EP3714179A1 - Kupplungseinheit für einen antriebsstrang mit formschlüssiger kupplung und hybridmodul mit kupplungseinheit als trennkupplung - Google Patents

Kupplungseinheit für einen antriebsstrang mit formschlüssiger kupplung und hybridmodul mit kupplungseinheit als trennkupplung

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EP3714179A1
EP3714179A1 EP18796836.7A EP18796836A EP3714179A1 EP 3714179 A1 EP3714179 A1 EP 3714179A1 EP 18796836 A EP18796836 A EP 18796836A EP 3714179 A1 EP3714179 A1 EP 3714179A1
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EP
European Patent Office
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torque
coupling
clutch
component
coupling element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18796836.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Trinkenschuh
Steffen Lehmann
Wolfgang Hill
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3714179A1 publication Critical patent/EP3714179A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16D11/14—Clutches in which the members have interengaging parts with clutching members movable only axially
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    • B60K6/38—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
    • B60K6/387—Actuated clutches, i.e. clutches engaged or disengaged by electric, hydraulic or mechanical actuating means
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    • F16D2011/006—Locking or detent means, i.e. means to keep the clutch in engaged condition

Definitions

  • the invention relates to a coupling unit for a drive train of a motor vehicle, with a torque input element acting as a drive element, for.
  • a torque input element acting as a drive element
  • a torque output member acting as a drive element, such. a transmission input shaft or an output shaft of a second drive machine, wherein the torque input member via a switchable coupling torque-transmitting with the torque output member is connectable.
  • the invention relates to a hybrid module, for example for a P2 hybrid application or a hybrid application with two electric machines and an internal combustion engine, with a first drive machine which is permanently connected to transmit torque to a transmission input shaft, and a second drive machine, which via a Switching unit according to the invention switchable with the transmission input shaft and / or an output shaft of the first drive machine is connected to transmit torque.
  • the coupling unit is preferably used as a separating clutch (K0) between an internal combustion engine and a transmission or a first electric machine and a second electric machine.
  • DE 10 2014 206 330 A1 discloses a torque transmission device for hybrid vehicles drivable by means of an internal combustion engine and an electric drive, which is suitable for arrangement in a drive train of the hybrid vehicle between the internal combustion engine and a transmission of the hybrid vehicle, with the electric drive a rotor rotating in particular about a central longitudinal axis of the torque transmission device; a disconnect clutch for disengaging the engine from the transmission; and with a centrifugal pendulum for damping vibrations; where the centrifugal pendulum is arranged axially within the rotor.
  • frictional clutches such as dry single-disc clutches or multi-plate clutches, as well as wet multi-plate clutches, are used, which are actuated by means of a central release system, a rotary union or a magnetic coil.
  • a coupling unit which fulfills the functions of a separating clutch and at the same time is simpler, more cost-effective and more compact in terms of its structure, its actuation and its actuation.
  • the coupling of the coupling unit has a translationally displaceable coupling element, which is designed and arranged in such a way that the coupling element is in an actuated position, i. in an actuated position, via a positive connection enables torque transmission from the torque input component to the torque output component.
  • the coupling element positively connects the torque input component with the torque output component for torque transmission, so that the clutch is closed, and that the clutch element, when it is not in the actuated position, does not transmit torque, so that the coupling is open and the coupling element is in a decoupling position, ie an unactuated position.
  • an electric motor for translational method of the coupling element is present.
  • the coupling element can be displaced in an electric motor by the operation / control of the electric motor.
  • the positive coupling is therefore actuated by an electric motor.
  • an actuation actuator of the clutch can advantageously be formed with a small number of components.
  • the translational displacement of the coupling element can thereby be controlled precisely and in both directions (for actuation and decoupling).
  • the electric motor is designed as a linear motor.
  • the electric motor is designed so that a component driven by it, that is to say the coupling element, is not put into a rotating movement but into a translatory movement.
  • a stator of the electric motor is fastened to a stationary housing, for example via a stator carrier.
  • the coupling element preferably fixed, is connected to a rotor of the electric motor, so that the coupling element is displaced translationally together with the rotor.
  • the rotor of the electric motor and / or the stator of the electric motor is arranged in the radial direction outside of the coupling element.
  • the electric motor can be integrated to operate the clutch to save space in the available space.
  • the torque input component and the torque output component are designed and matched to one another such that a rotational speed of the torque input component and a rotational speed of the torque output component can be synchronized. This advantageously makes it possible to use a form-locking clutch as a disconnect clutch, in which the torque of the torque input component is suddenly transmitted to the torque output component when the positive engagement occurs. The speed of the torque input component must therefore match the speed of the torque output component when the clutch is actuated.
  • the coupling element is designed as a sliding sleeve.
  • the sliding sleeve has positive-locking, slightly play-type connecting elements in the circumferential direction for the positive connection of the torque input component to the torque output component.
  • the coupling element is mounted and / or guided so that it is displaceable in the axial direction between the operating position and the Entkoppelwolf in which no torque is transmitted.
  • a favorable embodiment is characterized in that the torque input component and the torque output component are arranged coaxially.
  • the torque input component and the torque output component are arranged coaxially.
  • the coupling element has a toothing and if the torque input component and the torque output component each have a counter-toothing, wherein the counter-toothing transmits torque when interacting with the toothing of the coupling element.
  • the toothing of the coupling element for transmitting torque simultaneously engages in the counter toothing of the torque input component and in the counter toothing of the torque output component. If not Torque is transmitted, the connection between the teeth of the coupling member and the counter-toothing of the torque input member and / or between the teeth of the coupling member and the counter-toothing of the torque output member is released. In other words, the coupling element is brought into meshing engagement with the torque input component and the torque output component by means of translatory displacement for torque transmission.
  • the counter toothing of the torque input component and / or the counter toothing of the torque output component are / is formed as an external tooth.
  • the counter toothing of the torque input component and / or the counter toothing of the torque output component is formed as a spur gear and / or straight toothed.
  • the counter toothing of the torque input component and the counter toothing of the torque output component are arranged at the same axial height. That is, the torque input member and the torque output member have the same gear diameter.
  • the counter teeth mesh with the same toothing (namely the coupling element) for torque transmission, so that a translation-free torque transmission from the torque input component to the torque output component is ensured in a simple manner.
  • a favorable embodiment is characterized in that the toothing of the coupling element is designed as an internal toothing. It is also preferred if the internal toothing is formed with a constant toothing diameter which corresponds to the toothing diameter of the torque input component and / or the toothing diameter of the torque output component. Furthermore, it is possible to use other form-fitting elements for positive force transmission on the coupling element, the torque input component and the torque output component.
  • the coupling element it is advantageous if there is a detent for the axial positioning of the coupling element in the actuation position and / or the uncoupling position.
  • locking elements are formed on the coupling element and the torque input component or the torque output component that interact with one another such that upon reaching an axial position (namely the actuation position / actuation position or the decoupling position / decoupling position) of the coupling element relative to the torque input component or the torque output component, the coupling element is not displaced in the axial direction further translational.
  • the locking elements are formed as a biased in the radial direction by a spring ball and radially outwardly formed recesses in which the ball is pressed in the operating position or the Entkoppelwolf by the bias of the spring.
  • a stop for limiting the axial displacement of the coupling element is present.
  • the stop is formed as a radially inwardly protruding from the coupling element preferably designed as a ring member stop member which is arranged so that it upon reaching the operating position on the torque input component and upon reaching the Entkoppelwolf on the torque output component is applied.
  • the object according to the invention is also achieved by a flybrid module having a first drive machine which is permanently connected in a torque-transferring manner to a transmission input shaft, and a second drive machine which has such a clutch.
  • switching unit switchable with the transmission input shaft and / or an output shaft of the first drive machine can be connected torque-transmitting, solved.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a coupling unit according to the invention in a decoupling position in which no torque is transmitted, and
  • Fig. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the coupling unit in a Bet Trents- t Trentsgna in which torque is transmitted.
  • the coupling unit 1 shows a coupling unit 1 according to the invention for a drive train of a motor vehicle.
  • the coupling unit 1 has a torque input component 2, which acts as a drive element, for example, a drive machine, not shown.
  • the coupling unit 1 has a torque output component 3 which acts as an output element and is, for example, a transmission input shaft or an output shaft of a second drive engine.
  • the torque input component 2 can be connected to the torque output component 3 in a torque-transmitting manner via a switchable clutch / disconnect clutch 4.
  • the coupling 4 has a coupling element 5 which can be displaced by translatory displacement into an actuated position or a decoupling position.
  • the torque of the torque input component 2 is transmitted to the coupling element 5 via a positive connection and transmitted from there via a positive connection to the torque output component 4.
  • the clutch 4 is thus closed in an operating position of the coupling element 5.
  • In the decoupling position is the positive Connection between the coupling element 5 and the Drehmenteenteingangsbau- part solved, so that no torque is transmitted.
  • the translational displacement of the coupling element 5 is obtained by an electric motor 6, which is designed as a linear motor 7.
  • an electric motor 6 which is designed as a linear motor 7.
  • the coupling element 5 is fixedly connected to the rotor 9, so that the coupling element 5 together with the rotor 9 is displaced in the axial direction during operation of the electric motor 6.
  • the stator 8 is fixedly connected to a stationary housing 11 via a stator carrier 10.
  • the rotor 9 is arranged radially outside of the coupling element 5 and coaxially with the coupling element 5, the torque input component 2 and / or the torque output component 3.
  • the stator 8 is arranged coaxially with and radially outside the rotor 9.
  • the coupling element 5 is designed as a sliding sleeve 12 and annular.
  • the torque input component 2 has an outer toothing 13, which is designed as a circumferential, torque-transmitting, backlash-toothed, toothed toothing.
  • the coupling element 5 has an internal toothing 14, which is formed on a radial inner side of the coupling element 5 as a circumferentially torque-transmitting, backlash-toothed teeth which, when interacting with the external toothing 13 on the torque input component 2, torque from the torque input component 2 to the coupling - 5 transmits element.
  • the torque output component 3 has an outer toothing 15, which is designed as a circumferential, torque-transmitting, backlash-toothed toothing and transmits torque from the coupling element 5 to the torque output component 3 when interacting with the inner toothing 14 on the coupling element 5.
  • the coupling element 5 When the coupling element 5 is in the decoupling position, it is in meshing engagement only with the torque output member 3. Due to the axial displacement of the coupling element 5 in the operating position, the internal toothing 14 is pushed into the external toothing 13, so that the coupling element 5 is engaged both with the torque output component 3 and with the torque input component 2.
  • the coupling element 5 can therefore only be inserted into the external toothing 14 when the rotational speed of the torque input component 2 coincides with the rotational speed of the coupling element 5, that is to say the rotational speed of the torque output component 3.
  • the internal toothing 14 In the actuation position, the internal toothing 14 is in meshing engagement over the entire toothing length of the external toothing 13 with the external toothing 13.
  • the internal toothing 14 meshes with the external toothing 15 over the entire toothing length of the torque output component 3.
  • the detent 16 is formed by two recesses 17 in the radial inner side of the coupling element 5 and a ball 18.
  • the ball 18 is biased by a spring 19 in the radial direction and connected to the torque output member 3.
  • the recesses 17 are arranged in the coupling element 5, that the coupling element 5 is either in the operating position or in the Entkoppelwolf when the ball 18 is located in the first recess 17 or the second recess 17.
  • the recesses 17 have a triangular cross section, so that upon axial displacement of the coupling element 5, the ball 18 is guided out of the recesses 17.
  • a stop 20 is formed, which abuts with an axial side on the torque input component 2 when the coupling element 5 is in the operating position, or with the other axial side of the torque output element 3 abuts when the coupling element 5 in the Uncoupling is.
  • the stop 20 is designed as a ring component which projects from the coupling element 5 in the radial direction inwards beyond the internal teeth 14.
  • the torque output member 3 is mounted on a hollow shaft 21 via a shaft-hub connection 22. Via the hollow shaft 21, the torque is transmitted, for example, to a transmission input shaft or an output shaft of an engine.
  • the torque output component 3 can also be formed in one piece with the hollow shaft 21.
  • the hollow shaft 21 is mounted on a first rolling bearing 23 in the housing 11 and a second rolling bearing 24 on or in the torque input member 2.
  • the torque output component 2 is mounted on the first rolling bearing 23 in the housing 11 via the second rolling bearing 24 on or in the torque input component 2.
  • the outer toothing 13 has a chamfer 25 on a side facing the torque output component 3 in the axial direction.
  • the inner toothing 14 also has a chamfer 26 on a side facing the torque input component 2 in the axial direction, which corresponds to the chamfer 25 in terms of angle and size.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinheit (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem als Antriebselement wirkenden Drehmomenteingangsbauteil (2) und mit einem als Abtriebselement wirkenden Drehmomentausgangsbauteil (3), wobei das Drehmomenteingangsbauteil (2) über eine schaltbare Kupplung (4) drehmomentübertragend mit dem Drehmomentausgangsbauteil (3) verbindbar ist, wobei die Kupplung (4) ein translatorisch verschiebbares Kupplungselement (5) aufweist, das so ausgebildet und angeordnet ist, dass das Kupplungselement (5) in einer Betätigungsstellung über einen Formschluss eine Drehmomentweitergabe von dem Drehmomenteingangsbauteil (2) an das Drehmomentausgangsbauteil (3) ermöglicht. Ferner betrifft die Erfindung ein Hybridmodul mit einer ersten Antriebsmaschine, die permanent mit einer Getriebeeingangswelle drehmomentübertragend verbunden ist, und einer zweiten Antriebsmaschine, die über eine solche Kupplungseinheit (1) schaltbar mit der Getriebeeingangswelle und/oder einer Abtriebswelle der ersten Antriebsmaschine drehmomentübertragend verbindbar ist.

Description

Kupplunqseinheit für einen Antriebsstranq mit formschlüssiqer Kupplung und Hybridmodul mit Kupplunqseinheit als Trennkupplung
Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahr- zeugs, mit einem als Antriebselement wirkenden Drehmomenteingangsbauteil, z. B. zum Einleiten von Drehmoment einer Antriebsmaschine wie einer Verbrennungs- kraftmaschine oder einer elektrischen Maschine (E-Maschine), und mit einem als Ab- triebselement wirkenden Drehmomentausgangsbauteil, wie z.B. einer Getriebeein- gangswelle oder einer Abtriebswelle einer zweiten Antriebsmaschine, wobei das Drehmomenteingangsbauteil über eine schaltbare Kupplung drehmomentübertragend mit dem Drehmomentausgangsbauteil verbindbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Hybridmodul, beispielsweise für eine P2-Hybridanwendung oder eine Hybridan- wendung mit zwei elektrischen Maschinen und einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer ersten Antriebsmaschine, die permanent mit einer Getriebeeingangswelle dreh- momentübertragend verbunden ist, und einer zweiten Antriebsmaschine, die über eine erfindungsgemäße Kupplungseinheit schaltbar mit der Getriebeeingangswelle und/oder einer Abtriebswelle der ersten Antriebsmaschine drehmomentübertragend verbindbar ist. Das heißt also, dass die Kupplungseinheit vorzugsweise als eine Trennkupplung (K0) zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe oder einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine ein- gesetzt wird.
Aus dem Stand der Technik sind bereits sogenannte Trennkupplungen bekannt, die eingesetzt werden, um eine Antriebsmaschine mit dem Antriebsstrang zu verbinden oder von ihm abzukoppeln. Zum Beispiel offenbart die DE 10 2014 206 330 A1 eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für mittels eines Verbrennungsmotors und eines elektrischen Antriebs antreibbare Hybridfahrzeuge, die geeignet ist zur Anordnung in einem Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs zwischen dem Verbrennungsmotor und ei- nem Getriebe des Hybridfahrzeugs, mit dem elektrischen Antrieb, der einen insbeson- dere um eine Mittenlängsachse der Drehmomentübertragungsvorrichtung rotierenden Rotor aufweist; mit einer Trennkupplung zum Entkuppeln des Verbrennungsmotors vom Getriebe; und mit einem Fliehkraftpendel zum Dämpfen von Schwingungen; wo- bei das Fliehkraftpendel axial innerhalb des Rotors angeordnet ist. Als Trennkupplung werden dabei reibschlüssige Kupplungen, wie z.B. trockene Einscheibenkupplungen oder Mehrscheibenkupplungen sowie nasse Lamellenkupplungen, eingesetzt, die mit- tels einem Zentralausrücksystem, einer Drehdurchführung oder einer Magnetspule be- tätigt werden.
Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass solche reibschlüssigen Trennkupplungen einen hohen Verschleiß haben, sich stark erwärmen, so dass oft- mals eine Kühlung erforderlich ist, und die Betätigung der Kupplung bauraum- und kostenintensiv ist.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll eine Kupplungseinheit bereitgestellt werden, die die Funktionen einer Trennkupplung erfüllt und gleichzeitig hinsichtlich ihres Aufbaus, ihrer Ansteuerung und ihrer Aktuierung einfacher, kosten- günstiger und kompakter ausgebildet ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungs- gemäß dadurch gelöst, dass die Kupplung der Kupplungseinheit ein translatorisch verschiebbares Kupplungselement aufweist, das so ausgebildet und angeordnet ist, dass das Kupplungselement in einer Betätigungsstellung, d.h. in einer betätigenden Position, über einen Formschluss eine Drehmomentweitergabe von dem Drehmo- menteingangsbauteil an das Drehmomentausgangsbauteil ermöglicht.
Das heißt also, dass das Kupplungselement in der Betätigungsstellung das Drehmo- menteingangsbauteil mit dem Drehmomentausgangsbauteil formschlüssig zur Dreh- momentübertragung verbindet, so dass die Kupplung geschlossen ist, und dass das Kupplungselement, wenn es nicht in der Betätigungsstellung ist, kein Drehmoment überträgt, so dass die Kupplung geöffnet ist und das Kupplungselement in einer Ent- koppelstellung, also einer unbetätigenden Stellung, ist.
Dies hat den Vorteil, dass die Trennkupplung also nicht als eine Reibkupplung, son- dern als eine formschlüssige Kupplung ausgebildet ist, deren Betätigung bauraumspa- render und kostengünstiger umgesetzt werden kann. Außerdem werden oben ge- nannte Nachteile einer Reibkupplung hinsichtlich Verschleiß und erforderlicher Küh- lung vermieden.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und wer- den nachfolgend näher erläutert.
Zudem ist es zweckmäßig, wenn ein Elektromotor zum translatorischen Verfahren des Kupplungselements vorhanden ist. D.h., dass das Kupplungselement elektromotorisch durch den Betrieb/das Ansteuern des Elektromotors translatorisch verlagerbar ist. Die formschlüssige Kupplung ist also elektromotorisch betätigbar. So kann eine Betäti- gungs-Aktorik der Kupplung vorteilhafterweise mit einer geringen Anzahl an Bauteilen ausgebildet werden. Außerdem kann durch die elektromotorische Ansteuerung der Kupplung erreicht werden, dass die Zeitverzögerung zwischen der Ansteuerung der Betätigung und dem Schließen/Öffnen der Kupplung sehr gering ist. Ferner ist dadurch die translatorische Verschiebung des Kupplungselements präzise und in bei- de Richtungen (zum Betätigen und zum Entkoppeln) steuerbar.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn der Elektromotor als ein Linearmotor ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der Elektromotor so ausgebildet, dass ein von ihm ange- triebenes Bauteil, also das Kupplungselement, nicht in eine drehende Bewegung, sondern in eine translatorische Bewegung versetzt wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein Stator des Elektromotors beispielsweise über einen Statorträger an einem festste- henden Gehäuse befestigt ist. Auch ist es bevorzugt, wenn das Kupplungselement, vorzugsweise fest, an einem Rotor des Elektromotors angebunden ist, so dass das Kupplungselement mit dem Rotor zusammen translatorisch verlagert wird.
Auch ist zweckmäßig, wenn der Rotor des Elektromotors und/oder der Stator des Elektromotors in Radialrichtung außerhalb des Kupplungselements angeordnet ist. SO kann der Elektromotor zu Betätigung der Kupplung platzsparend in den vorhandenen Bauraum integriert werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Drehmomenteingangsbauteil und das Drehmomen- tausgangsbauteil so ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine Dreh- zahl des Drehmomenteingangsbauteils und eine Drehzahl des Drehmomentaus- gangsbauteils synchronisierbar sind. Dadurch wird vorteilhafterweise ermöglicht, dass eine formschlüssige Kupplung als Trennkupplung eingesetzt werden kann, bei der schlagartig bei Eingehen des Formschlusses das Drehmoment des Drehmomentein- gangsbauteils auf das Drehmomentausgangsbauteil übertragen wird. Die Drehzahl des Drehmomenteingangsbauteils muss also mit der Drehzahl des Drehmomentaus- gangsbauteils übereinstimmen, wenn die Kupplung betätigt wird.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Kupplungselement als eine Schiebemuffe aus- gebildet ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Schiebemuffe in Umfangsrich- tung formschlüssige, leichtspielbehaftete Verbindungselemente zum formschlüssigen Verbinden des Drehmomenteingangsbauteils mit dem Drehmomentausgangsbauteil aufweist.
Auch ist es von Vorteil, wenn das Kupplungselement so gelagert und/oder geführt ist, dass es zwischen der Betätigungsstellung und der Entkoppelstellung, in der kein Drehmoment übertragen wird, in Axialrichtung verschieblich ist.
Zudem zeichnet sich ein günstiges Ausführungsbeispiel dadurch aus, dass das Dreh- momenteingangsbauteil und das Drehmomentausgangsbauteil koaxial angeordnet sind. So ist es in vorteilhafter Weise möglich, die beiden Bauteile ohne Zwischenstufe drehmomentübertragend miteinander zu koppeln.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn das Kupplungselement eine Verzahnung aufweist und wenn das Drehmomenteingangsbauteil und das Drehmomentausgangsbauteil je- weils eine Gegenverzahnung aufweisen, wobei die Gegenverzahnung bei Zusam- menwirken mit der Verzahnung der Kupplungselements Drehmoment überträgt. Das heißt also, dass die Verzahnung des Kupplungselements zum Übertragen von Dreh- moment gleichzeitig in die Gegenverzahnung des Drehmomenteingangsbauteils und in die Gegenverzahnung des Drehmomentausgangsbauteils eingreift. Wenn kein Drehmoment übertragen wird, ist die Verbindung zwischen der Verzahnung des Kupp- lungsbauteils und der Gegenverzahnung des Drehmomenteingangsbauteils und/oder zwischen der Verzahnung des Kupplungsbauteils und der Gegenverzahnung des Drehmomentausgangsbauteils gelöst. Mit anderen Worten wird das Kupplungsele- ment durch translatorische Verschiebung in einen Verzahnungseingriff mit dem Dreh- momenteingangsbauteil und dem Drehmomentausgangsbauteil zur Drehmomentüber- tragung gebracht.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Gegenverzahnung des Drehmomenteingangsbau- teils und/oder die Gegenverzahnung des Drehmomentausgangsbauteils als eine Au- ßenverzahnung ausgebildet sind/ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Gegen- verzahnung des Drehmomenteingangsbauteils und/oder die Gegenverzahnung des Drehmomentausgangsbauteils als Stirnrad und/oder geradeverzahnt ausgebildet ist.
Außerdem ist es bevorzugt, wenn die Gegenverzahnung des Drehmomenteingangs- bauteils und die Gegenverzahnung des Drehmomentausgangsbauteils auf derselben axialen Höhe angeordnet sind. Das heißt, dass das Drehmomenteingangsbauteil und das Drehmomentausgangsbauteil denselben Verzahnungsdurchmesser aufweisen.
So ist es möglich, dass die Gegenverzahnungen in die gleiche Verzahnung (nämlich des Kupplungselements) zur Drehmomentübertragung eingreifen, so dass auf einfa- che Weise eine übersetzungsfreie Drehmomentübertragung von dem Drehmoment- eingangsbauteil an das Drehmomentausgangsbauteil sichergestellt wird.
Weiterhin zeichnet sich ein günstiges Ausführungsbeispiel dadurch aus, dass die Ver- zahnung des Kupplungselements als eine Innenverzahnung ausgebildet ist. Auch ist es bevorzugt, wenn die Innenverzahnung mit konstantem Verzahnungsdurchmesser ausgebildet ist, der dem Verzahnungsdurchmesser des Drehmomenteingangsbauteils und/oder dem Verzahnungsdurchmesser des Drehmomentausgangsbauteils ent- spricht. Ferner ist es möglich, andere Formschlusselemente zur formschlüssigen Kraftüber- tragung an dem Kupplungselement, dem Drehmomenteingangsbauteil und dem Drehmomentausgangsbauteil zu verwenden.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn eine Arretierung zur axialen Positionierung des Kupplungselements in der Betätigungsstellung und/oder der Entkoppelstellung vor- handen ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn an dem Kupplungselements und dem Drehmomenteingangsbauteil oder dem Drehmomentausgangsbauteil Arretie- rungselemente ausgebildet sind, die so miteinander Zusammenwirken, dass bei Errei- chen einer axialen Position (nämlich der Betätigungsstellung/Betätigungsposition oder der Entkoppelstellung/Entkoppelposition) des Kupplungselements relativ zu dem Drehmomenteingangsbauteil oder dem Drehmomentausgangsbauteil das Kupplungs- element nicht in Axialrichtung weiter translatorisch verlagert wird.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Arretierungselemente als eine über eine Feder in Radialrichtung vorgespannte Kugel und als in Radialrichtung ausgebildete Ausneh- mungen, in die die Kugel in der Betätigungsstellung oder der Entkoppelstellung durch die Vorspannung der Feder gedrückt wird, ausgebildet sind.
Außerdem ist es bevorzugt, wenn ein Anschlag zum Begrenzen der axialen Verschie- bung des Kupplungselements vorhanden ist. So kann vorteilhafterweise verhindert werden, dass das Kupplungselement in Axialrichtung zu weit bzw. weiter als notwen- dig verfahren wird. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der Anschlag als ein radial nach innen von dem Kupplungselement vorstehendes vorzugsweise als Ringbauteil ausgebildetes Anschlagselement ausgebildet ist, das so angeordnet ist, dass es bei Erreichen der Betätigungsstellung an dem Drehmomenteingangsbauteil und bei Errei- chen der Entkoppelstellung an dem Drehmomentausgangsbauteil anliegt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Flybridmodul mit einer ersten An- triebsmaschine, die permanent mit einer Getriebeeingangswelle drehmomentübertra- gend verbunden ist, und einer zweiten Antriebsmaschine, die über eine solche Kupp- lungseinheit schaltbar mit der Getriebeeingangswelle und/oder einer Abtriebswelle der ersten Antriebsmaschine drehmomentübertragend verbindbar ist, gelöst.
Die Figuren werden nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kupp- lungseinheit in einer Entkoppelstellung, in der kein Drehmoment übertragen wird, und
Fig. 2 eine schematische Längsschnittdarstellung der Kupplungseinheit in einer Betä- tigungsstellung, in der Drehmoment übertragen wird.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver- ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungseinheit 1 für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Kupplungseinheit 1 weist ein Drehmomenteingangsbauteil 2 auf, das als ein Antriebselement beispielsweise einer nicht dargestellten Antriebsmaschine wirkt. Außerdem weist die Kupplungseinheit 1 ein Drehmomentausgangsbauteil 3 auf, das als ein Abtriebselement wirkt und beispielsweise eine Getriebeeingangswelle oder eine Abtriebswelle einer zweiten Antriebsmaschine ist. Das Drehmomenteingangsbau- teil 2 ist über eine schaltbare Kupplung/Trennkupplung 4 drehmomentübertragend mit dem Drehmomentausgangsbauteil 3 verbindbar.
Die Kupplung 4 weist ein Kupplungselement 5 auf, das durch translatorische Ver- schiebung in eine Betätigungsstellung oder eine Entkoppelstellung verlagert werden kann. In der Betätigungsstellung wird das Drehmoment des Drehmomenteingangs- bauteils 2 über eine formschlüssige Verbindung an das Kupplungselement 5 übertra- gen und von dort über eine formschlüssige Verbindung an das Drehmomentaus- gangsbauteil 4 übertragen. Die Kupplung 4 ist also in einer Betätigungsstellung des Kupplungselements 5 geschlossen. In der Entkoppelstellung ist die formschlüssige Verbindung zwischen dem Kupplungselement 5 und dem Drehmomenteingangsbau- teil 2 gelöst, so dass kein Drehmoment übertragen wird.
Die translatorische Verschiebung des Kupplungselements 5 wird durch einen Elekt- romotor 6, der als ein Linearmotor 7 ausgebildet ist, erwirkt. Bei Betrieb des Elektro- motors 6 wirken die Magnetfelder eines Stators 8 und eines Rotors 9 des Elektromo- tors 6 so aufeinander, dass der Rotor 9 relativ zu dem Stator 8 translatorisch in Axial- richtung verschoben wird. Das Kupplungselement 5 ist fest an dem Rotor 9 angebun- den, so dass das Kupplungselement 5 zusammen mit dem Rotor 9 bei Betrieb des Elektromotors 6 in Axialrichtung verschoben wird. Der Stator 8 ist über einen Stator- träger 10 fest mit einem feststehenden Gehäuse 11 verbunden.
Der Rotor 9 ist radial außerhalb des Kupplungselements 5 und koaxial zu dem Kupp- lungselement 5, dem Drehmomenteingangsbauteil 2 und/oder dem Drehmomentaus- gangsbauteil 3 angeordnet. Der Stator 8 ist koaxial zu und radial außerhalb des Ro- tors 9 angeordnet.
Das Kupplungselement 5 ist als eine Schiebemuffe 12 und ringförmig ausgebildet.
Das Drehmomenteingangsbauteil 2 weist eine Außenverzahnung 13 auf, die als in Umfangsrichtung drehmomentübertragende, spielbehaftete, geradverzahnte Verzah- nung ausgebildet ist. Das Kupplungselement 5 weist eine Innenverzahnung 14 auf, die auf einer radialen Innenseite des Kupplungselements 5 als in Umfangsrichtung drehmomentübertragende, spielbehaftete, geradverzahnte Verzahnung ausgebildet ist, die bei Zusammenwirken mit der Außenverzahnung 13 an dem Drehmomentein- gangsbauteil 2 Drehmoment von dem Drehmomenteingangsbauteil 2 an das Kupp- lungselement 5 überträgt. Das Drehmomentausgangsbauteil 3 weist eine Außenver- zahnung 15 auf, die als in Umfangsrichtung drehmomentübertragende, spielbehaftete, geradverzahnte Verzahnung ausgebildet ist und bei Zusammenwirken mit der Innen- verzahnung 14 an dem Kupplungselement 5 Drehmoment von dem Kupplungsele- ment 5 an das Drehmomentausgangsbauteil 3 überträgt. Wenn das Kupplungselement 5 in der Entkoppelstellung ist, steht es nur mit dem Drehmomentausgangsbauteil 3 in Verzahnungseingriff. Durch die axiale Verschiebung des Kupplungselements 5 in die Betätigungsstellung wird die Innenverzahnung 14 in die Außenverzahnung 13 geschoben, so dass das Kupplungselement 5 sowohl mit dem Drehmomentausgangsbauteil 3 als auch mit dem Drehmomenteingangsbauteil 2 in Eingriff steht. Das Kupplungselement 5 kann also nur in die Außenverzahnung 14 eingeschoben werden, wenn die Drehzahl des Drehmomenteingangsbauteils 2 mit der Drehzahl des Kupplungselements 5, also der Drehzahl des Drehmomentausgangs- bauteils 3, übereinstimmt. In der Betätigungsstellung steht die Innenverzahnung 14 über die gesamte Verzahnungslänge der Außenverzahnung 13 mit der Außenverzah- nung 13 im Zahneingriff. In der Entkoppelstellung steht die Innenverzahnung 14 über die gesamte Verzahnungslänge des Drehmomentausgangsbauteils 3 mit der Außen- verzahnung 15 im Zahneingriff.
In der Kupplungseinheit 1 ist es Arretierung 16 vorhanden, die zur axialen Positionie- rung des Kupplungselements 5 relativ zu dem Drehmomentausgangsbauteil 3 und damit zu dem Drehmomenteingangsbauteil 2 dient. Die Arretierung 16 wird durch zwei Ausnehmungen 17 in der radialen Innenseite des Kupplungselements 5 und eine Ku- gel 18 gebildet. Die Kugel 18 ist über eine Feder 19 in Radialrichtung vorgespannt und an dem Drehmomentausgangsbauteil 3 angebunden. Die Ausnehmungen 17 sind so in dem Kupplungselement 5 angeordnet, dass sich das Kupplungselement 5 entweder in der Betätigungsstellung oder in der Entkoppelstellung befindet, wenn die Kugel 18 in der ersten Ausnehmung 17 oder der zweiten Ausnehmung 17 liegt. Die Ausneh- mungen 17 haben einen dreieckigen Querschnitt, so dass bei axialer Verlagerung des Kupplungselements 5 die Kugel 18 aus den Ausnehmungen 17 herausgeführt wird.
An dem Kupplungselement 5 ist ein Anschlag 20 ausgebildet, der mit einer axialen Seite an dem Drehmomenteingangsbauteil 2 anliegt, wenn das Kupplungselement 5 in der Betätigungsstellung ist, oder mit der anderen axialen Seite an dem Drehmo- mentausgangsbauteil 3 anliegt, wenn das Kupplungselement 5 in der Entkoppelstel- lung ist. Der Anschlag 20 ist als ein Ringbauteil ausgebildet, das von dem Kupplungs- element 5 in Radialrichtung nach innen bis über die Innenverzahnung 14 hinaus her- vorsteht. Das Drehmomentausgangsbauteil 3 ist auf einer Hohlwelle 21 über eine Welle-Nabe- Verbindung 22 befestigt. Über die Hohlwelle 21 wird das Drehmoment beispielsweise an eine Getriebeeingangswelle oder eine Abtriebswelle einer Antriebsmaschine wei- tergegeben. Das Drehmomentausgangsbauteil 3 kann auch einstückig mit der Hohl- welle 21 ausgebildet sein.
Die Hohlwelle 21 ist über ein erstes Wälzlager 23 in dem Gehäuse 11 und über ein zweites Wälzlager 24 auf bzw. in dem Drehmomenteingangsbauteil 2 gelagert. Also ist auch das Drehmomentausgangsbauteil 2 über das erste Wälzlager 23 in dem Ge- häuse 11 über das zweite Wälzlager 24 auf bzw. in dem Drehmomenteingangsbauteil 2 gelagert.
Die Außenverzahnung 13 weist auf einer in Axialrichtung dem Drehmomentaus- gangsbauteil 3 zugewandten Seite eine Fase 25 auf. Auch weist die Innenverzahnung 14 auf einer in Axialrichtung dem Drehmomenteingangsbauteil 2 zugewandten Seite eine Fase 26 auf, die hinsichtlich Winkel und Größe der Fase 25 entspricht.
Bezuqszeichenliste Kupplungseinheit
Drehmomenteingangsbauteil
Drehmomentausgangsbauteil
Kupplung
Kupplungselement
Elektromotor
Linearmotor
Stator
Rotor
Statorträger
Gehäuse
Schiebemuffe
Eingangs-Außenverzahnung
Innenverzahnung
Ausgangs-Außenverzahnung
Arretierung
Ausnehmung
Kugel
Feder
Anschlag
Hohlwelle
Welle-Nabe-Verbindung
erstes Wälzlager
zweites Wälzlager
Fase
Fase

Claims

Patentansprüche
1. Kupplungseinheit (1 ) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem als Antriebselement wirkenden Drehmomenteingangsbauteil (2) und mit einem als Abtriebselement wirkenden Drehmomentausgangsbauteil (3), wobei das Drehmomenteingangsbauteil (2) über eine schaltbare Kupplung (4) drehmo- mentübertragend mit dem Drehmomentausgangsbauteil (3) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) ein translatorisch verschiebba- res Kupplungselement (5) aufweist, das so ausgebildet und angeordnet ist, dass das Kupplungselement (5) in einer Betätigungsstellung über einen Form- schluss eine Drehmomentweitergabe von dem Drehmomenteingangsbauteil (2) an das Drehmomentausgangsbauteil (3) ermöglicht.
2. Kupplungseinheit (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein
Elektromotor (6) zum translatorischen Verfahren des Kupplungselements (5) vorhanden ist.
3. Kupplungseinheit (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Elektromotor (6) als ein Linearmotor (7) ausgebildet ist.
4. Kupplungseinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- net, dass das Drehmomenteingangsbauteil (2) und das Drehmomentaus- gangsbauteil (3) so ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine Drehzahl des Drehmomenteingangsbauteils (2) und eine Drehzahl des Dreh- momentausgangsbauteils (3) synchronisierbar sind.
5. Kupplungseinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich- net, dass das Kupplungselement (5) als eine Schiebemuffe (12) ausgebildet ist.
6. Kupplungseinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass das Drehmomenteingangsbauteil (2) und das Drehmomentaus- gangsbauteil (3) koaxial angeordnet sind.
7. Kupplungseinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich- net, dass das Kupplungselement (5) eine Verzahnung (14) aufweist und dass das Drehmomenteingangsbauteil (2) und das Drehmomentausgangsbauteil (3) jeweils eine Gegenverzahnung (13, 15) aufweisen, wobei die Gegenverzah- nung (13, 15) bei Zusammenwirken mit der Verzahnung (14) der Kupplungs- elements (5) Drehmoment überträgt.
8. Kupplungseinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich- net, dass eine Arretierung (16) zur axialen Positionierung des Kupplungsele- ments (5) in der Betätigungsstellung und/oder der Entkoppelstellung vorhanden ist.
9. Kupplungseinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich- net, dass ein Anschlag (20) zum Begrenzen der axialen Verschiebung des Kupplungselements (5) vorhanden ist.
10. Hybridmodul mit einer ersten Antriebsmaschine, die permanent mit einer Ge- triebeeingangswelle drehmomentübertragend verbunden ist, und einer zweiten Antriebsmaschine, die über eine Kupplungseinheit (1 ) nach einem der Ansprü- che 1 bis 9 schaltbar mit der Getriebeeingangswelle und/oder einer Ab- triebswelle der ersten Antriebsmaschine drehmomentübertragend verbindbar ist.
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