EP3286447A1

EP3286447A1 - Modularer aufbau eines antriebsstrangs

Info

Publication number: EP3286447A1
Application number: EP16720040.1A
Authority: EP
Inventors: Michael Baumann; René Daikeler; Karl-Ludwig Kimmig
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2018-02-28
Also published as: WO2016169562A1; DE102016206217A1; DE112016001861A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1) aus einer Doppelkupplung (2) und mehreren mit ihr zusammenwirkenden Schnittstellenbauteilen (3), wobei die Schnittstellenbauteile (3) einerseits zur Drehmomentweitergabe an die Doppelkupplung (2) oder von der Doppelkupplung (2) weg oder andererseits zum Bewirken einer Stellbewegung oder desweiteren zum Lagern / Sichern ausgelegt sind, wobei wenigstens eine Teilkupplung (4, 5) der Doppelkupplung (2) nach einer ersten Art, nämlich nach Art einer Mehrscheiben-Kupplung, oder nach einer zweiten Art, nämlich nach Art einer Einscheiben-Kupplung, ausgelegt ist, wobei bei Einsatz einer Teilkupplung (4, 5) der einen Art wenigstens ein Schnittstellenbauteil (3) auf den Einsatz von Teilkupplungen (4, 5) nur der anderen Art ausgelegt und positioniert ist. Die Erfindung betrifft auch eine Doppelkupplung (2) für ein Kraftfahrzeug mit einer Teilkupplung (3) nach Art einer Mehrscheiben-Kupplung / Einscheiben-Kupplung, wobei ein die Doppelkupplung (2) angreifendes Schnittstellenbauteil (3) (nur) für den Einsatz von Einscheiben-Kupplungen / Mehrscheiben-Kupplungen ausgelegt und positioniert ist.

Description

Modularer Aufbau eines Antriebsstrangs

Die Erfindung betrifft ein System aus einer etwa direkt betätigten und vorzugsweise trockenen Doppelkupplung und mehreren mit ihr benachbarten und/oder vorzugswei- se unmittelbar / direkt zusammenwirkenden Schnittstellenbauteilen, wie einem Zweimassenschwungrad, einem oder mehreren (Wälz-)Stützlagern, einer inneren Getriebeeingangswelle, einer äußeren Getriebeeingangswelle, auf diesen drehmomentweitergebend angeordneten Nabenkörpern, und einer Kupplungsbetätigungseinheit, etwa einem Nehmerzylinder, bspw. einem CSC, wobei die Schnittstellenbauteile einerseits zur Drehmomentweitergabe an die Doppelkupplung oder von der Doppelkupplung weg oder andererseits zum Bewirken einer Stellbewegung oder desweiteren zum Lagern / Sichern ausgelegt sind, wobei wenigstens eine Teilkupplung der Doppelkupplung nach einer ersten Art, nämlich nach Art einer Mehrscheiben-Kupplung mit einer ersten Anzahl von Reibscheiben, oder nach einer zweiten Art, nämlich mit einer zwei- ten, von der ersten Anzahl verschiedenen Anzahl von Reibscheiben, vorzugsweise nach Art einer Einscheiben-Kupplung ausgelegt ist.

Eine Mehrscheiben-Kupplung, ist eine solche Kupplung, die mehrere Reibscheiben einsetzt, also Scheiben, die auf einer oder beiden Seiten Reibbeläge aufweisen, und die vorzugsweise über einen Nabenkörper mit einer der beiden Getriebeeingangswellen verbindbar sind. Eine Einscheiben-Kupplung hingegen setzt nur pro Teilkupplung eine einzelne Reibscheibe ein, wobei diese Reibscheibe einen oder zwei Reibbeläge aufweisen kann. Es ist jedoch üblich, dass pro Reibscheibe zwei Reibbeläge eingesetzt werden. Bei der Einscheiben-Kupplung ist auch eine drehmomentweitergebende Verbindung mit einer Getriebeeingangswelle üblicherweise über einen Nabenkörper realisiert.

Einscheiben-Kupplungen haben den Vorteil, dass sie einfach aufgebaut sind, und nicht nur im Hinblick auf eine einzelne Reibscheibe, sondern darüber hinaus auch noch relativ axial kurz und radial klein bauen. Die Mehrscheiben-Kupplungen haben hingegen den Vorteil, dass sie viel Drehmoment übertragen können, fordern aber, verglichen mit Einscheiben-Kupplungen, radial größer dimensionierte Getriebeeingangswellen, was Auswirkung auf die radial Größe der Schnittstellenbauteile, wie La- ger und Kupplungsnehmer beispielsweise ein CSC hat. Das gleiche gilt auch allgemein für den Vergleich von Mehrscheibenkupplungen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Reibscheiben.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Kupplungsaggregate bekannt. So offenbart bspw. die EP 1 524 446 B1 ein Kupplungsaggregat mit mindestens zwei Reibungskupplungen, die jeweils mindestens eine Kupplungsscheibe aufweisen, wobei die beiden Kupplungsscheiben mit einer eigenen anzutreibenden Welle verbindbar sind und die beiden Kupplungen unabhängig voneinander über jeweils einen Betätigungsmechanismus ein- und ausrückbar sind, wobei die Schließkraft der Kupplungen unmittel- bar von den Betätigungsmechanismen aufgebracht wird. Als besonders ist in diesem älteren Patent herausgestellt, dass die Kombination folgender Merkmale realisiert ist, nämlich dass beide Kupplungen jeweils von einer ringförmig ausgebildeten Kolben- Zylinder-Einheit der Betätigungsmechanismen betätigbar sind, die Kolben-Zylinder- Einheiten koaxial und zumindest teilweise axial ineinander geschachtelt sind und zur Übertragung der Anpresskraft zwischen der jeweiligen Anpressplatte einer Kupplung und dem zugeordneten Betätigungsmechanismus ein topf- oder tellerförmiges, praktisch starres Zwischenelement vorgesehen ist.

Trockene Doppelkupplungssysteme haben sich ferner seit mehreren Jahren mit Erfolg im Markt etabliert. Solche Systeme kommen besonders in der Kompakt- und in der unteren Mittelklasse in hohen Stückzahlen zum Einsatz, was auf ein gutes Kosten- /Nutzungsverhältnis dieser Technologie schließen lässt. Für die Zukunft fordern Gesetzgeber und der Markt speziell auch in diesem Segment weitere Optimierungen bezüglich des Kraftstoffverbrauchs, was für das trockene Doppelkupplungssystem hauptsächlich Gewichts- und Bauraumreduzierung bedeutet und Aktorikelemente mit geringer Leistungsaufnahme erfordert. Weiter müssen diese Systeme mit Hybridlösungen kompatibel sein. Speziell die Hybridisierung bietet für die Systemauslegung einer trockenen Doppelkupplung neue Chancen. Steigende Effizienz der Antriebsstränge werden weiterhin hohe Anforderungen an die Eliminierung bzw. Reduzierung von Störanregungen der schlupfenden Kupplung stellen. Hierfür bestehen, neben den klassischen Optimierungsmöglichkeiten, konzeptionelle Ansätze durch direktbetätigte Kupplungen in Kombination mit einer hydrostatischen Betätigung. Aufgrund der Vielzahl von möglichen Anwendungen in den verschiedenen Fahrzeugbaureihen besteht bei Neuauslegungen häufig der Wunsch, auf modulare Konzepte zurückgreifen zu können, damit die Bauteil- und Systemkomplexität gering gehalten wird und die Gesamtaufwendungen weiter abgesenkt werden können.

Ende 2013 hat sich die Europäische Union auf neue CO2 Emissionsgrenzwerte geeinigt. Mit einem Flottengrenzwert von 95 g/km gelten ab 2020 bzw. 2021 in Europa die strengsten Bestimmungen weltweit. Um diese Grenzwerte erreichen zu können, scheint es im ersten Schritt naheliegend zu sein, den klassischen Antriebsstrang bezüglich Reibung zu optimieren. Mit steigender Effizienz steigt in der Regel jedoch die Sensitivität des Antriebsstrangs. Die Herausforderung trockener Doppelkupplungssysteme wird deshalb darin bestehen, zusätzlich Lösungen in den Bereichen Umgang mit Geräuschen und Vibrationen (NVH - noise Vibration harshness) sowie Komfort durch geringe Momentenanregung bereitzustellen.

Es ist jedoch davon auszugehen, dass Verbrauchsgrenzwerte nicht ausschließlich durch Effizienzoptimierung des klassischen Antriebsstranges zu erreichen sind. Die Elektrifizierung von Kupplungs- und Getriebebetätigungen sowie hybridisierte Antriebsstränge werden weiterhin im Fokus der Entwickler stehen.

Vor allem im Bereich hybridisierter Doppelkupplungsgetriebe bieten sich in der Systemauslegung noch ungenutzte Potentiale. Beispielsweise besteht im elektromotorun- terstützten Anfahren, im Vergleich zu den aktuellen Serienanwendungen, eine neue Möglichkeit in der thermischen Auslegung der trockenen Doppelkupplung. Dies ermöglicht kleinere Kupplungsbaugrößen und somit geringere Massenträgheiten.

Durch diese Weiterentwicklungen werden die Gesamtsysteme an Komplexität zunehmen. Um dem entsprechend gegen zu wirken, werden einfache, modulare Sub- Systeme erforderlich sein.

Die direktbetätigte trockene Doppelkupplung überträgt Drehmomente bis 180 Nm. Die prinzipbedingt nicht erforderliche Öl- und Wasserkühlung sorgt für eine weitere Effizi- enzsteigerung. Durch Einsatz der elektrifizierten Betätigungselemente nach dem„Power on Demand"-Prinzip, können die Leistungsaufnahmen der Kupplungs- und Gangbetätigung im Real-Life Fahrkollektiv LuK-Cup (Customer Usage Profile) auf durchschnittlich 12 Watt reduziert werden.

Bei Doppelkupplungsanwendungen stehen besonders die Störanregungen der schlupfenden Kupplung sehr stark im Fokus. Automatikanwendungen stellen im Vergleich zum Handschalter deutlich größere Anforderungen bezüglich Momentenanregung, welche die schlupfende Kupplung in das Getriebe einleitet. Ein wesentlicher Unter- schied liegt darin, dass aus Komfortgründen der Zustand der schlupfenden Kupplung deutlich länger aufrechterhalten wird und dabei fast immer, vor allem bei Anfahrten in kleinen Gängen, die Eigenfrequenz des Antriebsstranges durchfahren wird.

Bekannte Maßnahmen in der Kupplung wie Optimierung der Belagfederung, Weiterentwicklung anwendungsspezifischer Reibbeläge, gezieltes Paaren von Bauteilen bis hin zur Anti-Rupf-Regelung durch die Software, sind hinlänglich beschrieben worden. Ein konzeptioneller Systemansatz zur Reduzierung der Momentenanregung im Reibkontakt lässt sich mit einem System, bestehend aus einer direktbetätigten Kupplung in Kombination mit einem hydraulischen Nehmerzylinder (CSC), realisieren. Ein solches System zeichnet sich durch kippweiche Betätigungselemente in Kupplung und CSC sowie durch hohe Rückstellkräfte an den Kontaktstellen zwischen Kupplung und Einrücksystem aus.

Des Weiteren zeigt ein Vergleich von Messungen das Potential des Systems mit di- rekt-betätigter Kupplung und hydraulischem Einrücksystem (CSC) gegenüber einem System mit hebelfederbetätigter Kupplung und mechanischem Einrücksystem.

Der bekannten Regel der Physik folgend, wird sich ein System in Richtung seines Potentialminimums Epot begeben. Im Vergleich zu einem Fall 1 (Reibungsfrei - hebelfe- derbetätigte Kupplung mit mechanischem Einrücksystem), liegt das Minimum der po- tentiellen Energie des kraftvorgespannten Kupplungs- und Einrücksystem bei einem Fall 2 (Reibungsfrei - direktbetätigte Kupplung mit CSC) näher am Minimum der Momentenschwankung ΔΜ. Der Grund hierfür ist, dass beim direktbetätigten System (Fall 2) die Anpressplatte und der Drucktopf über Blattfedern kippweich gelagert sind. Geometrische Fehler können somit durch Verkippen dieser Bauteile zum CSC gelangen. Der Kolben kann dieser Bewegung folgen, weil er im CSC kippweich angeordnet ist. In Fall 1 verhindert der kippsteife Kraftrand der Hebelfeder das gegenseitige Verkippen. Die Beschreibung der Kippbewegung erfolgt in der Simulation durch den Einstellweg.

In einem Fall 3 (Reibungsbehaftet - direktbetätigte Kupplung mit CSC) ist eine Berechnung der maximal resultierenden Momentenschwankung ΔΜ unter Berücksichtigung der Reibung Freib und der Rückstell kraft Frück an den Kontaktstellen zwischen Kupplung und Einrücksystem möglich. Damit das Verkippen von Kupplung zum Einrücksystem optimal erfolgen kann, sind möglichst hohe Rückstellkräfte Frück und geringe Reibkräfte notwendig. Beim direktbetätigten System sind die Rückstell kräfte höher als beim hebelfederbetätigten System, was hauptsächlich am kupplungsinternen Übersetzungsverhältnis 1 :1 liegt. Hohe Rückstellkräfte können ebenfalls durch geziel- te Auslegung von möglichst kurzen Kolben oder kurzen Drucktopfhöhen erreicht werden. Geringe Reibkräfte sind durch geeignete Reibmaterialien am Einrücksystem einfach realisierbar, beispielsweise durch Einrücklagerringe aus Stahl und Kolben aus Kunststoff. Die erste Generation trockener Doppelkupplungen wurde in der sehr kompakten 3- Platten-Anordnung ausgeführt. Bei diesen Konstruktionen wird die Doppelkupplung über eine mittlere zentrale Gussmasse mittels eines Stützlagers auf der äußeren Getriebeeingangswelle gelagert. Auf der getriebezugewandten Seite sind die Betätigungshebelfedern und die Komponenten der Verschleißnachstellung auf dem ge- meinsamen Kupplungsdeckel angeordnet.

Das angesprochene direktbetätigte trockene Doppelkupplungssystem ist erstmalig Mitte 2013 in Serie gegangen. Bei diesem neuen System wurden die für dieses Konzept notwendigen vier Gegenreibplatten in für Kupplungen üblichem Gusswerkstoff ausgeführt.

Durch„Weglassen" der Verschleißnachstellung konnte dabei die Teileanzahl und somit die Komplexität reduziert werden. Kupplung und Einrücksystem sind dabei über ein Stützlager am Kupplungsdeckel zu einer Einheit verbunden. Dadurch entsteht ein geschlossener Kraftfluss, bei dem keine Betätigungskräfte extern am Getriebe abgestützt werden müssen. Diese Einheit ist mittels einer Flexplate am Getriebegehäuse befestigt, was zusätzlich den Vorteil einer sehr guten Schwingungsabkopplung hat. Mit dem Ziel die Gesamtkomplexität noch weiter zu reduzieren, wurde ein neues Lagerungskonzept entwickelt. Der Kraftfluss ist jetzt über die Getriebewelle geschlossen. Das neue Lagerungskonzept vermeidet fast vollständig Schwingungsrückkopplungen vom Motor und Getriebe auf das Kupplungssystem und verbessert damit das Gesamtverhalten des Triebstrangs bezüglich NVH weiter. Axialschwingungen der Kur- beiwelle und auch Getriebeeingangswellenbewegungen durch die Schrägverzah- nungskräfte erzeugen bei diesem Lagerungskonzept in keinem Betriebszustand störende Momentenanregungen am Kupplungssystem.

Doppelkupplungssysteme der ersten Generation wurden stark mit Fokus auf die ther- mische Robustheit ausgelegt. Vor allem die Teilkupplung K1 wurde als sogenannte Anfahrkupplung mit größeren thermischen Massen und einer deutlich höheren

Belagverschleißreserve als die Teilkupplung K2 dimensioniert. Dies führt in der Konstruktion zwangsläufig zu großen Kupplungsabmessungen. Die Erfahrungen aus den Serienanwendungen haben gezeigt, dass bereits intelligente Softwarestrategien verschleißintensive Fahrzustände deutlich reduzieren können. Bei der Auslegung des Doppelkupplungssystems für einen hybridisierten Antriebsstrang gilt es, neue Anforderungen, wie das Starten des Verbrennungsmotors über die E- Maschine, zu berücksichtigen. Nicht zuletzt bietet das elektromotorische Anfahren je- doch auch neue Chancen. Simuliert wurde eine 140 Nm Serienapplikation mit einem 1 ,61 Benzinmotor ohne Hybrid- und mit Hybridfunktion. Beim Hybriden stehen in den gebräuchlichen Fahrzuständen 50 Nm Drehmoment vom Elektromotor zur Verfügung.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermindern, aber eine Montage von Doppelkupplungen in einem entsprechenden System, insbesondere in einem Antriebsstrang, so zu gestalten, dass, egal ob eine Mehrscheiben-Kupplung oder eine Einscheiben-Kupplung verwendet wird, die Montage beim Kunden identisch bleibt. Ein einfaches„Plug and Play" nach Art eines Bau- kästen- oder Modulsystems soll zur Verfügung gestellt werden. Es soll ein solch mo- dulares Konzept erreicht werden, das flexibel einsetzbar ist und vom Kunden zielgerichtet bestückt werden kann. Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen System dadurch gelöst, dass bei Einsatz einer Teilkupplung der einen Art wenigstens ein Schnittstellenbauteil für / auf den Einsatz von Teilkupplungen (nur) der anderen Art ausgelegt und positioniert ist.

Mit anderen Worten wird also ein modulares System zum Aufbau eines Antriebsstran- ges zur Verfügung gestellt. Der Antriebsstrang ist dann so einrichtbar, dass er eine Kupplung, insbesondere eine Doppelkupplung, welche mehrere Reibscheiben pro Teilkupplung aufweist, ebenso aufnehmen kann, wie ein Kupplung, insbesondere eine Doppelkupplung, welche nur eine einzelne Reibscheibe pro Teilkupplung aufweist. Insbesondere wird ein System aus einem Zweimassenschwungrad und einem Neh- merzylinder vorgestellt, welches entsprechend zur Aufnahme eingerichtet ist. Ein mo- dularer Baukasten wird ergo vorgeschlagen. Die Verwendung der jeweiligen Art der Doppelkupplung kann dabei von den unterschiedlichen Fahrzeuganwendung abhängen, insbesondere durch das vorgegebene Drehmoment, sowie der Fahrzeugmasse und Anhängelasten., was sich auf den vorgegebenen Einrückweg und/oder die vorge- gebene Einrückkraft auswirkt. Auch wenn hier ausdrücklich auf die modulare Bauweise in Bezug auf eine Einscheiben- und eine Mehrscheibenteilkupplung verwiesen wurde, so ist es ebenso zumindest als äquivalente Lösung anzusehen, wenn die unterschiedlichen Arten von Teilkupplungen sich jeweils allgemein in der Anzahl ihrer Reibscheiben unterscheiden.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.

So ist es von Vorteil, wenn alle Schnittstellenbauteile auf den Einsatz von Teilkupp- lungen der (jeweils) anderen Art ausgelegt und positioniert sind. Insbesondere ist es in dem Zusammenhang von Vorteil, wenn alle Schnittstellenbauteile nur auf den Einsatz von Teilkupplungen (jeweils) der anderen Art ausgelegt und positioniert sind. Dadurch kann eine Doppelkupplung mit einer Reibscheibe und eine Doppelkupplung mit meh- reren Reibscheiben eingesetzt werden, welche entsprechend so eingerichtet sind, dass sie in einem System, umfassend ein Zweimassenschwungrad (ZMS) und/oder einem Nehmerzylinder (z.B. CSC) eingesetzt werden können, welches für eine Doppelkupplung mit mehreren Reibscheiben, resp. einer Reibscheibe eingerichtet ist.

In einer alternativen Ausführungsform kann es auch vorgesehen sein, dass alle Schnittstellenbauteile bis auf das ZMS und/oder ein Fliehkraftpendel, bzw. die mit diesen zusammenwirkenden Schnittstellenbauteile für den Einsatz von Teilkupplungen der anderen Art vorgesehen sind. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise noch eine singulare Anpassung des ZMS, bzw. Fliehkraftpendels an die zu übertragenen Drehmomente erfolgen. Für die übrigen Schnittstellenbauteile wird auf eine entsprechende Anpassung zugunsten des modularen Gedankens verzichtet.

Während es auf den ersten Blick widersinnig erscheint, wenn eine Doppelkupplung in einem erfindungsgemäßen System verwendet wird, die zumindest in einer ihrer Teilkupplungen (K1 und/oder K2) eine Mehrscheiben-Kupplung einsetzt, die Schnittstellenbauteile des Antriebsstranges zur Aufnahme der Doppelkupplung hingegen für den Einsatz einer Einscheiben-Kupplung auszulegen, oder vice versa, zeigen sich zahlreiche Vorteile, die den zu erwartenden Nachteilen nicht nur gegenüber stehen, sondern diese mehr als aufwiegen.

Während bspw. im Bereich der Getriebeeingangswelle eine größere radiale Ausdehnung in Kauf genommen wird, kann gleichzeitig bei Bedarf auch mehr Drehmoment übertragen werden. Zwar baut die Kupplungsbetätigungseinheit für eine Einscheiben- Kupplung, aufgrund der radial kleineren Getriebeeingangswelle, kleiner als die für eine Mehrscheiben-Kupplung, doch ist es überraschend sinnvoll, schon die größere Kupplungsbetätigungseinheit im Antriebsstrang einzusetzen, da diese sowieso besonders kritisch auszulegen ist. So sollten die Druckflächen der beiden Druckräume des CSC ungefähr gleich gehalten werden. Es ist hier sinnvoll, dies gleich für den drehmoment- stärkeren Fall, also den Mehrscheiben-Kupplungseinsatzfall vorzusehen.

Auch erscheint es auf den ersten Blick unsinnig, wenn doch nur eine Einscheiben- Kupplung eingesetzt ist, ein für eine Mehrscheiben-Kupplung vorgesehene Kupp- lungsbetätigungseinheit einzusetzen, da diese ja dann einen längeren Betätigungsweg als erforderlich hat. Doch das Erreichen eines modularen Konzeptes wiegt diesen Nachteil mehr als auf. Längere Baulängen, wie sie sich hier einstellen, können dann akzeptiert werden.

Dies zeigt sich auch, wenn die Erfindung im Bereich einer Nabenverzahnung der Reibscheiben zur Weitergabe von Drehmoment realisiert wird. Zwar baut die Nabenverzahnung dann radial größer und wird massiver, doch ist der Vorteil von einer Einscheiben-Kupplung ohne weitere Änderungen auf eine Mehrscheiben-Kupplung wechseln zu können, ein viel größerer Vorteil. Herauszustellen sind dabei identische Getriebeteile für den Getriebebauer (Kunden), geringere Entwicklungsaufwände (Konstruktion und Versuch), identische Montageabläufe, identische Hilfswerkzeuge bei der Montage, etc.. Dies zeigt sich auch im Bereich der inneren / äußeren Getriebeeingangswelle, die gegenüber von Einscheiben-Kupplungseinsätzen vom Durchmesser her von Beginn an größer dimensioniert wird. Die Getriebeeingangswellen werden also gleich für den Einsatz von Mehrscheiben-Kupplungen ausgelegt, obwohl sie bspw. bei Doppelkupplungen mit einer oder mehreren Einscheiben-Kupplungen als Teilkupplung eingesetzt werden. Auch das Zweimassenschwungrad sollte radial und axial immer an der gleichen Position stehen.

Die Vorteile eines modularen Systems zeigen sich auch, wie schon erläutert, bzgl. des Stellweges, den ein überdimensioniertes CSC, also für den Einsatz bei einer Mehr- scheiben-Kupplung gegenüber einer Einscheiben-Kupplung ausgelegtes CSC, benötigt. Alle Bauteile sollen somit radial und axial auf der gleichen Position wie bei einem Mehrscheiben-Kupplungssystem verbaut sein. Dies ermöglicht bzw. beinhaltet auch direkt betätigte / direkte Mehrscheiben-Doppelkupplungen. Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das zur Drehmomentübertragung vorgesehene Schnittstellenbauteil als eine mit einer Reibscheibe wirkverbundenen Nabe ausgebildet ist, die über eine (Innen-)Verzahnung an der Nabe an einer inneren Getriebeeingangswelle oder einer äußeren Getriebeeingangswelle angebracht ist. Der radial innerste Bereich kann dann optimiert werden.

Diese Optimierung lässt sich fortführen, wenn das zur Drehmomentübertragung vor- gesehene Schnittstellenbauteil die innere oder äußere Getriebeeingangswelle ist.

Der Drehmomenteingangsbereich lässt sich optimieren, wenn das zur Drehmomentübertragung vorgesehene Schnittstellenbauteil als Zweimassenschwungrad ausgebildet ist.

Ferner ist es von Vorteil, wenn das zur Stellbewegung vorgesehene Schnittstellenbauteil als vorzugsweise konzentrischer Nehmerzylinder, etwa als CSC oder hydraulisch / elektro-mechanisch / elektro-hydraulisch agierender Aktor ausgestaltet ist. Auch ist es von Vorteil, wenn das lagernde Schnittstellenbauteil als ein erstes oder zweites, vorzugsweise als Wälz- / Gleitlager ausgebildetes Stützlager ausgebildet ist. Dabei kann eines der Stützlager auch als Zentrallager gelten.

Auch die Anbindung eines CSC an der äußeren Getriebeeingangswelle soll immer an derselben Position mit denselben Dimensionierungen geschehen, eben für den worst Case, bspw. dem Mehrscheiben-Kupplungsfall.

Die Erfindung betrifft auch eine Doppelkupplung für ein Kraftfahrzeug mit einer Teilkupplung oder zwei Teilkupplungen nach Art einer Mehrscheiben-Kupplung oder zwei Mehrscheiben-Kupplungen, wobei es erfindungsgemäß ist, ein an der Doppelkupplung angreifendes Schnittstellenbauteil (nur) für den Einsatz von Einscheiben- Kupplungen auszulegen und zu positionieren. Hierbei kann insbesondere die Doppelkupplung selber so eingerichtet sein, dass sie für eine Verbindung mit der entsprechenden Schnittstelle geeignet ist.

Ebenso ist es von Vorteil, wenn eine Doppelkupplung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Teilkupplung oder zwei Teilkupplungen nach Art einer Einscheiben-Kupplung oder zwei Einscheiben-Kupplungen erfindungsgemäß dadurch ausgestaltet ist, dass ein an der Doppelkupplung angreifendes Schnittstellenbauteil (nur) für den Einsatz von Mehrscheiben-Kupplungen ausgelegt und positioniert ist. Hierbei kann insbesondere die Doppelkupplung selber so eingerichtet sein, dass sie für eine Verbindung mit der entsprechenden Schnittstelle geeignet ist.

Letztlich betrifft die Erfindung einen modularen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen System oder einer erfindungsgemäßen Doppelkupplung.

Man könnte auch sagen, dass ein modularer Baukasten für direkt betätigte Doppel- kupplungen umfassend / bestehend aus einer Einscheiben-Doppelkupplung und einer Mehrscheiben-Doppelkupplung vorgestellt wird. Dieser Baukasten besteht / umfasst einen Nehmerzylinder, vorzugsweise ein CSC, welches mit einer trockenen direkt betätigten Doppelkupplung ohne Verschleißnachstellmechanismus, wahlweise als Einscheiben-Kupplung oder Mehrscheiben-Kupplung kombiniert werden kann. Die Aktorik ist ebenfalls identisch. Beispielsweise kann der Aktor hydraulisch, elektro- mechanisch, elektro-hydrostatisch wirkend beschaffen sein.

Der Grundgedanke liegt darin, dass die Schnittstellen zum ZMS, zu den Getriebeeingangswellen und zum CSC identisch ausgestaltet sind. Das CSC stellt die hydrauli- sehe Schnittstelle dar, wobei sich das System prinzipiell mit verschiedenen hydraulischen Betätigungssystemen ansteuern lässt.

Die Schnittstellen sind so ausgeführt, dass sowohl die Ein- als auch die Mehrscheiben-Doppelkupplung ohne Änderungen der Umgebung gegenseitig ausgetauscht werden können. Dies erfordert bspw. Kompromisse bei der Ausführung des CSC. Das CSC deckt für beide Kupplungen den maximalen Hub ab. Das heißt, dass für die Einscheiben-Kupplung mehr Hub zur Verfügung steht, als erforderlich. Die beiden Kupplungen sind so zueinander angepasst, dass sie die gleichen Schnittstellen bedienen können. Dies zeigt sich in verschieden großen Abständen der Bauteile zueinan- der, die teilweise größer sind, als erforderlich. Teilweise können diese aber auch relativ klein sein. So ist der Abstand von einem Nabenkörper bzw. einem mit einer einzelnen Reibscheibe einer Einscheiben-Kupplung verbundenen Übertragungselement zu dem Zweimassenschwungrad und zu dem Stützlager groß genug zu wählen, dass ein Verschleiß nicht dazu führt, dass die besagten zwei Bauteile an dem Stützlager oder dem Zweimassenschwungrad bzw. einem damit fest verbundenen Bauteil anschlagen. Bei einer Mehrscheiben-Kupplung entschärft sich dieses Problem, da derselbe Gesamtbetrag an Abtrag an den dann mehreren Reibscheiben zu einer geringeren Verlagerung der besagten zwei Bauteile führt.

Eine Ein- und Mehrscheiben-Doppelkupplung mit im Wesentlichen identischem / gleichem Aufbau steht also im Kern der Erfindung. Sie hat ihre Auswirkungen auf das Lagerungskonzept, die Direktbetätigung mit Drucktöpfen, Nabenverzahnung / GEW, die ZMS-Anbindung, die Anordnung / Verbindung von Gegenplatten.

Der modulare Baukasten direktbetätigter Doppelkupplungen, MDD genannt, ist eine konsequente Weiterentwicklung und Vereinfachung des Gesamtsystems sowie Erweiterung des Drehmomentbereichs. Ein Baukasten besteht dabei aus einem CSC, wel- ches mit einer trockenen direktbetätigen Doppelkupplung ohne Verschleißnachstellmechanismus, wahlweise als Einscheiben-Kupplung oder Mehrscheiben-Kupplung, kombiniert werden kann.

Der Grundgedanke liegt darin, dass die Schnittstellen zum ZMS (ZMS, Zwei-Massen Schwungrad), zu den Getriebeeingangswellen und zum CSC identisch gestaltet sind. Das CSC stellt die hydraulische Schnittstelle dar, wobei sich das System prinzipiell mit verschiedenen hydraulischen Betätigungssystemen ansteuern lässt. Weitere Aufwendungen, wie beispielsweise die Ölkühlung bei nasslaufenden Doppelkupplungen, sind nicht erforderlich.

Die maximale Drehmomentkapazität wird bei diesem System hauptsächlich durch die Kraftgrenze der Lager und die vom Aktor zur Verfügung stehende Betätigungsenergie limitiert. Bedingt durch die Direktbetätigung wird die Anpresskraft direkt vom CSC Kolben über die Einrücklager auf die Anpressplatten übertragen. Dies bedeutet im Ver- gleich zu einer Kupplung mit Hebelübersetzung deutlich höhere Betätigungskräfte. Der Verschleiß der Reibbeläge wird nicht durch einen Nachstellmechanismus ausgeglichen, sondern wird vom Kupplungsaktor nachgeführt. Dies stellt spezifische Anforderungen an den erforderlichen Hub bzw. an die erforderliche Gesamteckenergie des Aktors dar. Somit kann üblicherweise mit der Einscheiben-Doppelkupplung ein maximales Motordrehmoment von 180 Nm übertragen werden. Anwendungen bis min. 250 Nm können mit der Mehrscheiben-Doppelkupplung abgedeckt werden. Bei dem Mehrscheiben-Konzept wird die Momentensteigerung durch die Erhöhung der Reibflächenanzahl von zwei auf vier je Teilkupplung erreicht. Die Befestigung der Zwischenanpressplatte erfolgt wie bei der Anpressplatte über Blattfederpakete. In axialer Richtung führt die Zwischenanpressplatte immer ca. den halben Weg der Anpressplatte aus. Eine neue vereinfachte direktbetätigte Mehrscheiben-Doppelkupplung wird geschaffen.

Aus Konstruktions- und Projektsicht erscheint es günstig, wenn eine radial kleinere Einscheiben-Kupplung für Anwendungen bis ca. 150 Nm zum Einsatz kommt und für größere Drehmomente und / oder höhere spezifische Belastungen eine im Durchmes- ser ebenfalls reduzierte Mehrscheiben-Doppelkupplung verwendet wird. Damit kann auch für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle ein deutlicher Vorteil hinsichtlich des Massenträgheitsmoments des Kupplungssystems erreicht werden (20 - 40% Reduzierung des Massenträgheitsmoments), ohne dass der Gesamtaufwand durch eine große Variantenvielfalt stark erhöht wird.

Weiter sollen bei der Einscheiben- und der Mehrscheiben-Kupplung bevorzugt thermische Massen aus Stahl zum Einsatz kommen. Diese bieten viele neue Designmöglichkeiten, wie Dickenreduzierung, Funktionsintegration, beispielsweise durch Ausformen der Steckverzahnung aus der motorseitigen Gegenplatte (Bild 10) oder eine neue Reiboberflächengestaltung, wie eingeprägte Nutungen auf den Reibflächen zur Optimierung des tribologischen Verhaltens. Eine Integration des Drucktopfes in die Anpressplatte ist wünschenswert.

Zusammenfassend sei erwähnt, dass das trockene Doppelkupplungsgetriebe, sich in mehreren Serienanwendungen, vor allem in der Kompaktklasse, auf dem Markt etabliert hat und dabei einen wichtigen Beitrag zur CO2-Reduzierung geleistet hat. Um auch die zukünftigen Verbrauchsgrenzwerte einhalten zu können, werden vermehrt Hybridlösungen in Fahrzeugen Anwendung finden. Daraus ergeben sich neue Rand- bedingungen, welche durch Berücksichtigung in der Auslegung des Doppelkupp- lungssystems deutliche Gewichts- und Massenträgheitsreduzierungen ermöglichen.

Die Erfahrungen aus den verschiedenen Serienprojekten sind in die Entwicklung des modularen Baukastens direktbetätigter Doppelkupplung (MDD) eingeflossen. Der konzeptionelle Vorteil der direktbetätigten trockenen Doppelkupplung in Serie hinsichtlich Momentenanregung kann mit der Mehrscheiben-Doppelkupplung nun auch für Anwendungen bis min. 250 Nm genutzt werden. Das neue Lagerungskonzept verbessert das Gesamtverhalten des Triebstrangs im Bezug auf NVH. Zusätzlich reduziert dieses Lagerungskonzept sowie der Einsatz von thermischen Massen aus Blech die Komplexität des Sub-Systems.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei ist ein einziges Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems wiedergegeben, das jedoch einmal eine Doppelkupplung mit zwei Einscheiben- Kupplungen und einmal eine Doppelkupplung mit zwei Mehrscheiben-Kupplungen einsetzt. Es zeigen:

Fig. 1 erfindungsgemäßes System im Längsschnitt mit einer Doppelkupplung, die zwei Einscheiben-Kupplungen aufweist, und Fig. 2 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße System mit einer Doppelkupplung, die zwei Mehrscheiben-Kupplungen als Teilkupplungen einsetzt.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes System 1 mit einer direkt betätigten und trockenen Doppelkupplung 2 dargestellt. Die Doppelkupplung 2 wirkt mit mehreren benachbarten und unmittelbar / direkt zusammenwirkenden Schnittstellenbauteilen 3 zusammen. Ei- nige der Schnittstellenbauteile 3 sind zur Drehmonnentweitergabe, also zur Aufnahme von Drehmoment und zum Drehmomentweitergeben ausgelegt, während andere Schnittstellenbauteile 3 zum Bewirken von Stellbewegungen ausgelegt sind. Wiederum andere Schnittstellenbauteile 3 sind zum Lagern der Doppelkupplung 2 ausge- legt.

Die Doppelkupplung weist zwei Teilkupplungen 4 und 5 auf. Die Teilkupplung 4 ist auch als K1 bezeichnet, wohingegen die Teilkupplung 5 als K2 bezeichnet wird. In der Ausgestaltung gemäß der Fig. 1 weist die Teilkupplung 4 nur eine einzelne Reibscheibe 6 auf. Die Reibscheibe 6 ist auf beiden Seiten von je einem Reibbelag 7 bedeckt. Über ein Verbindungsstück 8 kann von der Reibscheibe 6 Drehmoment zu einem Nabenkörper / einer Nabe 9 weitergeleitet werden. Dieser Nabenkörper / die Nabe 9 ist eines der Schnittstellenbauteile 3.

Der Nabenkörper 9 sitzt mit einer Innenverzahnung 10 drehmomentübertragend auf einer inneren Getriebeeingangswelle 1 1 . Die innere Getriebeeingangswelle 1 1 ist ein weiteres Schnittstellenbauteil 3. Konzentrisch dazu angeordnet ist eine äußere Getriebeeingangswelle 12, die ebenfalls als Schnittstellenbauteil 3 dient. Sie ist mit ei- nem weiteren Nabenkörper 9 verbunden, der drehmomentübertragend über ein Verbindungsstück 8 mit einer einzelnen Reibscheibe 6 wirkverbunden ist, wobei auch diese Reibscheibe 6 auf jeder Seite mit je einem Reibbelag 7 versehen ist.

Die Reibscheibe 6, mit ihren beiden Reibbelägen 7, der Teilkupplung 4 kann zwischen einer Gegendruckplatte 13 und einer Anpressplatte 14 eingeklemmt werden. Die Reibscheibe 6 mit ihren beiden Reibbelägen 7 der Teilkupplung 5 kann zwischen einer Zwischendruckplatte 15 und einer Anpressplatte 16 eingeklemmt werden.

Auf die Anpressplatte 16 wirkt ein Drucktopf 17, genauso wie ein anderer Drucktopf 17 auf die Anpressplatte 14 wirkt. Beide Drucktöpfe 17 stehen jeweils mit einem Betätigungslager 18 in Wirkzusammenhang. Die beiden Betätigungslager 18 sind durch eine Kupplungsbetätigungseinheit 19, etwa nach Art eines CSC axial verlagerbar. Die Kupplungsbetätigungseinheit 19 ist auch ein Schnittstellenbauteil 3. Die Kupplungsbetätigungseinheit 19 ihrerseits ist über ein weiteres Schnittstellenbauteil 3, nämlich ein erstes Stützlager 20 auf der äußeren Getriebeeingangswelle 12 gelagert. Das erste Stützlager ist ein Wälzlager, nämlich ein Rollen- oder Kugellager, vorzugsweise ein Schrägkugellager. Ein solches Schrägkugellager, vergleichbar zu dem des ersten Stützlagers 20, ist auch auf derselben Getriebeeingangswelle, nämlich der äußeren Getriebeeingangswelle 12 als zweites Stützlager 21 verwendbar, das die Zwischendruckplatte 15 stützt. Die beiden Stützlager 20 und 21 können zumindest teilweise gleichartig, also bspw. als Wälzlager, insbesondere als Schrägkugellager derselben oder ähnlichen Abmessungen ausgestaltet sein.

Zwischen dem zweiten Stützlager 21 und dem ebenfalls als Schnittstellenbauteil 3 agierenden Zweimassenschwungrad 22 ist ein Sicherungsring 23 angeordnet. In Fig. 1 ist die Teilkupplung 4 genauso wie die Teilkupplung 5 als Einscheiben-

Kupplung ausgestaltet. Die Schnittstellenbauteile 3 sind jedoch so angeordnet, als ob eine Mehrscheiben-Kupplung für die Teilkupplungen 4 und/oder 5 eingesetzt wäre. Dies geht gerade im Vergleich zu der Darstellung aus Fig. 2 hervor, in der nämlich die beiden Teilkupplungen 4 und 5 als Mehrscheiben-Kupplungen ausgebildet sind. Wäh- rend für jede der beiden Teilkupplungen 4 und 5 zwei Reibscheiben 6 mit je zwei Reibbelägen 7 eingesetzt ist, sind die Schnittstellenbauteile 3 in ihren Dimensionen, geometrischen Ausgestaltungen, stofflichen Konfigurationen und eingenommenen Positionen (nahezu) identisch. Es fällt auf, dass zwischen den Reibscheiben 6 der einen Teilkupplung 4 bzw. der anderen Teilkupplung 5 noch eine Zwischenplatte 24 vorhanden ist. Die jeweils getrie- beseitige Reibscheibe 6 ist über eine Verzahnung 25 an dem Verbindungsstück 8 axial verlagerbar, aber drehmomentübertragend angebunden. Es ist grundsätzlich möglich, den Drucktopf 17 in die jeweilige Anpressplatte 16 zu integrieren, diese zwei Bauteile also integral, einstückig / einmaterialig auszugestalten. Auch ist eine Integration einer Steckverzahnung in eine Gegendruckplatte 13 denkbar. Als Lagerungskonzept hat es sich bewährt, einen geschlossenen Kraftschluss, wie in den Fign. 1 und 2 dargestellt, zu realisieren. Der Kraftschluss läuft dann nur über eine einzige der beiden Getriebeeingangswellen 1 1 und 12.

Die in Fig. 1 dargestellte Variante kann ein Drehmoment von ca. 150 Nm übertragen, hat eine Massenträgheit von ungefähr 0,07 kg-m² und einen Außendurchmesser im Bereich der Kupplungsscheibe der K1 von ungefähr 212 mm. Sie hat ungefähr eine Masse von 10 kg. Die zweite Variante der Fig. 2 kann ein Drehmoment von 250 Nm übertragen, hat eine Masse von ungefähr 1 1 ,6 kg, eine Massenträgheit von ungefähr 0,08 kg-m² und eine Baugröße von ungefähr 220 mm. Verglichen mit bekannten Dop- pelkupplungen ergibt sich bei beiden Varianten eine Massenreduktion und sogar eine Massenträgheitsreduktion sowie teilweise eine Baugrößenreduktion.

Bezuqszeichenliste System

Doppelkupplung

Schnittstellenbauteil

Teilkupplung / K1

Teilkupplung / K2

Reibscheibe

Reibbelag

Verbindungsstück

Nabenkörper / Nabe

Innenverzahnung

innere Getriebeeingangswelle

äußere Getriebeeingangswelle

Gegendruckplatte

Anpressplatte der K1

Zwischendruckplatte

Anpressplatte der K2

Drucktopf

Betätigungslager

Kupplungsbetätigungseinheit

erstes Stützlager

zweites Stützlager

Zweimassenschwungrad

Sicherungsring

Zwischenplatte

Verzahnung

Claims

Patentansprüche

1 . System (1 ) aus einer Doppelkupplung (2) und mehreren mit ihr zusammenwirkenden Schnittstellenbauteilen (3), wobei die Schnittstellenbauteile (3) einerseits zur Drehmomentweitergabe an die Doppelkupplung (2) oder von der Doppelkupplung (2) weg oder andererseits zum Bewirken einer Stellbewegung oder desweiteren zum Lagern / Sichern ausgelegt sind, wobei wenigstens eine Teilkupplung (4, 5) der Doppelkupplung (2) nach einer ersten Art, nämlich nach Art einer Mehrscheiben-Kupplung mit einer ersten Anzahl von Reibscheiben, oder nach einer zweiten Art, nämlich mit einer zweiten Anzahl von der ersten Anzahl verschiedenen Anzahl von Reibscheiben, bevorzugt nach Art einer

Einscheiben-Kupplung, ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz einer Teilkupplung (4, 5) der einen Art wenigstens ein Schnittstellenbauteil (3) auf den Einsatz von Teilkupplungen (4, 5) nur der anderen Art ausgelegt und positioniert ist.

2. System (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass alle Schnittstellenbauteile (3) auf den Einsatz von Teilkupplungen der anderen Art ausgelegt und positioniert sind.

3. System (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Drehmomentübertragung vorgesehene Schnittstellenbauteil (3) als eine mit einer Reibscheibe (6) wirkverbundene Nabe (9) ausgebildet ist, die über eine Verzahnung (10) an einer inneren Getriebeeingangswelle (1 1 ) oder einer äußeren Getriebeeingangswelle (12) angebracht ist.

4. System (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Drehmomentübertragung vorgesehene Schnittstellenbauteil (3) die innere oder äußere Getriebeeingangswelle (1 1 , 12) ist.

5. System (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Drehmomentübertragung vorgesehene Schnittstellenbauteil (3) als Zweimassenschwungrad (22) ausgebildet ist.

6. System (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Stellbewegung vorgesehene Schnittstellenbauteil (3) als Betätigungseinrichtung, vorzugsweise als Nehmerzylinder ausgestaltet ist.

7. System (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das lagernde Schnittstellenbauteil als ein erstes Stützlager (20) oder ein zweites Stützlager (21 ) oder als ein Sicherungsring (23) ausgebildet ist.

8. System (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnittstellenbauteil (3) auf den Einsatz von Teilkupplungen (4, 5) nur der anderen Art ausgelegt und positioniert ist, welches mit der Teilkupplung (4, 5) der Doppelkupplung (2) nach einer ersten Art zusammenwirkt.

9. Doppelkupplung (2) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Teilkupplung (4, 5) nach Art einer Mehrscheiben-Kupplung, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schnittstelle der Doppelkupplung eingerichtet ist für ein an der Doppelkupplung (2) angreifendes Schnittstellenbauteil (3), welches für den Einsatz von

Einscheiben-Kupplungen ausgelegt und positioniert ist.

10. Doppelkupplung (2) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Teilkupplung (3, 4) nach Art einer Einscheiben-Kupplung, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schnittstelle der Doppelkupplung eingerichtet ist für ein an der Doppelkupplung (2) angreifendes Schnittstellenbauteil (3), welches für den Einsatz von Mehrscheiben-Kupplungen ausgelegt und positioniert ist.

1 1 . Doppelkupplung (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelkupplung (2) zwei Teilkupplungen (4,5) umfasst und beide Teilkupplungen (4,5) gleich nach Art einer Mehrscheiben-Kupplung oder einer

Einscheiben-Kupplung ausgebildet sind.

12. Modularer Antriebsstrang mit einem System (1 ) oder einer Doppelkupplung (2) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche.