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Die Erfindung betrifft eine Mehrfachkupplung zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Antriebsstrang, insbesondere eine Doppelkupplung für ein Kraftfahrzeug.
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Mehrfachkupplungen haben den Nachteil, dass sie einen großen Raumbedarf haben, um die Mehrzahl der Reibpakete unterzubringen. Insbesondere für den Einsatz in modernen Kraftfahrzeugen ist es jedoch erforderlich, dass eine solche Mehrfachkupplung zusätzlich ein Fliehkraftpendel umfasst, welches dazu eingerichtet ist, bestimmte Vibrationsfrequenzen auszugleichen. Die bisher bekannten Anordnungen sind jedoch für die meisten Anwendungen nicht verwendbar, weil durch den zusätzlich benötigten Bauraum durch das Fliehkraftpendel der Platzbedarf zu groß wird.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft eine Mehrfachkupplung zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Mehrzahl von Reibpaketen um eine gemeinsame Rotationsachse, wobei ein jeweiliges Reibpaket auf einem jeweiligen Radius in Bezug zur Rotationsachse angeordnet ist und über ein jeweiliges Reibpaket im angepressten Zustand ein Drehmoment übertragbar ist;
- - zumindest ein Fliehkraftpendel mit beweglich daran angeordneten Pendelmassen zum Ausgleichen von Vibrationen,
und zeichnet sich dadurch aus, dass die Pendelmassen des zumindest einen Fliehkraftpendel sowohl neben als auch auf dem gleichen Radius von einem Reibpaket angeordnet sind.
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Die Mehrfachkupplung ist dazu eingerichtet, eine Abtriebswelle und einen Antriebsstrang lösbar miteinander zu verbinden. Bei der Mehrfachkupplung sind eine Mehrzahl von Reibpaketen vorgesehen, deren Komponenten miteinander verpresst werden können, so dass infolge der Reibkraft ein Drehmoment übertragbar ist. Die gemeinsame Rotationsachse der Mehrfachkupplung ist dabei bevorzugt zugleich die Rotationsachse der Abtriebswelle und des Antriebsstrangs. Die Abtriebswelle ist bevorzugt die Abtriebswelle einer Antriebseinheit, zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine oder eines Elektromotors. Der Antriebsstrang ist bei einem Kraftfahrzug zum Beispiel die kraftübertragende Verbindung zwischen der Reibkupplung und den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs. Dabei umfasst der Antriebsstrang meistens ein Schaltgetriebe. In dieser Konfiguration verbindet die Mehrfachkupplung die Abtriebswelle einer Antriebseinheit mit einer beziehungsweise mehreren Getriebeeingangswellen. Es sind aber auch jegliche andere Verwendungszwecke für die Mehrfachkupplung denkbar. Weiterhin ist in der Mehrfachkupplung zumindest ein Fliehkraftpendel vorgesehen, welches infolge von beweglich daran angeordneten Pendelmassen, zum Beispiel begrenzt verschwenkbaren Pendelmassen, eine oder mehrere Vibrationsfrequenzen durch Resonanzschwingungen ausgleichen kann. Die Pendelmassen des Fliehkraftpendels sind dabei neben zumindest einem Reibpaket angeordnet und auf dem gleichen Radius, beziehungsweise auf der radial gleichen Höhe, wie das zumindest eine Reibpaket angeordnet. Das bedeutet zum Beispiel, dass das Fliehkraftpendel axial versetzt um die gemeinsame Rotationsachse herum angeordnet ist und der äußerste Umfang des Fliehkraftpendels deckungsgleich mit dem äußersten Umfang des entsprechenden Reibpakets ist. In einer Alternative ist das Bewegungszentrum der Pendelmassen, an denen die Pendelmassen beweglich befestigt sind, auf der gleichen Höhe wie der mittlere Radius des entsprechenden Reibpakets. Ganz besonders bevorzugt ist der Aufhängungsradius des Fliehkraftpendels gleich dem Außenradius der Reibflächen des Reibpakets. Hierdurch wird erreicht, dass die radiale Ausdehnung der Mehrfachkupplung durch den Einsatz eines Fliehkraftpendels nicht (übermäßig) erhöht wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zwei der Reibpakete in Bezug auf die Rotationsachse übereinander angeordnet.
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Die Anordnung der zumindest zwei Reibpakete der Mehrfachkupplung übereinander bedeutet, dass der Außenradius des ersten Reibpakets kleiner als der Innenradius des zweiten Reibpakets und die beiden Reibpakete zumindest teilweise ineinandergeschoben sind. Damit wird ein geringerer axialer Bauraum benötigt, besonders bevorzugt nur so viel Bauraum wie die Verwendung von einem einzigen Reibpaket. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der axiale Bauraumbedarf der Mehrfachkupplung gesenkt wird. Bei vielen Anwendungen ist es notwendig, bei diesen zumindest zwei Reibpaketen eine gleiche wirksame Fläche zu erreichen, mit welcher ein Drehmoment übertragbar ist, so dass bei dem Reibpaket mit dem geringeren Durchmesser eine größere Anzahl an Reibpartnern vorgesehen werden muss. Bei dieser Anordnung ist es besonders vorteilhaft, das Fliehkraftpendel auf der Höhe des äußeren Reibpakets anzubringen, welches eine geringere axiale Ausdehnung aufweist, so dass durch diese Anordnung der insgesamt benötigte axiale Bauraum nicht wesentlich erhöht wird, besonders bevorzugt gar nicht erhöht wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest zwei der Reibpakete axial benachbart zueinander auf einem gleichen Radius angeordnet.
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Bei dieser Anordnung der Reibpakete axial benachbart zueinander und auf dem gleichen Radius ist der radial benötigte Bauraum besonders gering. Insbesondere bei einer Anwendung, bei der alle Reibpakete axial benachbart zueinander und auf dem gleichen Radius angeordnet sind, und das Fliehkraftpendel ebenfalls auf gleicher Höhe angeordnet ist, ist die radial Ausdehnung der Mehrfachkupplung besonders gering. Eine solche Mehrfachkupplung ist insbesondere für Verwendungen geeignet, bei denen der radial zur Verfügung stehende Bauraum gering ist und der axial benötigte Bauraum weniger kritisch ist.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen die Reibpakete eine gemeinsame Verbindung zu einer Abtriebswelle auf.
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Eine solche Mehrfachkupplung ist dazu eingerichtet, dass die Reibpakete jeweils abwechselnd geschaltet werden, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass, während das eine Reibpaket gelöst wird, bereits ein anderes Reibpaket geschlossen wird. Durch die Verwendung einer gemeinsamen Verbindung wird Bauraum eingespart und eine gute Kraftführung beziehungsweise Momentenführung erreicht.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die gemeinsame Verbindung durch ein rotierendes Gehäuse gebildet und zumindest eins der Fliehkraftpendel innerhalb des rotierenden Gehäuses angeordnet.
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Durch die Verwendung eines rotierenden Gehäuses können die Reibpakete in diesem Gehäuse rotatorisch fixiert werden, und besonders bevorzugt mittels einer Verzahnung bei der Montage durch ein einfaches Einfügen rotatorisch fixiert und axial positioniert werden. Hierbei wird (beziehungsweise werden) vorteilhafter Weise das (oder die oder eins der) Fliehkraftpendel innerhalb des Gehäuses angeordnet, so dass der zusätzlich benötigte Bauraum durch das Vorsehen eines Fliehkraftpendels besonders gering ist.
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Gemäß einererfindungsgemäßen Ausführungsform ist das rotierende Gehäuse als Berstschutzeinrichtung für zumindest eins der Fliehkraftpendel eingerichtet.
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Wird das Fliehkraftpendel innerhalb des rotierenden Gehäuses angeordnet, so kann das Gehäuse entsprechend verstärkt ausgeführt werden, dass dieses eine Berstschutzeinrichtung für das Fliehkraftpendel beziehungsweise dessen Pendelmassen bildet. Die Pendelmassen des Fliehkraftpendels sind hohen radialen Beschleunigungen ausgesetzt, und bei einem Versagen der Verbindung, welche die Pendelmassen fixieren, kann die Berstschutzeinrichtung des Gehäuses verhindern, dass die Pendelmassen Bereiche der Mehrfachkupplung beschädigen oder zerstören, die eine Funktion der Komponenten der Mehrfachkupplung behindert beziehungsweise bei schlimmeren Schäden umliegende Bauteile der Mehrfachkupplung vor Beschädigungen infolge eines Ausreißens einer oder mehrerer Pendelmassen verhindern. Hierzu ist es vorteilhaft das rotierende Gehäuse auch aus einem besonders duktilen Werkstoff zu fertigen, welcher geeignet ist, hohe Energien in Form von (bruchsicherer) Verformung aufzunehmen. Eine solche Mehrfachkupplung ist zum einen besonders sicher und zum anderen benötigt sie nur einen geringen axialen Bauraum.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest eins der Fliehkraftpendel rotatorisch mit der gemeinsamen Verbindung fixierbar.
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Wie bereits oben erwähnt, können die Reibpakete in dem Gehäuse rotatorisch fixiert werden, zum Beispiel durch eine Verzahnung, so dass es bei einer Anordnung des Fliehkraftpendels innerhalb des Gehäuses besonders vorteilhaft ist, die Fixierung für die Reibpakete derart auszurichten, dass das Fliehkraftpendel ebenfalls dort rotatorisch fixierbar ist, besonders bevorzugt auch axial fixierbar ist. Hierdurch werden aufwendige Fixierungsmaßnahmen für das Fliehkraftpendel überflüssig, und es können stattdessen durch geringfügige Veränderungen des Gehäuses Bauteile eingespart werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Mehrfachkupplung eine Doppelkupplung mit zwei Reibpaketen, wobei die Reibpakete abwechselnd schaltbar sind, und wobei die Doppelkupplung bevorzugt nass ausgeführt ist.
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Insbesondere die Ausführung der Mehrfachkupplung als Doppelkupplung ist für viele Kraftfahrzeuganwendungen besonders bedeutsam, weil hiermit eine fast verlustfreie Drehmomentübertragung ermöglicht wird, indem das erste Reibpaket gelöst wird, während das zweite Reibpaket bereits eingerückt wird. Aufgrund der hohen Energiedichte, die in einer solchen Doppelkupplung übertragen wird, ist es besonders vorteilhaft, die Doppelkupplung nass auszuführen, das heißt, die Reibpakete in einem Kühlbad, zum Beispiel Ölbad, zu rotieren, worüber die entstehende Wärme abgeführt werden kann und die Gesamtbaugröße der Doppelkupplung aufgrund der geringeren benötigten Wärmekapazität der Komponenten der Doppelkupplung insgesamt kleiner ausgeführt werden kann. Hierbei ist das Fliehkraftpendel ganz besonders bevorzugt ebenfalls in dem Kühlbad angeordnet, wodurch bei geringerer Masse die Trägheit der Fliehkraftkupplung erhöht und die Eigenfrequenz verringert wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch eine Doppelkupplungseinrichtung vorgeschlagen, die insbesondere nass laufend ausgebildet ist, mit einem Krafteinleitungsbauteil zur antriebsseitigen Anbindung der Doppelkupplungseinrichtung und einem Kupplungsgehäuse, worin folgendes aufgenommen ist:
- eine erste Kupplungsbaugruppe beziehungsweise ein erstes Reibpaket mit einem ersten Kupplungseingang und einem mit einer ersten Getriebeeingangswelle verbindbaren ersten Kupplungsausgang;
- eine zweite Kupplungsbaugruppe beziehungsweise ein zweites Reibpaket mit einem zweiten Kupplungseingang und einem mit einer zweiten Getriebeeingangswelle verbindbaren zweiten Kupplungsausgang;
- wobei die erste Kupplungsbaugruppe radial übereinander oder axial benachbart zu der zweiten Kupplungsbaugruppe angeordnet ist und sich der erste Kupplungseingang und zweite Kupplungseingang gemeinsam miteinander drehen können;
- eine Fliehkraftpendeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Fliehkraftpendeleinrichtung neben der ersten und/oder zweiten Kupplungsbaugruppe angeordnet ist.
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Derartige Doppelkupplungseinrichtungen sind aus
DE10 2009 024 217 A1 bekannt. Diese umfassen eine Kupplungsgehäuse und darin aufgenommen, eine erste Kupplungsbaugruppe mit einem ersten Kupplungseingang und einem mit einer ersten Getriebeeingangswelle verbindbaren ersten Kupplungsausgang, sowie eine zweite Kupplungsbaugruppe mit einem zweiten Kupplungseingang und einem mit einer zweiten Getriebeeingangswelle verbindbaren zweiten Kupplungsausgang, wobei die erste Kupplungsbaugruppe axial benachbart zu der zweiten Kupplungsbaugruppe angeordnet ist und sich der erste und zweite Kupplungseingang gemeinsam miteinander drehen können. Dabei ist eine Fliehkraftpendeleinrichtung in dem Kupplungsgehäuse angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Fliehkraftpendel für eine Mehrfachkupplung gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, welches zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- - eine Aufnahmescheibe, die um eine Rotationsachse einer Mehrfachkupplung rotierbar ist;
- - eine Mehrzahl von Pendelmassen, welche beweglich an der Aufnahmescheibe befestigt sind;
eine Befestigungsvorrichtung zum rotatorischen Fixieren der Aufnahmescheibe in einem rotierbaren Gehäuse der Mehrfachkupplung, wobei die Fixierung bevorzugt lösbar eingerichtet ist.
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Ein solches Fliehkraftpendel ist mit seiner Aufnahmescheibe, an der die Mehrzahl der Pendelmassen angeordnet ist, in einem Gehäuse rotatorisch fixierbar. Die Fixierung ist dabei besonders bevorzugt lösbar eingerichtet, das heißt das Fliehkraftpendel kann zerstörungsfrei entnommen und ausgewechselt werden. Ganz besonders bevorzugt ist die vorgesehene Befestigungsvorrichtung als Verzahnung ausgeführt, die in eine korrespondierende Verzahnung des rotierbaren Gehäuses der Mehrfachkupplung axial einschiebbar ist. Dies ist bevorzugt auch die Befestigung für zumindest eines der Reibpakete der Mehrfachkupplung. Für ein solches Fliehkraftpendel kann ein konventionelles Gehäuse oder ein konventionelles Gehäuse mit nur geringfügigen Veränderungen, zum Beispiel einer Verlängerung der korrespondierenden Verzahnungen, eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird das Fliehkraftpendel dabei in das rotierbare Gehäuse derart eingeführt, dass die Mehrzahl der Pendelmassen innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. In dieser Konfiguration können bei einem Versagen der Befestigung der Pendelmassen an der Aufnahmescheibe die Pendelmassen der radial wirkenden Fliehkraft folgend in das rotierbare Gehäuse einschlagen und somit von dem Gehäuse, welches also als Berstschutzeinrichtung eingerichtet ist, im Inneren des rotierbaren Gehäuses oder zumindest im Inneren der Mehrfachkupplung gehalten werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle, einen Antriebsstrang und eine Mehrfachkupplung aufweist.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Antriebseinheit, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Reibkupplung kleiner Baugröße zu verwenden.
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Verschärft wird die Bauraumsituation bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Die oben beschriebene Mehrfachkupplung ist für Ausführungen in geringer Baugröße besonders geeignet, weil durch die oben beschriebene Anordnung des Fliehkraftpendels kein wesentlich größerer Raumbedarf benötigt wird. Ganz besonders mit der oben beschrieben Berstschutzeinrichtung und zudem bei einer engen Anordnung der Aggregate des Kraftfahrzeugs kann eine Beschädigung benachbarter Aggregate in einem Schadensfall verhindert oder zumindest vermindert werden. Auch wird die Mehrfachkupplung gegebenenfalls sehr nah beim Fahrzeugführer angeordnet, welcher im Schadensfall durch die oben beschriebene Berstschutzvorrichtung besser geschützt sind.
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Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht, Leistung eingeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beispielsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen Fox oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
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Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: eine Mehrfachkupplung als Doppelkupplung,
- 2 ein Kraftfahrzeug mit einer Mehrfachkupplung.
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In 1 ist eine Mehrfachkupplung 1 gezeigt, bei der ein erstes Reibpaket 4 und ein zweites Reibpaket 5 übereinander angeordnet und auf einem ersten Radius 7 und einem zweiten Radius 8 sind. Die beiden Reibpakete 4, 5 sind über eine gemeinsame Verbindung 12 mit einer nicht dargestellten Abtriebswelle 2 verbunden, welche um die gemeinsame Rotationsachse 6 rotierbar ist. In dieser gemeinsamen Verbindung 12 ist ebenfalls ein Fliehkraftpendel 9 vorgesehen, welches mit seiner Aufnahmescheibe 13 mittels einer Befestigungsvorrichtung 14 rotationsfest mit der gemeinsamen Verbindung 12 verbunden ist. Auf der gleichen Höhe mit dem ersten Reibpaket 4 sind eine erste Pendelmasse 10 und eine zweite Pendelmasse 11 beweglich an der Aufnahmescheibe 13 des Fliehkraftpendels 9 befestigt. Das erste Reibpaket 4 ist über einen ersten Kolben 22 verpressbar, und kann so reibschlüssig ein Drehmoment von der gemeinsamen Verbindung 12 auf einen ersten Kupplungsausgang 20 übertragen. Entsprechend ist auch bei dem zweiten Reibpaket 5 ein zweiter Kolben 23 vorgesehen, so dass ein Drehmoment von der gemeinsamen Verbindung 12 auf den zweiten Kupplungsausgang 21 übertragbar ist.
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In 2 ist ein Kraftfahrzeug 15 mit einer Antriebseinheit 16 gezeigt, welche mit ihrer Motorachse 19 quer zur Längsachse 18 vor der Fahrerkabine 17 angeordnet ist. Die Antriebseinheit 16 ist hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt, welche über eine Abtriebswelle 2 mittels einer Mehrfachkupplung 1 mit einem hier rein schematisch dargestellten Antriebsstrang 3 verbunden ist.
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Mit der hier beschriebenen Mehrfachkupplung beziehungsweise dem entsprechenden Fliehkraftpendel ist es möglich, auf geringem Bauraum eine Mehrfachkupplung anzubieten, welches zugleich den höchsten Anforderungen entspricht und insbesondere sicher ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mehrfachkupplung
- 2
- Abtriebswelle
- 3
- Antriebsstrang
- 4
- erstes Reibpaket
- 5
- zweites Reibpaket
- 6
- gemeinsame Rotationsachse
- 7
- erster Radius
- 8
- zweiter Radius
- 9
- Fliehkraftpendel
- 10
- erste Pendelmasse
- 11
- zweite Pendelmasse
- 12
- gemeinsame Verbindung
- 13
- Aufnahmescheibe
- 14
- Befestigungsvorrichtung
- 15
- Kraftfahrzeug
- 16
- Antriebseinheit
- 17
- Fahrerkabine
- 18
- Längsachse
- 19
- Motorachse
- 20
- erster Kupplungsausgang
- 21
- zweiter Kupplungsausgang
- 22
- erster Kolben
- 23
- zweiter Kolben
