsweise dem restlichen Antriebsstrang koppelbaren und jeweils reibflächentragende und/oder reibflächenbildende Elemente umfassenden Kupplungsteil. Die Kupplungsteile sind über die Stelleinrichtung miteinander wenigstens mittelbar in Wirkverbindung bringbar. Erster und zweiter Kupplungsteil bilden die Hauptkupplung. Die Stelleinrichtung umfasst ein Kolbenelement, das unter Ausbildung eines mit Druckmittel beaufschlagbaren Raumes wenigstens mittelbar drehfest mit einem der beiden Kupplungsteile verbunden und in axialer Richtung an diesem verschiebbar geführt ist. Dem Kolbenelement ist ferner eine Einrichtung zur Erzeugung einer entgegengesetzt zur über die Druckkammer erzeugten Druckkraft ausgerichteten Betätigungskraft zugeordnet. Diese Einrichtung umfasst im einfachsten Fall ein Vorspannelement, welches am Kolbenelement wirksam ist und sich an einem der Kupplungsteile oder einem mit diesem drehfest verbundenen Anschlusselement abstützt. Das Vorspannelement umfasst je nach Zuordnung zur Stelleinrichtung und einem der Kupplungsteile oder einem drehfest mit diesem gekoppelten Element eine Tellerfedereinrichtung oder eine Druck- oder Zugfedereinrichtung -, die vorzugsweise direkt die Stelleinrichtung der schaltbaren Kupplungseinrichtung beaufschlagt.
  • In Abhängigkeit der konkreten Ausführung der zweiten Teilkupplung als Schleppkupplung zur Übertragung eines Mindestmomentes kann das Vorspannelement in einer ersten Ausführung zwischen der Stelleinrichtung der schaltbaren Kupplungseinrichtung und dem zweiten Kupplungsteil oder der Verbindung des zweiten Kupplungsteils mit dem Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung, dem Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung oder einem mit diesem drehfest verbundenen Element, insbesondere einer Gehäusewandung angeordnet sein oder aber gemäß einer zweiten Ausführung zwischen der Stelleinrichtung und dem ersten Kupplungsteil beziehungsweise einem drehfest mit diesem verbundenen Element.
  • Die Ausbildung der zweiten Teilkupplung erfolgt zur Verringerung der Bauteilanzahl und Erhöhung der Funktionskonzentration der einzelnen Komponenten in besonders vorteilhafter Weise unter Ausnutzung von Bestandteilen der ersten Teilkupplung und/oder der Stelleinrichtung. In einer ersten Unterausführung wird die zweite Teilkupplung von einem Teil der reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden Elemente der ersten Teilkupplung gebildet. Dazu ist vorzugsweise der zweiten Teilkupplung eine eigene Stelleinrichtung zugeordnet, welche jedoch hinsichtlich der Betätigung mit der Stelleinrichtung der Hauptkupplung zwangsgekoppelt ist, um Betätigungsfehler zu vermeiden. Die Stelleinrichtung der zweiten Teilkupplung umfasst dazu ein Kolbenelement, welches vorzugsweise drehfest mit dem Kolbenelement der Stelleinrichtung der Hauptkupplung verbunden ist. Die Verbindung kann in axialer Richtung ortsfest oder mit der Möglichkeit einer Relativbewegung in axialer Richtung erfolgen.
  • Die zweite Teilkupplung kann ferner gemäß einer zweiten Unterausführung von einem Element, welches drehfest mit dem ersten oder zweiten Kupplungsteil oder einem drehfest mit diesem gekoppelten Element verbunden ist und dem jeweils anderen Kupplungsteil oder einem drehfest mit diesem verbundenen Element gebildet werden. In diesem Fall bilden die jeweiligen Bauteile einen Eingang und einen Ausgang der zweiten Teilkupplung. Die Reibpaarung bildenden Flächen können mit einer Beschichtung oder einem Belag versehen werden.
  • Die Stelleinrichtung der Hauptkupplung, insbesondere das Kolbenelement fungiert in der Öffnen-Endlage als Stelleinrichtung für die zweite Teilkupplung.
  • Demgegenüber ist es in einer vorteilhaften Weiterentwicklung unter Minimierung der Bauteilanzahl und des erforderlichen Bauraumes vorgesehen, die Stelleinrichtung drehfest mit dem ersten oder zweiten Kupplungsteil oder einem drehfest mit diesen verbundenem Element zu verbinden und die zweite Teilkupplung zwischen der Stelleinrichtung und dem jeweils anderen Kupplungsteil oder einem drehfest mit diesem verbundenen Element auszubilden. In diesem Fall fungiert die ohnehin vorhandene Stelleinrichtung gleichzeitig als Eingang oder Ausgang der zweiten Teilkupplung und als Stelleinrichtung für diese. Diese Ausführung kann ohne zusätzliche Komponenten in bereits bestehenden Kupplungseinrichtungen auf einfache Art und Weise nachgerüstet werden.
  • Bei den drehfest mit den Kupplungsteilen verbundenen Elementen handelt es sich um Anschlusselemente, beispielsweise in Form von Naben, Gehäuseteilen, Wandungen oder anderen rotierbaren Bauteilen.
  • Um in der Betriebsweise „elektrisch Fahren“ eine vollständige Öffnung der schaltbaren Kupplungseinrichtung und damit der beiden Teilkupplungen zu gewährleisten, muss im getrennten Zustand der Hauptkupplung auch die Schleppkupplung geöffnet werden. Dies wird durch Anlegen eines Druckes realisiert, der eine Aufhebung des Reibschlusses zwischen den miteinander in Wirkverbindung stehenden einzelnen Kupplungsteilen, insbesondere Eingang und Ausgang der Schleppkupplung ermöglicht. Dies kann durch eine elektrische Zusatzpumpe gewährleistet werden oder eine Steuerung des Druckmittelzuflusses zum Druckraum bei Beaufschlagung über die Getriebeölpumpe, welche auch in der elektrischen Fahrweise angetrieben wird.
  • In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung ist zwischen dem mit Druckmittel beaufschlagbarem Druckraum der schaltbaren Kupplungseinrichtung und der Kupplungsumgebung, welche dem Innenraum der schaltbaren Kupplungseinrichtung entspricht, eine strömungstechnische Verbindung vorgesehen, die in Abhängigkeit der Größe der Anpresskraft der Stelleinrichtung steuerbar ist. Um eine automatische Steuerung zu gewährleisten ist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Innenraum über die Stelleinrichtung, insbesondere Kolbenelement vorgesehen, welche im Bereich der an den zu verbindenden Kupplungsteilen wirksamen Kolbenfläche mündet und somit automatisch zu einer Verringerung des Durchflußquerschnittes mit zunehmender Betätigungskraft in Richtung Schließen der Hauptkupplung und damit der Schließen-Endlage der Stelleinrichtung durch Überdeckung führt.
  • Die Kraftübertragungsvorrichtung kann verschiedenartig ausgebildet sein. Diese umfasst einen Wandler in Form einer hydrodynamischen Komponente und eine weitere schaltbare Kupplungseinrichtung zur Umgehung des Kraftflusses über die hydrodynamische Komponente, wobei dieser ein Betriebsmittelversorgungs- und Führungssystem zugeordnet ist. Das Betriebsmittelversorgungs- und Führungssystem umfasst zumindest einen Zulauf mit in dieser integrierter Fördereinrichtung, insbesondere Getriebeölpumpe, einen Rücklauf und Leitungen und Kanäle zur Führung des Betriebsmediums über die Kraftübertragungsvorrichtung zwischen zumindest zwei Anschlüssen, über deren Ansteuerung die Strömungsrichtung innerhalb der Kraftübertragungsvorrichtung steuerbar ist. Dabei ist gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung zumindest der Anschluss zur mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckkammer der Stelleinrichtung der schaltbaren Kupplung ebenfalls mit diesem Betriebsmittelversorgungssystem koppelbar. Dadurch wird gewährleistet, dass mit zunehmendem Druck im System dieser auch an der schaltbaren Kupplungseinrichtung angelegt wird und diese rasch geschlossen wird.
  • Bei einem Antriebsstrang für ein Hybridsystem eines Fahrzeugs mit mindestens einer ersten Antriebsmaschine und einer zweiten Antriebsmaschine, die separat oder gemeinsam über eine Kraftübertragungsvorrichtung mit einem Getriebe verbindbar sind, und einer zwischen der ersten Antriebsmaschine und der Kraftübertragungsvorrichtung angeordneten schaltbaren Kupplungseinrichtung zum Trennen und Verbinden der ersten Antriebsmaschine vom Antriebsstrang ist bei offener, getrennter schaltbarer Kupplungseinrichtung eine Drehmoment übertragende Wirkverbindung von der ersten Antriebsmaschine zum Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung herstellbar.
  • In besonders vorteilhafter Weise ist dem Getriebe und/oder der Kraftübertragungsvorrichtung und/oder der schaltbaren Kupplungseinrichtung ein Betriebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem zugeordnet, umfassend zumindest eine Fördereinrichtung, insbesondere Getriebeölpumpe, die mit dem Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung mechanisch gekoppelt ist. Durch Übertragung eines Momentes an den Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung wird diese mit angetrieben und kann auch bei getrennter schaltbarer Kupplungseinrichtung relativ rasch die erforderlichen Drücke ohne Zusatzpumpe aufbauen.
  • In einer Weiterentwicklung ist bei offener, getrennter schaltbarer Kupplungseinrichtung eine Drehmoment übertragende Wirkverbindung zum Getriebe herstellbar. Dadurch kann ein Mindestmoment für bestimmte Funktionen übertragen werden. Auch ist es möglich, die Getriebeölpumpe nicht an den Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung sondern den Ausgang beziehungsweise die Getriebeeingangswelle zu koppeln. Die Anordnung wird dadurch variabler.
  • Vorzugsweise ist das bei getrennter schaltbarer Kupplungseinrichtung zum Trennen und Verbinden der ersten Antriebsmaschine vom Antriebsstrang übertragbare Drehmoment begrenzt auf ein Mindestmoment, welches geringer ist als das über die schaltbare Kupplungseinrichtung im Normalbetrieb übertragbare Moment. Dieses wird vorzugsweise im Bereich zwischen einschließlich 3 Nm und 80 Nm, bevorzugt 3Nm und 20 Nm, besonders bevorzugt 3 Nm und 10 Nm, ganz besonders bevorzugt 10Nm gewählt.
  • Die schaltbare Kupplungseinrichtung wird zur Gewährleistung der Übertragung großer Momente bei minimalem Bauraumbedarf vorzugsweise als druckmittelbetätigbare Nasskupplung ausgeführt, welche mittels eines Kühlmedienstromes in den einzelnen Betriebsweisen kühlbar ist, wobei in Abhängigkeit der Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung der Kühlmedienstrom auch aus dem Betriebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem der Kraftübertragungsvorrichtung entnehmbar ist.
  • Die schaltbare Kupplungseinrichtung zum Trennen und Verbinden der ersten Antriebsmaschine vom Antriebsstrang ist vorzugsweise derart ausgeführt und angeordnet, dass diese im offenen, getrennten Zustand mit einem geringem Druck und geringem Volumenstrom beaufschlagbar ist. Dadurch kann zum einen ein Kühlmedienstrom aus dem Druckraum der schaltbaren Kupplungseinrichtung unabhängig vom Versorgungssystem der Kraftübertragungsvorrichtung gewährleistet werden. Ferner wird durch den Druck sichergestellt, dass in der Betriebsweise „elektrisch Fahren“ der Kraftfluss über die schaltbare Kupplungseinrichtung vollständig unterbrochen ist.
  • Die Wirkverbindung zwischen Kraftübertragungsvorrichtung und Antriebsmaschine erfolgt über Mittel zur Übertragung eines vordefinierten Mindestmomentes, umfassend eine parallel zur schaltbaren Kupplungseinrichtung schaltbare Schleppkupplung. Die Schleppkupplung kann dabei in einer ersten Ausführung von einer separaten Kupplung gebildet werden. In einer weiteren, zweiten besonders vorteilhaften Ausführung wird die Schleppkupplung jedoch von Bestandteilen der schaltbaren Kupplungseinrichtung und/oder Stelleinrichtung sowie der mit diesen verbundenen Anschlusselemente gebildet. Die schaltbare Kupplungseinrichtung ist dazu gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgeführt. Die für diese genannten Vorteile gelten in Analogie.
  • Der Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass er eine hydraulisch betätigte Nasskupplung beinhaltet, welche beidseitig, das heißt bei Druckbeaufschlagung von beiden Seiten, wirksam ist. Die Fähigkeit Drehmoment zu übertragen ist dabei je nach Betätigungsrichtung stark unterschiedlich. So ist beispielsweise ein Federelement zum Öffnen der Kupplung in Hauptübertragungsrichtung vorgesehen. In dieser offenen Stellung der Hauptkupplung wird eine zusätzliche Schleppkupplung betätigt, welche trotz getrennter Kupplung genügend Drehmoment vom laufenden Verbrennungsmotor übertragen kann, um im Getriebenotlauf den Wandler und die Getriebeölpumpe anzuschleppen. Im Notlauf kann die Getriebeölpumpe also den Wandler, die Kupplung und das Getriebe mit Drucköl versorgen. Im normalen Betriebszustand, wenn keine Störung der Getriebesteuerung vorliegt, kann mit einer eventuell vorhandenen elektrischen Zusatzölpumpe bei geringem Betätigungsdruck die Schleppkupplung geöffnet werden. Der angesteuerte Druck und das zum Öffnen dienende Federelement stehen im Kräftegleichgewicht. Bei dieser Ansteuerung, welche für den Betriebsmodus „Elektrisches Fahren“ vorgesehen ist, kann gegebenenfalls auch die Nasskupplung gekühlt werden, beispielsweise mittels einer Blende im Kolben oder abhängig von dem vorliegenden nach Druckniveau. Zum Umschalten in den Betriebsmodus „Fahren mit Verbrennungsmotor“ wird der Betätigungsdruck der Nasskupplung weiter gesteigert, so dass diese schließt und das volle Drehmoment übertragen kann. Ab diesem Punkt ist keine Kühlung mehr erforderlich und kann unterbrochen werden.
  • Eine Nasskupplung in dem Antriebsstrang erzeugt in beiden Endlagen des Druckkolbens ein Reibmoment. Durch eine Federkraft wird der Kolben in die Öffnen-Endlage gebracht. In dieser Lage ist nur ein geringes Drehmoment zwischen An- und Abtrieb übertragbar. Die Schließen-Endlage wird durch Druckbeaufschlagung des Kolbens erreicht. In dieser Lage kann ein größeres Drehmoment übertragen werden. Bei einem geringen Zwischendruck steht die Druckkraft und die Federkraft im Gleichgewicht und beide Teilkupplungen sind geöffnet.
  • Das übertragbare Drehmoment der Schleppkupplung beträgt bei geöffneter Hauptkupplung etwa zwischen 3 Nm und 80 Nm. Übliche Ölpumpen benötigen ein Antriebsmoment von etwa 10 Nm, auf dieses Moment ist die Schleppkupplung bevorzugt ausgelegt.
  • Der Antriebsstrang für ein Hybridsystem ist in besonders vorteilhafter Ausführung als Antriebsstrang in einem Fahrzeug, insbesondere Landfahrzeug, zur energieoptimierten Betriebsweise geeignet.
  • Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
    • 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und die Grundfunktion eines erfindungsgemäß ausgeführten Antriebsstranges;
    • 2a bis 2d verdeutlichen in schematisiert vereinfachter Darstellung Grundausführungen einer erfindungsgemäß ausgeführten schaltbaren Kupplungseinrichtung;
    • 3 verdeutlicht in einem Ausschnitt aus einem Axialschnitt eines Antriebsstranges beispielhaft eine konstruktive Ausführung mit einer schaltbaren Kupplungseinrichtung gemäß 2a;
    • 4 verdeutlicht in einem Ausschnitt aus einem Axialschnitt eines Antriebsstranges beispielhaft eine konstruktive Ausführung mit einer schaltbaren Kupplungseinrichtung gemäß 2b;
    • 5 verdeutlicht in einem Ausschnitt aus einem Axialschnitt eines Antriebsstranges beispielhaft eine konstruktive Ausführung mit einer schaltbaren Kupplungseinrichtung gemäß 2c;
    • 6 verdeutlicht in einem Ausschnitt aus einem Axialschnitt eines Antriebsstranges beispielhaft eine konstruktive Ausführung mit einer schaltbaren Kupplungseinrichtung gemäß 2d.
  • Die 1 verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines erfindungsgemäß ausgebildeten Antriebsstranges 11 für ein Hybridsystem 12 für den Einsatz in Fahrzeugen. Dieser umfasst zumindest eine erste Antriebsmaschine 13, welche vorzugsweise in Form einer Verbrennungskraftmaschine 14, insbesondere Dieselmotor ausgeführt ist und eine weitere zweite Antriebsmaschine 15, welche zumindest als Motor und/ oder Generator betreibbare elektrische Maschine 16 ausgeführt ist. Die Kopplung der einzelnen Antriebsmaschinen 13 und 15 mit weiteren Übertragungseinheiten 17 im Antriebsstrang 11, insbesondere in Form eines Getriebes 18 und den mit diesem gekoppelten restlichen Bestandteilen des Antriebsstranges 11 erfolgt über eine Kraftübertragungsvorrichtung 19, umfassend einen mit der jeweiligen Antriebsmaschine 13, 15 koppelbaren Eingang E, zumindest einen mit dem Getriebe 18 verbundenen Ausgang A und zumindest ein Anfahrelement 9. Der Ausgang A der Kraftübertragungsvorrichtung 19 wird entweder direkt von einer Getriebeeingangswelle 21 gebildet oder ist mit dieser drehfest verbunden. Das Anfahrelement 9 ist im dargestellten Fall in einer vorteilhaften Ausführung als hydrodynamische Komponente 20 ausgebildet. Diese umfasst zumindest ein im Kraftfluss von einer der Antriebsmaschinen 13, 15 zum Getriebe 18 als Pumpenrad P fungierendes Primärrad P und ein als Turbinenrad T fungierendes Sekundärrad. Das Pumpenrad P ist dazu mechanisch mit dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 gekoppelt oder bildet mit diesem eine bauliche Einheit. Das Turbinenrad T ist wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder über weitere Übertragungselemente, hier beispielhaft einer Vorrichtung T2 zur Dämpfung von Schwingungen mit dem Ausgang A der Kraftübertragungsvorrichtung 19 verbunden. Die Kraftübertragungsvorrichtung 19 umfasst ferner eine schaltbare Kupplungseinrichtung 22 zur Umgehung der hydrodynamischen Komponente 20 im Kraftfluss, um eine Nutzung der hydrodynamischen Komponente 20 lediglich in den Bereichen hohen Wirkungsgrades zu ermöglichen und in den unwirtschaftlichen Bereichen diese zu überbrücken. In der Regel werden derartige schaltbare Kupplungseinrichtungen 22 in Form von reibschlüssigen Kupplungen, vorzugsweise in Form von Lamellenkupplungen ausgebildet, umfassend einen ersten, wenigstens mittelbar mit dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 verbundenen Kupplungsteil 22E und einen zweiten, zumindest mittelbar mit dem Ausgang A, hier über die Vorrichtung T2 zur Dämpfung von Schwingungen verbundenen Kupplungsteil 22A.
  • Der Kraftfluss kann entweder jeweils von einer der Antriebsmaschinen 13 oder 15 über die Kraftübertragungsvorrichtung 19 zum Getriebe 18 geführt werden oder aber von beiden gemeinsam, indem die beiden Antriebsmaschinen 13 und 15 parallel betrieben werden. Um eine alleinige Kraftübertragung von der zweiten Antriebsmaschine 15 zum Getriebe 18 zu ermöglichen oder im Schubbetrieb einen hohen Anteil an elektrischer Energie zur Speicherung erzeugen zu können, ist zwischen der ersten Antriebsmaschine 13, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine 14, und der Kraftübertragungsvorrichtung 19 eine Einrichtung zur wahlweisen Unterbrechung/Realisierung des Kraftflusses zwischen Antriebsmaschine 13 und Kraftübertragungsvorrichtung 19 vorgesehen, welche vorzugsweise als schaltbare Kupplungseinrichtung 1 ausgeführt ist, in besonders vorteilhafter Weise als reibschlüssige Kupplungseinrichtung in Form einer Nasskupplung. Die Kupplungseinrichtung 1 wird dabei auch als Motorkupplung bezeichnet. Diese umfasst zumindest einen ersten Kupplungsteil 1E und einen zweiten Kupplungsteil 1A, die durch eine hier nicht dargestellte Stelleinrichtung 24 wenigstens mittelbar miteinander in Wirkverbindung bringbar sind, wobei der erste Kupplungsteil 1E wenigstens mittelbar drehfest mit der ersten Antriebsmaschine 13, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine 14 verbunden ist und der zweite Kupplungsteil 1A wenigstens mittelbar drehfest mit dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19. Wenigstens mittelbar in diesem Zusammenhang bedeutet, dass die Kopplung unmittelbar direkt oder über weitere Übertragungselemente, hier beispielhaft eine Vorrichtung T1 zur Dämpfung von Schwingungen erfolgen kann. Die einzelnen Kupplungsteile 1E und 1A umfassen bei Ausführung als reibschlüssige Kupplung in Lamellenbauweise jeweils zumindest ein reibflächentragendes und/ oder reibflächenbildendes Element. Bei Ausführung als Lamellenkupplung werden die Reibflächen entweder von direkt an den einzelnen Lamellen ausgebildeten Flächenbereichen oder aber einem an diesen vorgesehen zusätzlichen Belag oder Beschichtung gebildet. Die Wirkverbindung wird über eine Stelleinrichtung 24 erzeugt, wobei diese vorzugsweise zumindest ein Kolbenelement 3 umfasst. Die Stelleinrichtung 24 dient der Betätigung der Kupplungseinrichtung 1 und ist durch zumindest zwei Grundfunktionsstellungen, der Öffnen-Endlage und der Schließen-Endlage charakterisiert, die jeweils mit dem Funktionszustand „Offen“ und „Geschlossen“ der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 korrespondieren.
  • Das Getriebe 18 umfasst in der Ausführung als Gangschaltgetriebe Schaltelemente zur Aktivierung/Deaktivierung der einzelnen, unterschiedliche Wandlungsbereiche abdeckenden Gangstufen. Diese und die hydrodynamische Komponente 20 werden über ein Betriebmittelversorgungs- und/oder Führungssystem 25, welches hier im Einzelnen nicht dargestellt ist, mit den entsprechenden Medien versorgt. Zur Förderung in die einzelnen Kammern und Druckräume ist dazu eine Fördereinrichtung, insbesondere Getriebeölpumpe 26 vorgesehen, welche mit dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 gekoppelt ist. In der Grundfunktionsstellung „Offen“ der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1, in welcher der Antriebsstrang 11 von der ersten Antriebsmaschine 13 getrennt ist, ist die schaltbare Kupplungseinrichtung 1 nicht betätigt. Beim Halten des Fahrzeuges und entkoppelter Antriebsmaschine 13 kann das Hydrauliksystem daher sogar leer laufen. Um beim Anfahren sofort den erforderliche Druck für die hydrodynamische Komponente 20 und die Stelleinrichtungen der Schaltelemente des Getriebes 18 sowie der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 zum Schließen dieser bereitzustellen, muss die Getriebeölpumpe 26 sofort angetrieben werden. Dies wird erfindungsgemäß durch Mittel 27 zur Übertragung eines Mindestmomentes zwischen Antriebsmaschine 13 und Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 zumindest vor dem Aufbau des erforderlichen Betätigungsdruckes der Stelleinrichtung 24 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 realisiert, wobei diese jedoch derart ausgelegt sind, dass das über diese übertragbare Moment begrenzt ist. Die Mittel 27 umfassen dazu zumindest eine Schleppkupplung 28, die nur ein Moment übertragen kann, welches größer oder gleich einem vordefinierten Mindestmoment ist, das geeignet ist, die Getriebeölpumpe 26, den Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 und den mit diesem gekoppelten Rotor 16.1 der elektrischen Maschine 16 sowie das Pumpenrad P der hydrodynamischen Komponente 20 anzutreiben und welches geringer ist als das über die schaltbare Kupplungseinrichtung 1 übertragbare Moment.
  • Die Schleppkupplung 28 und die schaltbare Kupplungseinrichtung 1 sind parallel geschaltet, d. h. der Kraftfluss erfolgt jeweils nur über die schaltbare Kupplungseinrichtung 1 oder die Schleppkupplung 28 zum Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19. Die Schleppkupplung 28 kann dazu als separate Kupplung zur Überbrückung von erstem und zweiten Kupplungsteil 1E und 1A der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 fungieren, indem diese das erste und zweite Kupplungsteil 1E und 1A oder zumindest die mit diesen Kupplungsteilen drehfest verbundenen Elemente miteinander verbindet. Die Schleppkupplung 28 ermöglicht einen Antrieb des Einganges E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 und der damit verbundenen Getriebeölpumpe 26 und nach dem Druckaufbau am Anfahrelement 9, insbesondere in der hydrodynamischen Komponente 20 einen Kraftfluss von der ersten Antriebsmaschine 13 zur Getriebeeingangswelle 21. Die Schleppkupplung 28 ist dazu derart ausgelegt und dimensioniert, dass diese geeignet ist, zumindest die Fördereinrichtung und gegebenenfalls den Rotor 16.1 der zweiten Antriebsmaschine 15 anzutreiben. Die Auslegung erfolgt auf ein übertragbares Mindestmoment im Bereich von 3 bis 80 Nm, bevorzugt 3 bis 30 Nm, ganz besonders bevorzugt 3 bis 20 Nm und ist begrenzt auf ein Moment, das kleiner ist, als das mit der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 übertragbare Moment.
  • Durch das übertragbare erforderliche Mindestmoment, welches derart bemessen ist, dass dieses ausreicht, zumindest einen Antrieb der Getriebeölpumpe zu gewährleisten, kann auf eine zusätzliche Pumpe und ein dieser zugeordnetes Antriebssystem im Betriebsmittelversorgungs- und Führungssystem verzichtet werden. Die gesamte Betriebs- und Steuermedienbereitstellung erfolgt über eine einzige Fördereinrichtung, wodurch neben der Einsparung der Zusatzpumpe auch die Leitungsverbindungen optimierbar sind.
  • Die Betätigung der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 und der Schleppkupplung 28 erfolgt vorzugsweise zwangsgekoppelt. D.h. beim Öffnen der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 wird die Schleppkupplung 28 geschlossen und umgekehrt. Vorzugsweise werden dazu die Stelleinrichtungen 24 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 und die Stelleinrichtung 29 der Schleppkupplung 28 zwangsgekoppelt, in einer besonders vorteilhaften Ausführung von den gleichen Elementen gebildet.
  • In besonders vorteilhafter Ausführung erfolgt die Ausbildung der Schleppkupplung 28 unter Ausnutzung von Komponenten der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1, der zu dieser gehörenden Stelleinrichtung 24 und den mit diesen drehfest verbundenen Elementen. Die schaltbare Kupplungseinrichtung 1 umfasst dazu zwei Teilkupplungen 40.1 und 40.2, eine erste Teilkupplung 40.1, welche als Hauptkupplung fungiert und eine zweite Teilkupplung 40.2, die die Schleppkupplung 28 bildet. Im Einzelnen fungieren die reibflächentragenden- und/oder reibflächenbildenden Elemente der ersten und zweiten Kupplungsteile 1E, 1A als Hauptkupplung 40.1.
  • Dazu sind unterschiedliche Ausführungen denkbar. Die 2a bis 2d verdeutlichen in schematisiert stark vereinfachter Darstellung grundsätzliche Möglichkeiten der Anordnung und Ausbildung einer Schleppkupplung 28 als Teilkupplung 40.2 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1. Die 3 bis 6 zeigen anhand von Ausschnitten aus einem Hybridsystem, zwei jeweils mögliche konstruktive Ausführungen, der in den 2a bis 2d dargestellten Prinzipien. Der übrige Aufbau der kombinierten Kraftübertragungs- und Anfahreinheit 30 ist beispielhaft, wobei die Figuren eine besonders vorteilhafte Ausführung wiedergegeben.
  • Die 2a verdeutlicht eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Anordnung einer Schleppkupplung 28 als Teilkupplung 40.2 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1. Dargestellt sind der erste Kupplungsteil 1E und der zweite Kupplungsteil 1A, umfassend jeweils einen Lamellenträger und an diesen in axialer Richtung verschiebbar geführte und drehfest mit diesen verbundene reibflächentragende und/oder reibflächenbildende Elemente in Form von Lamellen. Beispielhaft ist hier der erste Kupplungsteil 1E, der mit der ersten Antriebsmaschine 13 verbunden ist, als Innenlamellenträger mit Innenlamellen ausgeführt, während der zweite Kupplungsteil 1A vom Außenlamellenträger und Außenlamellen gebildet wird, wobei dieser gleichzeitig Bestandteil eines Gehäuses 36 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 ist. Der zweite Kupplungsteil 1A ist drehfest mit dem Eingang E der nicht dargestellten Kraftübertragungsvorrichtung 19 verbunden oder bildet diesen. Die Schleppkupplung 28 wird von einem Teil der reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden Elemente der Hauptkupplung gebildet, insbesondere des ersten und zweiten Kupplungsteils 1E, 1A. Die Stelleinrichtung 24 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1, insbesondere der ersten Teilkupplung 40.1 in Form des Kolbenelementes 3 ist drehfest mit dem zweiten Kupplungsteil 1A der Hauptkupplung beziehungsweise einem drehfest mit diesem verbundenen Element verbunden, jedoch in axialer Richtung verschiebbar an diesem unter Ausbildung eines mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckraumes 38 geführt. Zur Beaufschlagung des Kolbenelementes 3 zur Bewegung in die Öffnen-Endlage ist eine Betätigungseinrichtung vorgesehen, welche eine Betätigungskraft ausübt. Die resultierende Kraft FBres, welche sich aus der Betätigungskraft am Kolbenelement 3 in Richtung der Öffnen-Endlage und der an der gegenüberliegenden Kolbenstirnseite im Druckraum 38 erzeugten Kraft ergibt, bewirkt die Verschiebung des Kolbenelementes 3 in diese Funktionsstellung. Zur Betätigung der Schleppkupplung 28 ist ebenfalls eine Stelleinrichtung 29 vorgesehen, umfassend ein Kolbenelement 31, welches vorzugsweise drehfest mit dem Kolbenelement 3 verbunden ist, ebenfalls am zweiten Kupplungsteil 1A oder einem drehfest mit diesem verbundenen Element in axialer Richtung verschiebbar geführt ist und von der Kraft FBres zum Schließen der Schleppkupplung 28 beaufschlagt wird. Da die Stelleinrichtung 29 und der Eingang 28E der Schleppkupplung 28, der von einem Element des ersten, mit Drehzahl der ersten Antriebsmaschine 13 rotierenden Kupplungsteiles 1E der Hauptkupplung gebildet wird, mit unterschiedlicher Drehzahl rotieren, wird zwischen der Stelleinrichtung 29, insbesondere dem Kolbenelement 31 und dem reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden Element des ersten Kupplungsteils 1E eine Reibpaarung gebildet.
  • Demgegenüber verdeutlichen die 2b bis 2d jeweils Ausführungen der Schleppkupplung 28 frei von der Ausnutzung der reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden Elemente der als Hauptkupplung fungierenden Teilkupplung 40.1.
  • 2b verdeutlicht die Möglichkeit der Ausbildung der Schleppkupplung 28 zwischen der Stelleinrichtung 24, insbesondere dem Kolbenelement 3 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1, welche zu diesem Zweck drehfest und in axialer Richtung verschiebbar mit dem zweiten Kupplungsteil 1A oder einem mit diesem drehfest verbundenen Element verbunden ist, und dem ersten Kupplungsteil 1E beziehungsweise einem drehfest mit diesem verbundenen Element. Die Stelleinrichtung 24, insbesondere das Kolbenelement 3 der Hauptkupplung fungiert gleichzeitig als Stelleinrichtung 29 der Schleppkupplung 28 und in vorteilhafter Weise gleichzeitig als Ausgang 28A der Schleppkupplung 28. Die Zwangskopplung zwischen der Betätigung der ersten und der zweiten Teilkupplung 40.1 und 40.2 wird hier durch die genannte hohe Funktionskonzentration im Kolbenelement 3 verwirklicht.
  • Die 2c verdeutlicht eine Weiterentwicklung gemäß Figur 2b, wobei hier die Schleppkupplung 28 zwischen dem zweiten Kupplungsteil 1A der als Hauptkupplung fungierenden Teilkupplung 40.1 oder einem drehfest mit diesem drehfest verbundenen Element und dem ersten Kupplungsteil 1E beziehungsweise einem drehfest mit diesem verbundenen und in axialer Richtung verschiebbar an diesem geführten Element gebildet wird. Die Stelleinrichtung 24, insbesondere das Kolbenelement 3 der Hauptkupplung fungiert gleichzeitig als Stelleinrichtung 29 der Schleppkupplung 28 und ist in vorteilhafter Weise drehfest, jedoch in axialer Richtung relativ verschiebbar mit dem zweiten Kupplungsteil 1A der Hauptkupplung verbunden.
  • Die 2d verdeutlicht eine alternative Ausführung zu 2b mit Ausbildung der Schleppkupplung 28 zwischen der Stelleinrichtung 24 der Hauptkupplung, insbesondere dem Kolbenelement 3 und dem zweiten Kupplungsteil 1A der Hauptkupplung oder einem drehfest mit diesem verbundenen Element. Dazu ist die Stelleinrichtung 24 in axialer Richtung verschiebbar und drehfest mit dem ersten Kupplungsteil 1E oder einem drehfest mit diesem verbundenen Element gekoppelt. Die Stelleinrichtung 24, insbesondere das Kolbenelement 3 der Hauptkupplung fungiert als Stelleinrichtung 29 der Schleppkupplung 28 und in vorteilhafter Weise gleichzeitig als Eingang 28E der Schleppkupplung 28. Die Zwangskopplung zwischen der Betätigung der ersten und der zweiten Teilkupplungen 40.1 und 40.2 wird hier durch die genannte hohe Funktionskonzentration verwirklicht.
  • Die 3 bis 6 verdeutlichen mögliche konstruktive Ausführungen der in den 2a bis 2d dargestellten Möglichkeiten. Gleiche oder gleichartige Bauteile in den Figuren weisen gleiche Bezugszeichen auf.
  • Erkennbar ist in den 3 bis 6 die Antriebswelle der ersten Antriebsmaschine 13, insbesondere die Motorantriebswelle sowie die Getriebeeingangswelle 21 und die dazwischen angeordnete kombinierte Kraftübertragungs- und Antriebseinheit 30 aus schaltbarer Kupplungseinrichtung 1 und Kraftübertragungsvorrichtung 19. Ferner dargestellt ist die zweite Antriebsmaschine 15 in Form der als Motor und/oder Generator betreibbaren elektrischen Maschine 16. Deren Rotor 16.1 ist im dargestellten Fall drehfest mit dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 verbunden ist, während, wie bereits ausgeführt, die erste Antriebsmaschine 13 mit der Kraftübertragungsvorrichtung 19 über die schaltbare Kupplungseinrichtung 1 drehfest verbindbar ist oder aber von dieser getrennt werden kann. Der Antrieb erfolgt jeweils für sich allein wahlweise über eine der Antriebsmaschinen 13, 15 oder auch parallel über beide. Die elektrische Maschine 16 ist dazu zumindest als Motor, vorzugsweise auch als Generator betreibbar. Je nach Betriebsweise der elektrischen Maschine 16 ergeben sich dabei unterschiedliche Funktionen, wobei im motorischen Betrieb die Funktion als Startergenerator oder aber die Funktion einer Leistungseinspeisung zusätzlich zur ersten Antriebsmaschine 13 gegeben ist, während im Bremsbetrieb oder Schubbetrieb die elektrische Maschine 16 vorzugsweise als Generator betrieben wird und eine Einspeisung der in elektrische Energie umgewandelten mechanischen Energie in einen Energiespeicher oder ein Verbrauchsnetz erfolgen kann.
  • Die Kraftübertragungsvorrichtung 19 umfasst, wie bereits ausgeführt, eine hydrodynamische Komponente 20 und eine schaltbare Kupplungseinrichtung 22. Über die hydrodynamische Komponente 20 kann dabei im geöffneten Zustand der schaltbaren Kupplungseinrichtung 22 ein erster Leistungszweig realisiert werden, während bei geschlossener schaltbarer Kupplungseinrichtung 22 die Leistungsübertragung über einen zweiten, vorzugsweise mechanischen Leistungszweig realisiert wird. Die schaltbare Kupplungseinrichtung 22 ist vorzugsweise als reibschlüssige Kupplung ausgebildet. In diesem Fall ist ferner eine parallele Leistungsübertragung sowohl über die schaltbare Kupplungseinrichtung 22 als auch über die hydrodynamische Komponente 20 möglich. In einer alternativen Ausführung ist die schaltbare Kupplungseinrichtung als synchron schaltbare Kupplung ausführbar.
  • Die hydrodynamische Komponente 20 ist in besonders vorteilhafter Weise als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler ausgebildet. Dieser dient der gleichzeitigen Wandlung von Drehzahl und Drehmoment in einem vordefinierbaren Verhältnis zueinander. Der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler umfasst zumindest ein im Kraftfluss von einer der Antriebsmaschinen 13, 15 zum Getriebe 18 als Pumpenrad P fungierendes Primärrad und ein als Turbinenrad T fungierendes Sekundärrad sowie zumindest ein Reaktionsglied in Form eines hier nicht dargestellten Leitrades, welches ortsfest oder aber drehbar gelagert sein kann. Ferner ist es denkbar, die hydrodynamische Komponente 20 auch als hydrodynamische Kupplung auszubilden. In diesem Fall umfasst diese zumindest ein als Pumpenrad P fungierendes Primärrad und ein als Turbinenrad T fungierendes Sekundärrad. Die hydrodynamische Kupplung ist frei von einem Leitrad und dient lediglich der Drehzahlwandlung bei unverändert übertragenem Moment. Das Pumpenrad P und der erste Kupplungsteil 22E der schaltbaren Kupplungseinrichtung 22 sind mit dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung drehfest verbunden oder bilden eine integrale Einheit. Der zweite Kupplungsteil 22A und das Turbinenrad T sind wenigstens mittelbar, hier beispielhaft über eine Vorrichtung T2 zur Dämpfung von Schwingungen mit dem Ausgang A der Kraftübertragungsvorrichtung 19 beziehungsweise der Getriebeeingangswelle 21 verbunden.
  • Bei der dargestellten Ausführung ist es möglich, die einzelnen Komponenten in Form von vormontierten Einheiten zusammenzufügen. Dabei können die elektrische Maschine, die Kraftübertragungsvorrichtung 19 sowie die Kupplungseinrichtung 1 als kombinierte Anfahr- und Kraftübertragungsvorrichtung 30 ausgebildet sein, die zwischen der ersten Antriebsmaschine 13 und dem Getriebe 18 im Kraftfluss integrierbar ist. Die Kraftübertragungsvorrichtung 19 ist aufgrund ihrer Funktionsweise als nass laufende Einrichtung ausgebildet, insbesondere aufgrund der hydrodynamischen Komponente 20. Die Einrichtung in Form der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 ist vorzugsweise ebenfalls als nass laufende Kupplungseinrichtung ausgeführt, das heißt, die an der Leistungsübertragung beteiligten Komponenten sind zumindest während ihrer Betriebsweise von einem Betriebsfluid, insbesondere Öl umgeben. Dieses kann auch bei Nichtaktivierung zumindest teilweise in diesen Komponenten verbleiben.
  • Die konstruktive Ausführung der Kraftübertragungsvorrichtung 19 erfolgt in der Regel derart, dass diese kein eigenständiges Gehäuse aufweist, sondern die Pumpenradschale PS, welche am Pumpenrad P ausgebildet ist, drehfest mit einer Gehäuseglocke 34 verbunden wird, die sich in axialer Richtung unter Ausbildung eines Zwischenraumes 35 zur Aufnahme der schaltbaren Kupplungseinrichtung 22 erstreckt, wobei je nach Ausgestaltung die Gehäuseglocke 34 derart ausgeführt sein kann, dass diese bei Ausführung der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 als Nasskupplung das Gehäuse 36 dieser mit bildet. In diesem Fall ist lediglich innerhalb der Gehäuseglocke 34 eine Zwischenwandung zur Unterteilung der einzelnen Druckräume zwischen Kraftübertragungsvorrichtung 19 und schaltbarer Kupplungseinrichtung 1 vorzusehen, welche auch als Druckraumtrennung 6 bezeichnet wird. Andernfalls ist es denkbar, die Gehäuseglocke 34 separat lediglich für die Kraftübertragungsvorrichtung 19 auszubilden, welche jedoch drehfest mit dem, den zweiten Kupplungsteil 1A bildenden, oder tragenden Gehäuse 36 für die schaltbare Kupplungseinrichtung 1 verbunden ist.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ist in besonders vorteilhafter Weise in einer Ausführung eines Antriebsstranges 11 in Form eines Hybridsystems 12 mit einer Kraftübertragungsvorrichtung 19 in Zweikanalbauweise einsetzbar. Dies bedeutet, dass diese zumindest zwei Anschlüsse A1 und A2 aufweist und die Betriebsmittelführung in den einzelnen Betriebsweisen derart erfolgt, dass die Betätigung der schaltbaren Kupplungseinrichtung 22 über die Druckverhältnisse an den beiden Anschlüssen A1, A2 steuerbar ist. Der erste Anschluss A1 ist mit einem von der hydrodynamischen Komponente 20 gebildeten Arbeitsraum verbunden, während der zweite Anschluss A2 mit einem zwischen dem Außenumfang der hydrodynamischen Komponente 20 und der Kopplung des Pumpenrades P mit dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 verbundenen Gehäuseglocke 34 gebildeten Zwischenraum 35 verbunden ist. Je nach Betriebsweise der Kraftübertragungsvorrichtung 19 wird die hydrodynamische Komponente 20 dabei entweder zentripedal oder zentrifugal durchströmt. Im ersten Fall erfolgt die Betriebsmittelführung quasi über den zweiten Anschluss A2 zwischen den einzelnen Kupplungsteilen 22A und 22E der schaltbaren Kupplungseinrichtung 22 unter Erzeugung eines entsprechenden Öffnungsdruckes für die Kupplungseinrichtung 22 zum Außenumfang der hydrodynamischen Komponente 20 unter Befüllung dieser und Erzeugung eines Strömungskreislaufes im Arbeitsraum. In der zweiten Betriebsweise der Kraftübertragungsvorrichtung 19 wird die hydrodynamische Komponente zentrifugal durchströmt, wobei der Druck an der Stelleinrichtung der schaltbaren Kupplungseinrichtung 12 erhöht wird und die schaltbare Kupplungseinrichtung 22 geschlossen wird. Beide Betriebsweisen können sowohl mit der ersten Antriebsmaschine 13 als auch der zweiten Antriebsmaschine 15 gefahren werden. In einer hier nicht dargestellten Weiterentwicklung kann die Kraftübertragungsvorrichtung 19 auch in Dreikanalbauweise ausgeführt sein. In diesem Fall kann die Stelleinrichtung der schaltbaren Kupplungseinrichtung 22 über einen, dieser zugeordneten, mit einem beliebigen Druck beaufschlagbaren Druckraum betätigt werden.
  • Gemäß einer ersten in 3 dargestellten Ausführung entsprechend 2a wird zumindest ein Teil der reibflächentragenden- und/oder reibflächenbildenden Elemente, insbesondere Lamellen der einzelnen Kupplungsteile 1E und 1A zur Übertragung eines vordefinierten Mindestmomentes genutzt. Dazu werden diese mechanisch in Richtung Öffnen-Endlage der Stelleinrichtung 24 der als Hauptkupplung fungierenden Teilkupplung 40.1, insbesondere dem Kolbenelement 3 gedrückt und damit entgegen der Betätigungsrichtung beim Schließen der Hauptkupplung der Kupplungseinrichtung 1. Die Stelleinrichtung 29 der zweiten Teilkupplung 40.2 in Form der Schleppkupplung 28 umfasst ein Kolbenelement 31 und eine Einrichtung 39 zum Aufbringen der Betätigungskraft am Kolbenelement 31. Die Kraft zur Betätigung wird im einfachsten Fall mittels einer Einrichtung in Form einer Federeinheit 2 aufgebracht. Dabei sind das Gehäuse 36 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1, das Kolbenelement 3 und die Federeinheit 2 im Kraftfluss wandlerseitig, das heißt mit dem Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 gekoppelt ausgeführt. Die Federeinheit 2 zum Öffnen des Kolbenelementes 3 drückt dabei nicht direkt gegen das Kolbenelement 3 der Hauptkupplung, sondern auf ein Zwischenstück 7, welches als Kolbenelement 31 für die zweite Teilkupplung 40.2 fungiert. Der Eingang 28E der Schleppkupplung 28 wird von einem in radialer Richtung in Richtung zur Rotationsachse R verlängert ausgeführten reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden Element, insbesondere einer Lamelle des ersten Kupplungsteils 1E der Hauptkupplung gebildet. Der Ausgang 28A der Schleppkupplung 28 wird dann von zumindest einem reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden Element des zweiten Kupplungsteils 1A der Hauptkupplung gebildet, hier zumindest von der Randlamelle 8 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 und einem mit diesem drehfest verbundenen Element, insbesondere dem Gehäuse 36. Die Randlamelle 8 stützt sich hier an einer drehfest mit dem Gehäuse 36 verbundenen Wandung, insbesondere Druckraumabtrennung 6 zwischen einem, das Kolbenelement 3 zum Schließen mit Druckmittel über zumindest einen Anschluss A3 beaufschlagbaren Druckraum 38 und den Druckräumen der Kraftübertragungsvorrichtung 19 ab.
  • Durch die Axialkraft der Federeinheit 2, welche vorzugsweise in Form einer Tellerfeder ausgebildet ist, wird im dargestellten Fall ein Schleppmoment zumindest an zwei miteinander in Wirkverbindung bringbaren reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden Elementen der miteinander in Wirkverbindung bringbaren Kupplungsteile 1E und 1A der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 erzeugt, welche einen Durchtrieb zum Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 und damit zu dem mit diesem gekoppelten Pumpenrad P der hydrodynamischen Komponente 20 sowie der mit dem Pumpenrad P direkt gekoppelten Fördereinrichtung, insbesondere Getriebeölpumpe 26 ermöglicht.
  • Das das Kolbenelement 31 bildende Zwischenstück 7 ist in axialer Richtung verschiebbar am Kolbenelement 3 der Stelleinrichtung 24 geführt. Ein Anschlag 10 zwischen dem Zwischenstück 7 und dem Kolbenelement 3 stellt dabei sicher, dass das Kolbenelement 3 von der Federeinheit 2 verschoben werden kann und die vom Zwischenstück 7 zur Ausbildung einer Reibpaarung zwischen Zwischenstück und einem reibflächentragenden Element des ersten Kupplungsteils 1E gebildete Lamelle 4 nicht gegen das Kolbenelement 3 gedrückt wird. Ferner stellen hier nicht dargestellte Verdrehsicherungen sicher, dass das Kolbenelement 3, das Zwischenstück 7 und die Federeinheit 2 mit der Drehzahl des Einganges E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 und damit des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers, insbesondere des Pumpenrades P, rotieren.
  • Im Normalbetriebszustand, das heißt bei Druckbeaufschlagung der Stelleinrichtung 24, insbesondere des Kolbenelementes 3 und der von der schaltbaren Kupplung 1, insbesondere den einzelnen Lamellen abgewandten Kolbenseite, ist es erforderlich, den Druck im Druckraum 38 derart auszubilden, dass dieser die Kraft der Federeinheit 2 bei Betätigung überwindet.
  • In einer Weiterentwicklung ist es vorgesehen, wie in der 4 anhand einer Ausführung gemäß 2b dargestellt, die schaltbare Kupplungseinrichtung 1 mit ungerader Anzahl an reibflächentragenden oder reibflächenbildenden Elementen auszuführen. Auch hier ist eine Federeinheit 2 als Einrichtung 39 vorgesehen, die jedoch derart angeordnet und ausgeführt ist, dass sie das Kolbenelement 3 in die Öffnen-Endlage zieht, in welcher die von den reibflächentragenden und reibflächenbildenden Elementen der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 abgewandte Kolbenstirnseite mit daran angebrachter oder ausgebildeter Reibfläche 4 gegen ein mit Drehzahl der ersten Antriebsmaschine 13, insbesondere Motordrehzahl rotierendes Bauteil 5 verbracht wird. Die Schleppkupplung 28 wird zwischen Kolbenelement 3 und dem mit dem ersten Kupplungsteil 1E drehfest verbundenen Element, insbesondere einer Nabe gebildet und erzeugt das für den Notlauf erforderliche Reibmoment. Das Bauteil 5 bildet den Eingang 28E und die Stelleinrichtung 24, insbesondere das Kolbenelement 3 den Ausgang 28A und gleichzeitig auch die Stelleinrichtung 29 für die Schleppkupplung 28. In diesem Fall erfolgt dabei die Kraftübertragung von Seiten des Eingangs der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 unter Ausnutzung der Stelleinrichtung 24 zum Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19.
  • Wird der Druckraum 38 mit einem geringem Druck beaufschlagt, wird das Kolbenelement aus der Öffnen-Endlage in eine Zwischenlage bewegt, in welcher ein reibungsfreier Betrieb möglich ist. Bei höherem Druck wird die Teilkupplung 40.1 geschlossen, indem das Kolbenelement 3 in die Schließen-Endlage verschoben wird.
  • Demgegenüber verdeutlicht die 5 eine Weiterentwicklung einer Ausführung gemäß 4 entsprechend einer Ausführung in Figur 2c, wobei jedoch die Reibpaarung der eigentlichen Schleppkupplung 28 nicht an der Kolbenrückseite gebildet wird, sondern von einer mit dem ersten Kupplungsteil 1E drehfest verbundenen Element, insbesondere mit der Motorseite drehfest verbundenen Lamelle mit zwei Reibbelägen 4 und einem mit dem zweiten Kupplungsteil 1A drehfest verbundenen Element, insbesondere Gehäuse 36 oder Druckraumtrennung 6. Auch hier wird die Schleppkupplung 28 zwischen der Stelleinrichtung 24 und der Kraftübertragungsvorrichtung 19 erzeugt. Das Kolbenelement 3 kann in diesem Fall drehfest mit dem zweiten Kupplungsteil 1A verbunden werden und in axialer Richtung an diesem verschiebbar geführt, wobei die Führung im Bereich des Innenumfanges frei von einer drehfesten Verbindung in axialer Richtung verschiebbar an einem mit dem ersten Kupplungsteil 1E gekoppelten Element erfolgt. Das Kolbenelement 3 bildet die Stelleinrichtung 24 und 29. Der Eingang 28E der Schleppkupplung 28 wird vom drehfest mit dem Kupplungsteil 1E verbundenen Element, insbesondere dem Bauteil 5 in Form einer Nabe und der drehfest mit dieser verbundenen reibflächenbildenden Lamelle gebildet. Der Ausgang 28A wird vom Gehäuse 36, insbesondere der die Druckraumtrennung 6 bildenden Wandung gebildet.
  • Verdeutlicht die 5 eine Ausführung, bei welcher das Kolbenelement 3 drehfest mit dem Ausgang der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 verbunden ist, insbesondere am Außenlamellenträger geführt ist, verdeutlicht die 6 eine Weiterentwicklung, bei welcher der Reibschluss zwischen einer den Eingang E der Kraftübertragungsvorrichtung 19 bildenden Wandung, insbesondere Druckraumtrennung 6 und dem ersten Kupplungsteil 1E der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1gebildet wird, wobei hier die Stelleinrichtung 24 in Form des Kolbenelementes 3 im Wesentlichen zur Erzielung des Reibschlusses als Stelleinrichtung 29 und Eingang 28E der Schleppkupplung ausgenutzt wird. Dabei wird beispielhaft die Kupplungseinrichtung 1 mit ungerade Reibbelaganzahl ausgebildet, das Kolbenelement 3 ist drehfest mit den antriebsmaschinenseitigen Bauelementen, insbesondere einem drehfest mit der Verbrennungskraftmaschine 14 gekoppelten Element 5 verbunden, sowie auch die dazugehörigen Reiblamellen, welche vorzugsweise direkt am Kolbenelement 3 ausgebildet sind. Die Einrichtung 39 bildende Federeinheit 2 drückt das Kolbenelement 3 in die Öffnen-Endlage, in welcher ein an der von den einzelnen Lamellen abgewandten Kolbenrückseite angebrachter Reibbelag 4 gegen ein mit Wandlerdrehzahl laufendes Bauteil, insbesondere die Gehäusewandung beziehungsweise Druckraumtrennung 6 reibt. Somit wird das für den Notlauf erforderliche Reibmoment erzeugt. Wird der Kolbenraum 38 und damit das Kolbenelement 3 mit einem geringen Druck beaufschlagt, wird die Reibpaarung aufgehoben, so dass ein reibungsfreier Betrieb möglich ist. Bei höherem Druck wird die motorseitige Kupplung 1 geschlossen.
  • Bei allen Ausführungen ist die erfindungsgemäße Lösung dadurch charakterisiert, dass zur Realisierung eines geringen übertragbaren für den Notlauf erforderlichen Mindestmomentes die schaltbare Kupplungseinrichtung 1 nicht geschlossen ist, sondern sich in der Position „Öffnen“ befindet, wobei in dieser Position jedoch eine weitere Teilkupplung 40.2 aktiviert wird, welche unter Ausnutzung der Bestandteile der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1, insbesondere der einzelnen miteinander in Wirkverbindung bringbaren Reibflächen tragenden und/oder Reibflächen bildenden Elemente der einzelnen Kupplungsteile 1E, 1A und der mit diesen drehfest verbundenen Elemente sowie der Stelleinrichtung 24 ausgebildet werden. Dabei kann der Aufwand zur Ausbildung der weiteren zweiten Kupplungseinrichtung in Form einer sogenannten Schleppkupplung 28 minimal gehalten werden. In der Regel sind lediglich einige Zusatzelemente erforderlich, die der Realisierung dieser Funktion dienen.
  • In allen Figuren ist ferner eine besonders vorteilhafte Ausführung zur Bereitstellung eines Kühlölstromes vorgesehen. Zwischen dem mit Druckmittel beaufschlagbarem Druckraum 38 der Stelleinrichtung 24 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 und der Kupplungsumgebung, welche dem Innenraum 33 der schaltbaren Kupplungseinrichtung 1 entspricht, eine strömungstechnische Verbindung 37 vorgesehen, deren Durchflußquerschnitt in Abhängigkeit der Größe der Anpresskraft der Stelleinrichtung 24 steuerbar ist. Um eine automatische Steuerung zu gewährleisten ist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Verbindung zwischen dem Druckraum 38 und dem Innenraum 33 über die Stelleinrichtung 24, insbesondere das Kolbenelement 3 vorgesehen, welche im Bereich der an den zu verbindenden Kupplungsteilen wirksamen Kolbenfläche 32 mündet und somit automatisch eine Verringerung des Durchflußquerschnittes mit zunehmender Betätigungskraft in Richtung Schließen der Hauptkupplung und damit der Schließen-Endlage der Stelleinrichtung 24 durch Überdeckung stattfindet. Eine derartige Ausführung ist beispielhaft in den 3 und 6 dargestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    schaltbare Kupplungseinrichtung, insbesondere Nasskupplung
    1E
    erster Kupplungsteil
    1A
    zweiter Kupplungsteil
    2
    Federeinheit
    3
    Kolbenelement
    4
    Lamelle
    5
    Bauteil
    6
    Druckraumtrennung
    7
    Zwischenstück
    8
    Randlamelle
    9
    Anfahrelement
    10
    Anschlag
    11
    Antriebsstrang
    12
    Hybridsystem
    13
    erste Antriebsmaschine
    14
    Verbrennungskraftmaschine
    15
    zweite Antriebsmaschine
    16
    elektrische Maschine
    16.1
    Rotor der elektrischen Maschine
    17
    Übertragungseinheit
    18
    Getriebe
    19
    Kraftübertragungsvorrichtung
    20
    hydrodynamische Komponente
    21
    Getriebeeingangswelle
    22
    schaltbare Kupplungseinrichtung
    22A
    zweite Kupplungsteil
    22E
    erste Kupplungsteil
    24
    Stelleinrichtung
    25
    Betriebsmittelversorgungs-und/oder Führungssystem
    26
    Fördereinrichtung, insbesondere Getriebeölpumpe
    27
    Mittel zur Übertragung eines Mindestmomentes
    28
    Schleppkupplung
    28E
    Eingang der Schleppkupplung
    28A
    Ausgang der Schleppkupplung
    29
    Stelleinrichtung
    30
    kombinierte Kraftübertragungs- und Anfahreinheit
    31
    Kolbenelement
    32
    wirksame Kolbenfläche
    33
    Innenraum
    34
    Gehäuseglocke
    35
    Innenraum
    36
    Gehäuse
    37
    strömungstechnische Verbindung
    38
    Druckraum
    39
    Einrichtung zur Erzeugung einer Betätigungskraft zum Öffnen der Kupplungseinrichtung
    40.1, 40.2
    Teilkupplungen
    E
    Eingang
    A
    Ausgang
    R
    Rotationsachse
    P
    Pumpenrad
    T
    Turbinenrad
    L
    Leitrad
    A1, A2, A3
    Anschlüsse
    T1, T2
    Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen
    FBres
    resultierende Kraft
    PS
    Pumpenradschale

Claims (31)

  1. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) zum Trennen und Verbinden einer ersten Antriebsmaschine (13) von einem Antriebsstrang (11), wobei die schaltbare Kupplungseinrichtung (1) aufweist: eine mit Druckmittel betätigbare Stelleinrichtung (24); eine eine Hauptkupplung bildende erste Teilkupplung (40.1); und eine Schleppkupplung (28) bildende zweite Teilkupplung (40.2), wobei die erste Teilkupplung (40.1) und die zweite Teilkupplung (40.2) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass jede geeignet ist, jeweils in einer durch den geöffneten Zustand der ersten Teilkupplung (40.1) charakterisierten Öffnen-Endlage der Stelleinrichtung (24) und einer durch den geschlossenen Zustand der ersten Teilkupplung (40.1) charakterisierten Schließen-Endlage der Stelleinrichtung (24) ein Reibmoment zu erzeugen, die erste Teilkupplung (40.1) einen mit einer Antriebsmaschine (13) koppelbaren ersten Kupplungsteil (1E) und einen mit einem Abtrieb koppelbaren, reibflächentragende und/oder reibflächenbildende Elemente aufweisenden zweiten Kupplungsteil (1A) aufweist, der erste Kupplungsteil (1E) und der zweite Kupplungsteil (1A) über die Stelleinrichtung (24) miteinander wenigstens mittelbar in Wirkverbindung bringbar sind, die Stelleinrichtung (24) ein Kolbenelement (3) aufweist, das unter Ausbildung eines mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckraums (38) wenigstens mittelbar drehfest mit einem des ersten Kupplungsteils (1E) und des zweiten Kupplungsteils (1A) verbunden und in axialer Richtung verschiebbar geführt ist; und dem Kolbenelement (3) eine Einrichtung (39) zum Erzeugen einer mechanischen Betätigungskraft zugeordnet ist, die der in dem Druckraum (38) erzeugbaren Druckkraft entgegen gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teilkupplung (40.2) eine weitere Stelleinrichtung (29) aufweist, die mit der Stelleinrichtung (24) der ersten Teilkupplung (40.1) hinsichtlich der Betätigung zwangsgekoppelt ist.
  2. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilkupplung (40.1) und die zweite Teilkupplung (40.2) parallel schaltbar sind.
  3. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Öffnen-Endlage der Stelleinrichtung (24) betätigbare zweite Teilkupplung (40.2) derart ausgeführt und ausgelegt ist, dass mit dieser ein geringeres Drehmoment übertragbar ist als mit der betätigten ersten Teilkupplung (40.1) in der Schließen-Endlage der Stelleinrichtung (24).
  4. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das übertragbare Drehmoment der in der Öffnen-Endlage der Stelleinrichtung (24) betätigten zweiten Teilkupplung (40.2) zwischen 3 Nm und 80 Nm, vorzugsweise 3Nm bis 20Nm, besonders bevorzugt 10 Nm beträgt.
  5. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (3) mittels einer mechanischen Vorspannkraft in die Öffnen-Endlage der Stelleinrichtung (24) verschiebbar ist.
  6. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (3) durch Druckbeaufschlagung mit einem Druckmittel in die Schließen-Endlage verschiebbar ist.
  7. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilkupplung (40.1) und die zweite Teilkupplung (40.2) derart ausgelegt und angeordnet sind, dass durch Druckbeaufschlagung des Kolbenelements (3) die an diesem erzeugte Druckkraft derart einstellbar ist, dass diese in einer durch die Öffnung der ersten Teilkupplung (40.1) und der zweiten Teilkupplung (40.2) charakterisierten Zwischenstellung zwischen der Öffnen-Endlage der Stelleinrichtung (24) und der Schließen-Endlage der Stelleinrichtung (24) mit der mechanischen Vorspannkraft im Gleichgewicht steht.
  8. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (39) zum Erzeugen einer mechanischen Betätigungskraft ein Vorspannelement aufweist, das in Abhängigkeit der Anordnung und zu erzeugenden Kraftrichtung als eine Zugfedereinrichtung, eine Druckfedereinrichtung oder eine Tellerfedereinrichtung ausgeführt ist und zwischen der Stelleinrichtung (24) und einem des ersten Kupplungsteils (1E) und des zweiten Kupplungsteils (1A) oder einem drehfest mit diesen verbundenen Element angeordnet ist.
  9. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Stelleinrichtung (29) der zweiten Teilkupplung (40.2) von der Stelleinrichtung (24) der ersten Teilkupplung (40.1) gebildet ist.
  10. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teilkupplung (40.2) zumindest teilweise von den reibflächentragenden und/oder reibflächenbildenden Elementen der ersten Teilkupplung (40.1) gebildet ist.
  11. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teilkupplung (40.2) von einem Element (5, 6), welches drehfest mit einem des ersten Kupplungsteils (1E) und des zweiten Kupplungsteils (1A) oder einem drehfest mit diesem gekoppelten Element verbunden ist, und dem anderen des ersten Kupplungsteils (1E) und des zweiten Kupplungsteils (1A) oder einem drehfest mit diesem verbundenen Element (6, 5) gebildet ist.
  12. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (24) drehfest mit einem des ersten Kupplungsteil (1E) und des zweiten Kupplungsteils (1A) oder einem drehfest mit diesen verbundenem Element (5, 6) verbunden ist und die zweite Teilkupplung (40.2) zwischen der Stelleinrichtung (24) und dem anderen des ersten Kupplungsteils (1E und des zweiten Kupplungsteils (1E) oder einem drehfest mit diesem verbundenen Element (6, 5) ausgebildet ist.
  13. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Druckmittel beaufschlagbare Druckraum (38) mit einem eine Kupplungsumgebung bildenden und von einem Gehäuse (36) umschlossenen Innenraum (33) der schaltbaren Kupplungseinrichtung (1) strömungstechnisch verbunden ist und Mittel zum Steuern eines Kühlmedienstroms derart vorgesehen sind, dass mit Erhöhen des Drucks in dem Druckraum (38) der über die strömungstechnischen Verbindung (37) erzeugte Kühlmedienstrom abnimmt.
  14. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der strömungstechnischen Verbindung (37) zwischen dem Druckraum (38) und der Kupplungsumgebung eine steuerbare Ventileinrichtung vorgesehen ist.
  15. Schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die strömungstechnische Verbindung (37) zwischen dem Druckraum (38) und der Kupplungsumgebung eine in dem Kolbenelement (3) angeordnete Verbindungsbohrung aufweist, die auf einer Seite der Kupplungsumgebung in einem Bereich einer wirksamen Anpressfläche (32) des Kolbenelements (3) an dem ersten Kupplungsteil (1E) und dem zweiten Kupplungsteil (1A) mündet.
  16. Antriebsstrang (11) für ein Hybridsystem (12) eines Fahrzeugs, wobei der Antriebsstrang (11) aufweist: eine schaltbare Kupplungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15; eine erste Antriebsmaschine (13); eine zweite Antriebsmaschine (15); eine Kraftübertragungsvorrichtung (19); und eine Übertragungseinheit (17); wobei die schaltbare Kupplungseinrichtung (1) zwischen der ersten Antriebsmaschine (13) und der Kraftübertragungsvorrichtung (19) angeordnet ist und die erste Antriebsmaschine (13) von dem Antriebsstrang (11) trennt und mit diesem verbindet, die erste Antriebsmaschine (13) und die zweite Antriebsmaschine (15) separat oder gemeinsam über die Kraftübertragungsvorrichtung (19) mit der Übertragungseinheit (17) verbindbar sind, und bei offener, getrennter schaltbarer Kupplungseinrichtung (1) eine ein Drehmoment übertragende Wirkverbindung von der ersten Antriebsmaschine (13) zu einem Eingang (E) der Kraftübertragungsvorrichtung (19) herstellbar ist.
  17. Antriebsstrang (11) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftübertragungsvorrichtung (19) und/oder der schaltbaren Kupplungseinrichtung (1) ein Betriebsmittelversorgungs- und/oder Führungssystem (25) zugeordnet ist, das eine Fördereinrichtung (26) aufweist, die mechanisch mit dem Eingang (E) der Kraftübertragungsvorrichtung (19) gekoppelt ist.
  18. Antriebsstrang (11) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das bei getrennter schaltbarer Kupplungseinrichtung (1) zum Trennen und Verbinden der ersten Antriebsmaschine (13) von dem Antriebsstrang (11) übertragbare Drehmoment begrenzt ist.
  19. Antriebsstrang (11) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das übertragbare Drehmoment bei getrennter schaltbarer Kupplungseinrichtung (1) zwischen einschließlich 3 Nm und 80 Nm, bevorzugt 20 Nm, ganz besonders bevorzugt 10 Nm beträgt.
  20. Antriebsstrang (11) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplungseinrichtung (1) als druckmittelbetätigbare Nasskupplung ausgeführt ist.
  21. Antriebsstrang (11) nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplungseinrichtung (1) im offenen, getrennten Zustand mit einem geringen Druck und einem geringen Volumenstrom beaufschlagbar ist.
  22. Antriebsstrang (11) nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplungseinrichtung (1) im offenen, getrennten Zustand mittels eines Kühlmedienstroms kühlbar ist.
  23. Antriebsstrang (11) nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der schaltbaren Kupplung (1) verbundene Eingang (E) der Kraftübertragungsvorrichtung (19) von einer die Kraftübertragungsvorrichtung (19) umschließenden Gehäuseglocke (34) und von dieser gebildeten oder mit dieser drehfest gekoppelten Wandung (6) zwischen der schaltbaren Kupplungseinrichtung (1) und der Kraftübertragungsvorrichtung (19) zum Begrenzen von Druckräumen der schaltbaren Kupplungseinrichtung (1) und der Kraftübertragungsvorrichtung (19) gebildet ist.
  24. Antriebsstrang (11) nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragsvorrichtung (19) eine hydrodynamische Komponente (20) und eine Einrichtung (22) zum zumindest teilweisen Umgehen des Kraftflusses über die hydrodynamische Komponente (20) aufweist, die zwischen dem Eingang (E) und einem Ausgang (A) der Kraftübertragungsvorrichtung (19) angeordnet sind.
  25. Antriebstrang (11) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Komponente (20) als ein hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler oder als eine hydrodynamische Kupplung ausgebildet ist.
  26. Antriebsstrang (11) nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsvorrichtung (19) als eine Zweikanaleinheit ausgebildet ist.
  27. Antriebsstrang (11) nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsvorrichtung (19) als eine Dreikanaleinheit ausgebildet ist.
  28. Antriebsstrang (11) nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsmaschine (13) eine Verbrennungskraftmaschine (14) ist und die zweite Antriebsmaschine (15) eine als Motor und Generator betreibbare elektrische Maschine (16) ist.
  29. Antriebsstrang (11) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsweise „Notlauf“ die Stelleinrichtung (24) der schaltbaren Kupplungseinrichtung (1) durch die Einrichtung (39) zum Erzeugen einer Betätigungskraft in die Öffnen-Endlage verschoben ist, die erste Antriebsmaschine (13) in Betrieb genommen wird und ein vordefiniertes Mindestmoment über die zweite Teilkupplung (40.2) der schaltbaren Kupplungseinrichtung (1) an die Fördereinrichtung (26) übertragen wird.
  30. Antriebsstrang (11) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass in der Betriebsweise „Notlauf“ der Kraftfluss in der Kraftübertragungsvorrichtung (19) über die hydrodynamische Komponente (20) erfolgt.
  31. Antriebsstrang (11) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsweise „elektrisches Fahren“ der Druckraum (38) der schaltbaren Kupplungseinrichtung (1) mit einem Druck beaufschlagt wird, der die Stelleinrichtung (24) in eine Zwischenstellung unter Öffnung der ersten Teilkupplung (40.1) und der zweiten Teilkupplung (40.2) bewegt.
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