EP4405594A1 - Booster-kupplung mit einer rotationsachse für einen antriebsstrang - Google Patents

Booster-kupplung mit einer rotationsachse für einen antriebsstrang

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Publication number
EP4405594A1
EP4405594A1 EP22777217.5A EP22777217A EP4405594A1 EP 4405594 A1 EP4405594 A1 EP 4405594A1 EP 22777217 A EP22777217 A EP 22777217A EP 4405594 A1 EP4405594 A1 EP 4405594A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
booster
torque
clutch
pilot
input side
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP22777217.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alain Rusch
Martin HÄSSLER
Sebastian Kaiser
Marc Finkenzeller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4405594A1 publication Critical patent/EP4405594A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D13/00—Friction clutches
    • F16D13/04—Friction clutches with means for actuating or keeping engaged by a force derived at least partially from one of the shafts to be connected
    • F16D13/06—Friction clutches with means for actuating or keeping engaged by a force derived at least partially from one of the shafts to be connected with clutching members movable otherwise than only axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D21/00—Systems comprising a plurality of actuated clutches
    • F16D21/08—Serially-arranged clutches interconnecting two shafts only when all the clutches are engaged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/12—Mechanical clutch-actuating mechanisms arranged outside the clutch as such
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/20—Freewheels or freewheel clutches with expandable or contractable clamping ring or band
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D43/00—Automatic clutches
    • F16D43/02—Automatic clutches actuated entirely mechanically
    • F16D43/20—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by torque, e.g. overload-release clutches, slip-clutches with means by which torque varies the clutching pressure
    • F16D43/21—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by torque, e.g. overload-release clutches, slip-clutches with means by which torque varies the clutching pressure with friction members
    • F16D43/211—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by torque, e.g. overload-release clutches, slip-clutches with means by which torque varies the clutching pressure with friction members with radially applied torque-limiting friction surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/12—Mechanical clutch-actuating mechanisms arranged outside the clutch as such
    • F16D2023/123—Clutch actuation by cams, ramps or ball-screw mechanisms

Definitions

  • the invention relates to a booster clutch with an axis of rotation for a drive train, having at least the following components:
  • a pilot clutch with a friction pack comprising a pilot input side and a pilot output side;
  • a booster output side connected to the pilot control input side in a torque-proof manner
  • a booster input side which can be connected in a torque-proof manner to an input shaft
  • the booster clutch is primarily characterized in that a drum is also included, and when a predetermined torque is applied to the booster input side and the booster output side as a result of the at least one roller rolling on the pair of ramps, the at least one rocker element moves radially against the drum is pressed.
  • the invention also relates to a drive train and a motor vehicle with such a drive train.
  • booster clutches Self-energizing clutches
  • Such a booster clutch enables a large torque to be transmitted when the contact pressure or control pressure is (too) low. For this purpose, part of the torque to be transmitted is converted into a contact pressure.
  • booster clutches have, for example, leaf spring systems or ball ramp systems, a torque being built up by means of a pilot clutch and then (at least part of) this torque being converted into an axial contact pressure.
  • the known designs have a high axial space requirement.
  • the (self-reinforcing) clutch can be integrated into the drive train, for example between the internal combustion engine and a transmission, for example in a hybrid module, in a space-neutral manner and with as little structural intervention as possible.
  • the object of the present invention is to at least partially overcome the disadvantages known from the prior art.
  • the features according to the invention result from the independent claims, for which advantageous configurations are shown in the dependent claims.
  • the features of the claims can be combined in any technically meaningful way, whereby the explanations from the following description and features from the figures can also be used for this purpose, which include additional configurations of the invention.
  • the invention relates to a booster clutch with an axis of rotation for a drive train, having at least the following components:
  • a pilot clutch with a friction pack comprising a pilot input side and a pilot output side, wherein in a compressed state between the pilot input side and the pilot output side a torque can be transmitted by friction;
  • a booster output side connected to the pilot control input side in a torque-proof manner
  • a booster input side which can be connected in a torque-proof manner to an input shaft
  • At least one rocker element which is arranged to transmit torque in the torque flow between the booster input side and the booster output side;
  • At least one role which transmits torque via a pair of ramps between a corresponding one of the rocker elements and the booster Input side or the booster output side is arranged;
  • At least one first energy storage element is either:
  • the booster clutch is primarily characterized in that a drum is also included, and when a predetermined torque is applied to the booster input side and the booster output side as a result of the at least one roller rolling on the pair of ramps, the at least one rocker element moves radially against the drum is pressed.
  • the booster clutch proposed here is set up for the intensified transmission of a torque about an axis of rotation for use in a drive train.
  • the actuating force for generating the contact pressure force for frictionally transmitting a predetermined (total) torque is insufficient, for example so that only 20% [twenty percent] to 30% of the predetermined (total) torque can be transmitted.
  • This actuating force or this control pressure is used for the pilot clutch.
  • the further contact pressure is diverted from the applied and to be transmitted (total) torque.
  • the pilot clutch is one Friction clutch, which can be adjusted to a slip limit via the contact pressure (or actuating force).
  • the pilot clutch (and the drum, see below) is operated at the slip limit.
  • the actuating force here is that force which is transmitted from a slave system, for example a slave piston in a hydraulic or pneumatic system or a release ring or engagement ring (possibly via a diaphragm spring) to a (pilot control) pressure plate.
  • the contact pressure is the force that is applied directly to the friction partners of the pilot clutch. A drop in the contact pressure force over the transmission path is neglected here, or an effective mean of the contact pressure force for the (maximum) transmissible torque is considered.
  • the booster clutch proposed here accordingly includes a pilot clutch with a friction pack.
  • the friction package includes a pilot control input side and a pilot control output side, which can be pressed together in a rubbing (or slipping) manner with a torque that can be controlled via an axial contact pressure force, and a torque can thus be transmitted purely by friction.
  • the (currently) maximum transmittable torque results from the product of the (currently) applied contact pressure, the mean radius of the friction surface and the (possibly variable, i.e. current) coefficient of friction.
  • the pilot clutch has, for example, a pilot pressure plate, a pilot counterplate and a (pilot) friction disc, which can be pressed together by means of an axially acting pressure force.
  • a pilot pressure plate for example, a pilot pressure plate, a pilot counterplate and a (pilot) friction disc, which can be pressed together by means of an axially acting pressure force.
  • a plurality of friction disks and a corresponding number of intermediate plates are provided.
  • the friction pack is designed as a disk pack.
  • the pilot clutch is designed in the manner of a drum brake with a friction drum and at least one pressure block and thus a radially acting contact pressure.
  • the pilot control input side is formed by the at least one pilot control friction disk or the friction drum.
  • the pre-tax The output side is then formed by the pilot counterplate and the pilot pressure plate or by the at least one pressure block.
  • the pilot control output side of the friction pack is in use connected to an output, for example a transmission input shaft (preferably directly) in a torque-proof manner, for example by means of a (plug-in) toothing.
  • the pilot control output side is connected in a torque-proof manner to a rotor shaft of an electric drive machine, for example in a hybrid module, preferably via the co-rotating clutch cover of the pilot control clutch.
  • an actuating device for the axial actuation of the friction pack, i.e. for applying a contact pressure to the friction pack, with the actuation force being used to move the friction pack from a normal position (open in a normally open configuration) to the actuated position (in a normally-open configuration closed) can be converted.
  • the friction pack is (passively) returned to the normal position, for example with the aid of an antagonistic energy storage element, for example at least one leaf spring.
  • the booster clutch has a wet design. In the case of the wet embodiment, any frictional heat that is introduced can be dissipated easily and the construction volume can therefore often be reduced.
  • the booster clutch is dry. In the case of the dry embodiment, the booster clutch can be arranged outside of the transmission housing and can be manufactured inexpensively in comparison to a wet booster clutch. This also means that the coefficient of friction (with sufficient cooling) is within a very narrow tolerance window and the friction torque is almost force-proportional between a separated and a pressed state.
  • the booster clutch also has a booster output side, which is connected in a torque-proof manner to the pilot control input side.
  • the booster output side is formed, for example, by at least one disk segment-like or (preferably) disk-like component.
  • the booster output side and the pilot control input side are formed separately and connected in a torque-proof manner, for example via teeth on a common shaft, by means of a rivet connection and/or a screw connection.
  • the booster output side and the pilot control input side are arranged axially next to one another.
  • the booster output side and the pilot control input side are arranged in an axially overlapping manner, preferably formed in one piece with one another.
  • a booster input side is provided, which in use is connected to an input shaft in a torque-proof manner, for example by means of splines, compression and/or screw connections.
  • the input shaft is a combustion engine shaft of an internal combustion engine.
  • the booster input side forms the torque input side in a main state (in use in a motor vehicle, for example, a traction torque transmission).
  • the booster output side forms the torque input side in a secondary state (when used in a motor vehicle, for example, a thrust torque transmission). Alternatively, this is vice versa.
  • the booster input side is formed by at least one disc segment-like or (preferably) disc-like component.
  • the booster input side comprises two disks, with at least one of the disks being connected to the input shaft in a torque-proof manner. The two disks are then, for example, spaced axially, for example by means of spacer bolts, and connected in a torque-proof manner.
  • the booster output side is arranged axially between the two disks of the booster input side. Alternatively, this is vice versa.
  • the booster clutch also has at least one rocker element, preferably two or three rocker elements, the at least one rocker element being arranged to transmit torque in the torque flow between the booster input side and the booster output side. At least one Rocker element can be moved both relative to the booster input side and relative to the booster output side.
  • the at least one rocker element is disk-like or (preferably) disk segment-like and by means of at least one (first) roller and/or by means of at least one (first) energy storage element transmits torque directly to the booster input side (according to the above example with one of the disks, preferably connected to both panes).
  • the at least one rocker element is also directly torque-transmittingly connected to the booster output side by means of at least one roller (other than the second one mentioned above) and/or by means of at least one energy storage element (other than the second one mentioned above).
  • the rocker element is supported on itself or on an adjacent rocker element by means of at least one energy storage element, for example a bow spring, a helical compression spring (for example with a straight spring axis), a leaf spring, a gas pressure accumulator or the like.
  • the energy storage element is supported on a corresponding, preferably one-piece, connection device of the associated rocker element in a force-transmitting or torque-transmitting manner.
  • the at least one rocker element is supported on the booster input side and on the booster output side by means of the rollers connected in series, with the rocker element having a rocker track for one of the rollers and on on the booster input side and on the booster output side a complementary counter-track is formed for the same (assigned) role.
  • the complementary counter track is formed by the booster input side or by the booster output side, preferably in one piece. Torque is transmitted via the counter track and rocker track, which form a pair of ramps.
  • rollers web side
  • the rocker element is on the respective other side of the rocker element formed a power side in that the rocker element is supported directly by means of an energy storage element on the respective booster side.
  • the force side is preferably formed on the input side and the web side is formed on the output side.
  • the track side is designed with at least one roller and a corresponding pair of ramps.
  • the ramp pairing is designed as a transmission pairing.
  • a radial (preferably inward) movement of the rocker element results from a forced orbital movement of the translating rollers. If, for example, a torque is introduced, for example from the booster input side, the rollers on the seesaw track and the complementary counter track are moved from a rest position in the corresponding direction on the ramp-like see-saw track (high) rolled. Rolling up here merely indicates for the sake of illustration that work is being carried out.
  • Rolling down means that stored energy is released from the energy storage element in the form of a force on the associated rocker element. So up and down do not necessarily correspond to a spatial direction, not even in a co-rotating coordinate system.
  • the rollers force the associated rocker element to move relative to the booster input side and the booster output side, and the antagonistically acting energy storage element is tensioned accordingly.
  • the force is absorbed in the form of compression, expansion, torsion or other storage of energy by the correspondingly designed energy storage element and with a time delay, preferably (almost) without dissipation, passed on to the other side, here for example the booster output side.
  • the torque entry here for example the Booster input side, including the torsional vibration, is thus preferably (virtually) loss-free, changed over time, here for example to the booster output side.
  • Two energy storage elements are preferably provided for acting on a (single) rocker element, the energy storage elements being arranged antagonistically to one another and preferably brought into balance with one another in accordance with the embodiment of the rocker tracks and complementary counter tracks.
  • at least one restricted guide is provided, by means of which a movement is imposed on at least one of the rocker elements in a geometrically guided manner, for example in the manner of a rail or groove and an encompassing pin or an engaging spring.
  • the at least one energy storage element acts on the associated rocker element with a force direction with a vector component in the circumferential direction.
  • the circumferential direction is defined on a circle concentric to the axis of rotation. In one embodiment, the circumferential direction is constantly aligned via a movement of the associated rocker element, migrating on a constant circle or oriented constantly or migrating on a variable circle.
  • the circle is at least large enough to touch the rocker element, preferably large enough for the circle to intersect a contact point or a contact surface at which point the forces are transmitted between the relevant energy storage element and the associated rocker element.
  • a circumferential direction is perpendicular to a radius centered on the axis of rotation.
  • the respective underlying radius intersects the contact point or the contact surface of the energy storage element and the rocker element.
  • a direction of force with a large vector component in the circumferential direction thus results on the rocker element, preferably with a vector component in the circumferential direction which is greater than the vector component in the radial direction.
  • This means that the force on the rocker element is not aligned purely radially, but exclusively (at the contact point) tangentially to the circumferential direction or with a radial vector component and with a (at the contact point) tangential vector component.
  • the rocker element is supported in an insufficiently defined manner via the rollers, for example only supported in a radially defined manner, with the at least one energy storage element defining the movement as a result of the force application direction, for example exclusively in the circumferential direction.
  • an additional guide for the rocker element is provided.
  • a translation pairing is formed as described above.
  • the power side is in the torque flow.
  • a radial movement of the rocker element does not result directly here. Rather, a force transmission that acts (approximately) purely in the direction of rotation is formed.
  • At least one of the rocker elements is arranged axially between and radially overlapping with the booster input side.
  • a rocker element comprises a pair of disks and the booster input side (for example a single disk) is arranged axially between the pair of disks of the at least one rocker element.
  • the booster input side is connected radially-centrally to the input shaft and the booster output side is connected in a torque-proof manner to the pilot control input side radially-outside.
  • the booster clutch has a drum.
  • the drum is designed coaxially to the axis of rotation and with a suitable axial extension.
  • the drum is arranged radially outside the at least one rocker element, in another embodiment the drum is arranged radially inside the rocker element.
  • the drum and the at least one rocker element are arranged in an axially overlapping manner.
  • the at least one roller When a predetermined torque is applied to the booster input side and the booster output side due to a friction torque on the pilot clutch, the at least one roller is rolled from a rest position in the corresponding direction on its ramp pair forming a transmission path. Because this force acting in the direction of rotation is translated into a radial movement by the translation path, the at least one rocker element is pressed radially against the drum as a result of the rolling of the roller. The antagonistic force of the at least one energy storage element is thus overcome and the rocker element (in one embodiment in the manner of a brake pad) is pressed radially against the drum.
  • a further torque-transmitting clutch (as a drum clutch) connected in parallel with the pilot clutch is thus formed by the at least one rocker element and the drum.
  • This parallel-connected (drum) clutch only closes when the friction pack of the pilot clutch is closed and there is sufficient torque for closing on the booster input side and the booster output side. If the latter is not the case, the (maximum) torque that can be transmitted by the pilot clutch alone is more than sufficient.
  • the (radial) contact pressure between the drum and the at least one rocker element required for a desired (maximum) transmittable torque is provided by part of the applied torque via the booster input side and the booster output side by means of the transmission path.
  • the drum and the at least one rocker element are set up for a pure friction fit, a pure form fit (non-round cross section, for example a toothing) or at least an initial friction fit and at least subsequent form fit, for example by means of a cone with a non-round cross section (For example, approximately triangular with rounded corners, as is known, for example, in a so-called wedge clutch).
  • two or more rocker elements are provided, which are preferably arranged rotationally symmetrically to the axis of rotation, so that the booster clutch is balanced using simple means.
  • An embodiment with exactly two rocker elements is advantageous for a small number of components and (transmission) paths.
  • An embodiment with exactly three rocker elements is advantageous for a small radial component in the at least one energy storage element when the force is applied to the respective rocker element.
  • At least one of the following components or at least one of the components of one of the following assemblies is manufactured as a sheet metal part, preferably by means of stamping and/or sheet metal forming, and can thus be produced particularly cost-effectively in large quantities: a pilot control counter-plate, a pilot control pressure plate, a Booster output side, a booster input side, the at least one rocker element, a co-rotating clutch cover.
  • the drum is connected to the pilot control output side in a torque-transmitting manner, preferably being formed in one piece with a pilot control output component.
  • the drum is not separately connected to the pilot control clutch to transmit torque to the output of the booster clutch, but is directly or indirectly connected to the pilot control output side in a torque-transmitting manner.
  • the drum is formed separately from the pilot control output side and is connected to it in a torque-transmitting manner, for example via a spline, screw connection or riveted connection.
  • the drum is formed in one piece by a pilot output component, for example the pilot counterplate, the drum then being arranged so as to overlap axially with the friction assembly on the pilot input side.
  • the torque transmitted by the drum is thus transmitted parallel to the torque between the pilot control input side and the pilot control output side.
  • the drum can be directly connected to the output, preferably formed in one piece with the output.
  • the drum is connected directly to the output in a torque-proof manner or is formed in one piece with it.
  • This has the advantage that the rigidity chain of the parallel-connected pilot clutch and the drum clutch (drum and rocker element(s)) are separate from one another and can each be designed independently of one another.
  • the at least one rocker element has a power side and a track side, the track side comprising the at least one second roller with a translating ramp pairing, with the power side preferably being arranged on the rocker element on the input side, and/or wherein the force side preferably comprises a first roller for radially neutral transmission of a force in the direction of rotation.
  • Previously known designs of self-energizing clutches, as mentioned above, are often difficult to control, so that there are delays in the closing and opening operations and also undesired vibrations in the drive train.
  • one side of the rocker element is a force side, as already explained at the outset.
  • the task of such a force side is to transmit the force between the rocker element and the corresponding booster side independently of the respective (radial) position of the rocker element.
  • a radially aligned slot or a radially aligned track is formed with a (first) roller on the power side in the booster side (for example a disk) and on the rocker element.
  • a force in the direction of rotation can thus be transmitted independently of the radial relative position of the rocker element forced as a result of the ramp pairing of the (second) roller acting as a transmission path to the booster side on the force side.
  • a radially neutral power transmission is achieved, but at the same time a ramp pairing is provided that reinforces the direction of rotation, so that in addition to a relative angle of rotation between the booster input side and the booster output side, there is also an overlaying relative angle of rotation between the corresponding booster side and the Rocker element is generated. This superimposed torsion angle depends on the amount of the relative radial displacement of the rocker element to the booster sides as a result of the rolling of the second roller on the translating pair of ramps (web side).
  • a (first) energy storage element is provided, which can be slipped in the radial direction or tilted about an axis parallel to the axis of rotation of the booster clutch, so that a radially neutral power transmission between the relevant booster side and the power side of the rocker element is ensured.
  • the power side is formed between the rocker element and the booster input side, that is to say on the input side.
  • At least one second energy storage element is provided, which is arranged to transmit torque between the booster input side and the booster output side.
  • At least one second energy storage element is provided here, for example an arc spring, a helical compression spring (for example with a straight spring axis), a leaf spring, a gas pressure accumulator or the like, which is arranged to transmit torque between the booster input side and the booster output side.
  • the advantage here is that the at least one second energy storage element can be used to reduce torsional vibrations that occur, for example from an internal combustion engine.
  • at least two second energy storage elements are provided, preferably for one embodiment comprising at least one helical compression spring with a straight spring axis, particularly preferably three or more second energy storage elements.
  • the booster input side and the booster output side preferably have a corresponding, preferably one-piece, connection device, for example a contact surface and/or a rivet point. If there is a change in the applied torque and, as a result, a speed difference between the booster input side and the booster output side, such as in the case of torsional vibration, the force in the form of compression, expansion, torsion or other energy storage can be absorbed by the correspondingly designed second energy storage element and with a time delay, preferably (virtually) dissipation-free, can be passed on to the booster output side.
  • a time delay preferably (virtually) dissipation-free
  • the pilot control input side of the booster output side is formed in one piece.
  • the booster output side is arranged axially between the pilot control counterplate and the pilot control pressure plate, with the booster output side then being set up as a (pilot control) friction disc in this embodiment.
  • a friction lining preferably two friction linings axially on both sides, is then applied to the booster output side, which comes into frictional contact with the pilot counterplate and the axially opposite pilot pressure plate.
  • the at least one rocker element and the booster output side are arranged in a common axial installation space between a booster input side, the booster input side comprising two disks connected to one another in a torque-proof manner, for example with a spacer bolt.
  • the at least one first energy storage element is preferably arranged between the at least one rocker element and the optional second energy storage element between the booster output side and the booster input side radially outside of the first energy storage element and the at least one rocker element.
  • the at least one second roller is arranged radially outside of the at least one rocker element, preferably on (at least approximately) the same circumferential circle.
  • This circumferential circle is such a circle to which the spring axis is aligned tangentially and on which the second roller axis lies in the middle.
  • the at least one friction lining is arranged radially outside of the at least one rocker element and the at least one second roller.
  • the pilot output side with a first torsional stiffness and the drum with a second torsional stiffness are connected to an output in a torque-transmitting manner, the first torsional stiffness being greater than the second torsional stiffness.
  • slipping phases occur in the frictional contact between the at least one rocker element and the drum during the load, so that the ramp mechanism of the translating ramp pairing can move up.
  • the factor of amplification is the ratio of that maximum transmittable torque of the drum clutch (numerator) and the maximum transmittable pilot torque of the pilot clutch (denominator).
  • the tension in the system can be released at any time if the maximum transmittable pilot control torque of the pilot control clutch is limited to an amount smaller than the product of the normal force and the sine of the slope angle of the ramp pairing or smaller than the product of the before the drum clutch was released last stored contact pressure and the tangent of the gradient angle of the ramp pairing.
  • the second torsional stiffness between the drum and the output
  • the first torsional stiffness between the pilot output side and the output.
  • the ratio of the two torsional rigidities must be smaller than the friction angle ratio, so that the drum torque of the drum clutch can be reliably controlled via the pilot torque of the pilot clutch.
  • a drive train having at least the following components:
  • a booster clutch according to an embodiment according to the above description, wherein a torque between the at least one drive machine and the consumer can be transmitted by means of the booster clutch.
  • the drive train proposed here comprises a first drive machine, for example an internal combustion engine with a combustion engine shaft and a transmission for transmitting torque between the combustion engine shaft and a consumer, for example the drive wheels in a motor vehicle.
  • a first drive machine for example an internal combustion engine with a combustion engine shaft and a transmission for transmitting torque between the combustion engine shaft and a consumer, for example the drive wheels in a motor vehicle.
  • the booster clutch which is designed according to an embodiment according to the above description, the torque transmission between the internal combustion engine and the consumer can be transmitted, with a very low (external) force or pressure has to be applied to actuate the booster clutch.
  • An actuating device can thus be implemented with a small installation space requirement and/or at low cost.
  • Torque transmission between the consumer and the combustion engine shaft is preferably possible in both directions, for example in a motor vehicle to accelerate the motor vehicle (traction mode) and in the opposite direction (overrun mode), for example to use the engine brake to decelerate the motor vehicle.
  • an electric drive machine with a rotor shaft is also connected in the torque flow on the output side of the booster clutch and in front of the consumer.
  • the electric drive motor and the booster clutch together form what is known as a hybrid module, which can be easily integrated into the drive train as a structural unit.
  • a motor vehicle having a drive train according to an embodiment according to the above description and at least one drive wheel, wherein the at least one drive wheel can be driven by means of the drive train to propel the motor vehicle.
  • the installation space is particularly small in motor vehicles due to the increasing number of components and it is therefore particularly advantageous to use a drive train of small size.
  • the intensity of the disruptive torsional vibrations is increased.
  • hybridization in which an electric drive machine is used more and more frequently in operation is brought or even forms the main source of torque and the smallest possible internal combustion engine is to be used, which, however, must be switched on and off the drive train much more frequently. It is therefore a challenge to provide a sufficient leveling out of rotational irregularities and a sufficient actuating force with low part costs and little available installation space at the same time.
  • Passenger cars are assigned to a vehicle class according to, for example, size, price, weight and performance, with this definition being subject to constant change according to market needs.
  • vehicles in the small and micro car classes are assigned to the subcompact car class according to the European classification, and in the British market they correspond to the supermini class or the city car class.
  • Examples of the subcompact class are a Volkswagen up! or a Renault Twingo.
  • Examples of the small car class are an Audi A1, Volkswagen Polo, Opel Corsa or Renault Clio.
  • Well-known hybrid vehicles are the BMW 330e or the Toyota Yaris Hybrid.
  • An Audi A6 50 TFSI e or a BMW X2 xDrive25e, for example, are known as mild hybrids.
  • FIG. 2 the circuit diagram according to FIG. 1 in the amplifying state
  • FIG. 4 a booster clutch in a sectional view
  • FIG. 5 a motor vehicle with a drive train.
  • the switching scheme is a translatory substitute model.
  • the (straight) horizontal arrows correspond to the direction of rotation 22 in a real implementation (as shown, for example, in FIG. 3 or FIG. 4).
  • the vertical arrows correspond to the radial direction in the real implementation.
  • An input torque 30 is applied to the booster input side 10 and results in a (total) torsion angle 31, with an input-side torsion angle 32 initially acting on the input side of the rocker element 11, which is designed here (purely optional) as a pure power side 20 with a first roller 12, independently of the relative vertical (i.e. radial) position. If the pilot clutch 4 is open, the rocker element 11 is simply rotated to the right as shown.
  • the pilot control input side 6 fixed to the pilot control output side 7 and thus the booster output side 8 is fixed.
  • the pilot control output side 7 is connected to the output 19 at which an output torque 33 antagonistic to the input torque 30 is present and results in a pilot control torque 34 on the pilot control output side 7 .
  • the rocker element 11 is mounted against a radial support 35 . This radial support 35 is formed, for example, by the booster input side 10, the booster output side 8 or the output 19. Alternatively or additionally, the rocker element 11 is supported on itself or on an adjacent further rocker element 11 (cf. FIG. 3).
  • FIG. 2 the circuit diagram of FIG. 1 is shown in the amplifying state.
  • an input torque 30 is applied to the booster input side 10 and results in a (total) angle of rotation 31.
  • the pilot control clutch 4 is closed (sufficiently strongly) here, ie the friction pack 5 is pressed.
  • the pilot control input side 6 is fixed to the pilot control output side 7 and thus the booster output side 8 is also fixed.
  • the second roller 13 rolls on the track side 21 (here purely optionally as the only) output side of the rocker element 11 by means of the pairing of ramps 14 made up of (rocker-side) rocker track 36 and (pilot-side) counter-track 37, which rolls in a vertical (i.e.
  • the booster clutch 1 is thus closed via the pilot clutch 4 by part of the input torque 30, specifically controlled by means of the pilot clutch 4 (or by the output torque 33 in the case of reverse torque direction).
  • the maximum transmittable torque is increased.
  • the (maximum) transmissible torque remains controllable by means of the pilot clutch 4 in every state.
  • the booster input side 10 to the booster output side 8 of a pilot clutch 4 in a schematic sectional front view, with the axis of rotation 2 being aligned normal to the image plane.
  • the booster output side 8 is formed by an annular disk.
  • the drum 16 is shown radially on the inside as a cut ring. In this embodiment (purely optional) from even further radially inward to (likewise purely optional) radial overlapping with the ring disk of the booster output side 8 in the background the (e.g. second) disk 43 of the booster input side 10 can be seen.
  • Rocker elements 11 are arranged radially between the ring disk of the booster output side 8 and the drum 16 (here purely optionally three), which in the shown (open) state maintain a defined radial gap to the drum 16 radially on the inside.
  • the rocker elements 11 each have an input-side force side 20 with a (purely optional) first roller 12 (here, for the sake of clarity, only the top one in the figure is labeled pars-pro-toto) and an output-side web side 21 with (purely optional two) second rollers 13 (here, for the sake of clarity, pars-pro-toto only the one on the left in the picture is designated).
  • second energy storage elements 23 are supported in a torque-transmitting manner and form a stop for a maximum angle of rotation between the two sides.
  • the second energy storage elements 23 are sufficiently soft for a desired booster characteristic of the booster clutch 1.
  • the rocker elements 11 are (purely optional) supported against one another by means of a corresponding number of first energy storage elements 15 on one another. These first energy storage elements 15 have both a radial force component and a force component in the direction of rotation 22 so that their (antagonistic) force must be overcome in order to press the rocker elements 11 radially inwards against the drum 16 for frictional engagement.
  • pure protection against unwanted slipping in the open state of the booster clutch 1 is thus provided.
  • a defined torque range is also available, in which a torque is transmitted solely by the pilot clutch 4 (compare FIG. 4).
  • the booster input side 10 rotates relative to the booster output side 8.
  • the rocker elements 11 are each carried along by means of the first rollers 12 (power side 20).
  • the relative rotation of the Rocker elements 11 to the booster output side 8 in turn forces the second rollers 13 to roll on the rocker track 36 and the complementary counter track 37 of the ramp pair 14 in question -Inward movement of the respective rocker element 11 against the storage force of the first energy storage elements 15 forced.
  • the rocker elements 11 are thus pressed against the drum 16 (after the said radial gap has been overcome), ie the drum clutch is closed.
  • first rollers 12 In the case of the first rollers 12, the force resulting from (part of) the applied torque is still transmitted in the direction of rotation 22 and (for example only) the changing relative radial position of the rocker elements 11 to the booster input side 10 is compensated for by rolling.
  • a respective first roller 12 runs on a seesaw track 36 and a complementary counter-track 37 (covered here and therefore shown with a broken line) of the pair of ramps 14 in question.
  • This pairing of ramps 14 is preferably not implemented in a translating manner, but rather in a neutral manner.
  • the rollers 12,13 are shown here in a neutral position (no torque applied).
  • a reversal of the torque direction leads to a twisting in the opposite direction, which, with a negligible hysteresis due to an inevitable zero crossing, is not noticeable even during torque transmission and is also not audible due to the gentle closing of the drum clutch.
  • FIG. 4 shows a booster clutch 1 in a sectional view, with the axis of rotation 2 being shown at the bottom of the illustration.
  • An input shaft 9 for example a combustion engine shaft 44 or a corresponding connection, is provided on the left in the illustration, which is connected in a torque-proof manner to a second disk 43 on a booster input side 10 .
  • the second disk 43 is connected to the first disk 45 in a torque-proof manner (not visible in section).
  • the booster input side 10 is connected to a rocker element 11 in a torque-transmitting manner via the first roller 12 lying in section.
  • the rocker element 11 is connected in a torque-transmitting manner to the booster output side 8 via a second roller 13 (not visible in this section).
  • the Disks 45 , 43 on the booster input side 10 are also connected to the booster output side 8 via a second energy storage element 23 .
  • a drum 16 is arranged spaced apart with a defined radial gap radially inside the rocker elements 11 , the drum 16 (purely optional) being formed here in one piece with the pilot counterplate 17 .
  • the components from the drum 16 to the booster output side 8 are connected to one another in a torque-transmitting manner, at least in principle, as explained in FIG. 3 .
  • the pilot friction disk 46 is formed from the disk-like booster output side 8 (or from the entire drum clutch), with a friction lining 47 being fastened on both sides of the booster output side 8 .
  • the friction linings 47 can be pressed between the (axially rigid) pilot counterplate 17 and the (axially movable) pilot pressure plate 18 .
  • the pilot counterplate 17 is connected in a torque-proof manner to an output 19 (for example a transmission input shaft) via a clutch cover 48 that rotates with it.
  • the pilot control pressure plate 18 is connected to the co-rotating clutch cover 48 and thus to the output 19 in a torque-proof and axially movable manner via a third energy storage element 49 (here a leaf spring assembly).
  • the pilot pressure plate 18 can be actuated by means of a (purely optional hydraulic) slave piston 50 .
  • the friction pack 5 consisting of the pilot control counter-plate 17, pilot control friction disc 46 and the pilot control pressure plate 18 is of normally open design here, with the friction pack 5 (passive) being kept open by the third energy storage element 49 and being activated by the actuating force of the slave piston 50 (active and controllable) can be closed.
  • a torsional vibration damper 51 is also provided (purely optional) at the outlet 19, which is not further identified here.
  • the co-rotating clutch cover 48 is (purely optional) a connection for a rotor shaft 52, preferably for directly receiving the rotor magnets, of an electric drive machine 25.
  • the booster clutch 1 shown is preferably integrated into a hybrid module.
  • a motor vehicle 29 is shown purely schematically with a drive train 3 in a plan view, wherein in a transverse front arrangement, a first engine 24, such as an internal combustion engine 24, with its Combustion shaft 44 and a corresponding motor axis 53 and an electric drive motor 25 with its rotor shaft 52 coaxial with the first engine 24, such as an internal combustion engine 24, with its Combustion shaft 44 and a corresponding motor axis 53 and an electric drive motor 25 with its rotor shaft 52 coaxial with the
  • Motor axis 53 are arranged transversely to the longitudinal axis 54 of the motor vehicle 29 and in front of the driver's cab of the motor vehicle 29 and are comprised of the drive train 3 .
  • the drive train 3 includes a gear 28 for transmitting torque between the combustion engine shaft 44 and two consumers 26,27, in this exemplary embodiment the left-hand drive wheel 26 and the right-hand one
  • the torque can be transmitted between the internal combustion engine 24 and the consumers 26, 27 by means of a booster clutch 1 within the transmission 28, with only a very small (external) force or pressure being required to actuate the booster clutch 1.
  • Booster clutch 35 Radial support of axis of rotation 36 Rocker track of drive train 37 Counter track of pilot clutch 38 Rocker-side torsion angle of friction assembly 39 Drum engagement travel of pilot control input side 40 First spring force of pilot control output side 41 Contact pressure
  • Booster output side 42 Booster torque, input shaft 43 Second disc, booster input side 44 Combustion shaft, rocker element 45 First disc, first roller (input) 46 Pilot friction disc, second roller (ramp) 47 Friction lining, ramp pairing 48 Clutch cover, first energy storage element 49, third energy storage element, drum (leaf spring)
  • Pilot counterplate 50 Slave piston Pilot pressure plate 51 Torsional vibration damper output (transmission input shaft) 52 Rotor shaft power side 53 Motor axis

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Booster-Kupplung (1) mit einer Rotationsachse (2) für einen Antriebsstrang (3), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - eine Vorsteuer-Kupplung (4) mit einem Reibpaket (5), wobei das Reibpaket (5) eine Vorsteuer-Eingangsseite (6) und eine Vorsteuer-Ausgangsseite (7) umfasst; - eine mit der Vorsteuer-Eingangsseite (6) drehmomentfest verbundene Booster- Ausgangsseite (8); - eine mit einer Eingangswelle (9) drehmomentfest verbindbare Booster-Eingangsseite (10); - zumindest ein Wippenelement (11 ); - zumindest eine Rolle (13); und - zumindest ein erstes Energiespeicherelement (15). Die Booster-Kupplung (1 ) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Trommel (16) umfasst ist, und bei Anliegen eines vorbestimmten Drehmoments über der Booster- Eingangsseite (10) und der Booster-Ausgangsseite (8) infolge eines Verrollens der zumindest einen Rolle (13) auf der Rampenpaarung (14) das zumindest eine Wippenelement (11 ) radial gegen die Trommel (16) gepresst ist. Mit der hier vorgeschlagenen Booster-Kupplung ist mit verringerter Anpresskraft ein hohes Drehmoment zwischen übertragbar, wobei zugleich ein sehr geringer axialer Bauraum benötigt wird.

Description

Booster-Kupplung mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstranq
Die Erfindung betrifft eine Booster-Kupplung mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- eine Vorsteuer-Kupplung mit einem Reibpaket, wobei das Reibpaket eine Vorsteuer-Eingangsseite und eine Vorsteuer-Ausgangsseite umfasst;
- eine mit der Vorsteuer-Eingangsseite drehmomentfest verbundene Booster- Ausgangsseite;
- eine mit einer Eingangswelle drehmomentfest verbindbare Booster-Eingangsseite;
- zumindest ein Wippenelement;
- zumindest eine Rolle; und
- zumindest ein erstes Energiespeicherelement.
Die Booster-Kupplung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Trommel umfasst ist, und bei Anliegen eines vorbestimmten Drehmoments über der Booster-Eingangsseite und der Booster-Ausgangsseite infolge eines Verrollens der zumindest einen Rolle auf der Rampenpaarung das zumindest eine Wippenelement radial gegen die Trommel gepresst ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrang, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
Aus dem Stand der Technik sind selbstverstärkende Kupplungen (sogenannte Booster-Kupplungen) bekannt, mittels welcher die Drehmomentübertragung zwischen beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe übertragbar ist. Eine solche Booster-Kupplung ermöglicht bei einem (zu) geringen Anpressdruck beziehungsweise Steuerdruck ein großes Drehmoment zu übertragen. Hierzu wird ein Teil des zu übertragenden Drehmoments in eine Anpresskraft umgewandelt. Solche Booster-Kupplungen weisen beispielsweise Blattfedersysteme oder Kugelrampensysteme auf, wobei mittels einer Vorsteuer-Kupplung ein Drehmoment aufgebaut und daraufhin (zumindest ein Teil) dieses Drehmoments in eine axiale Anpresskraft umgewandelt ist. Bei einem Kugelrampensystem werden dabei zwei Rampenscheiben infolge des anliegenden Drehmoments gegeneinander verdreht und damit ein axialer Weg und somit eine Axialkraft erzeugt, welche als verstärkende Anpresskraft genutzt wird. Bei einem Blattfedersystem stellen sich die Blattfedern unter dem anliegenden Drehmoment auf mit der gleichen Folge wie bei dem Kugelrampensystem.
Die bekannten Bauformen weisen einen hohen axialen Bauraumbedarf auf. Es ist aber erwünscht, dass die (selbstverstärkende) Kupplung bauraumneutral und mit möglichst geringem konstruktiven Eingriff in den Antriebsstrang, beispielsweise zwischen der Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe, beispielsweise in einem Hybrid-Modul, integrierbar ist.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft eine Booster-Kupplung mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- eine Vorsteuer-Kupplung mit einem Reibpaket, wobei das Reibpaket eine Vorsteuer-Eingangsseite und eine Vorsteuer-Ausgangsseite umfasst, wobei in einem verpressten Zustand zwischen der Vorsteuer-Eingangsseite und der Vorsteuer- Ausgangsseite ein Drehmoment reibschlüssig übertragbar ist;
- eine mit der Vorsteuer-Eingangsseite drehmomentfest verbundene Booster- Ausgangsseite;
- eine mit einer Eingangswelle drehmomentfest verbindbare Booster-Eingangsseite;
- zumindest ein Wippenelement, welches im Drehmomentfluss zwischen der Booster-Eingangsseite und der Booster-Ausgangsseite drehmomentübertragend angeordnet ist;
- zumindest eine Rolle, welche über eine Rampenpaarung drehmomentübertragend zwischen einem korrespondierenden der Wippenelemente und der Booster- Eingangsseite oder der Booster-Ausgangsseite angeordnet ist;
- zumindest ein erstes Energiespeicherelement, wobei das zumindest eine erste Energiespeicherelement entweder:
- drehmomentübertragend zwischen einem korrespondierenden der Wippenelemente und der Booster-Ausgangsseite oder der Booster-Eingangsseite angeordnet ist; oder
- radial-kraftübertragend zu dem zumindest einen Wippenelement angeordnet ist.
Die Booster-Kupplung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Trommel umfasst ist, und bei Anliegen eines vorbestimmten Drehmoments über der Booster-Eingangsseite und der Booster-Ausgangsseite infolge eines Verrollens der zumindest einen Rolle auf der Rampenpaarung das zumindest eine Wippenelement radial gegen die Trommel gepresst ist.
Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
Die hier vorgeschlagene Booster-Kupplung ist wie prinzipiell vorbekannt zum verstärkbaren Übertragen eines Drehmoments um eine Rotationsachse für den Einsatz in einem Antriebsstrang eingerichtet. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Betätigungskraft zum Erzeugen der Anpresskraft zum reibschlüssigen Übertragen eines vorbestimmten (Gesamt-) Drehmoments unzureichend ist, beispielsweise damit lediglich 20 % [zwanzig Prozent] bis 30 % des vorbestimmten (Gesamt-) Drehmoments übertragbar sind. Diese Betätigungskraft beziehungsweise dieser Steuerdruck wird für die Vorsteuer-Kupplung eingesetzt. Die weitere Anpresskraft wird von dem anliegenden und zu übertragenden (Gesamt-) Drehmoment abgezweigt. Für eine Steuerbarkeit ist die Vorsteuer-Kupplung eine Reibkupplung, welche über die Anpresskraft (beziehungsweise Betätigungskraft) auf eine Schlupfgrenze einregelbar ist. Beispielsweise bei einem Wiederstart einer Verbrennungskraftmaschine (Schubbetrieb) ist die Vorsteuer-Kupplung (und die Trommel, vergleiche unten) an der Schlupfgrenze betrieben. Als die Betätigungskraft ist hier diejenige Kraft bezeichnet, welche von einem Nehmersystem, beispielsweise einem Nehmerkolben bei einem hydraulischen oder pneumatischen System oder einem Ausrückring beziehungsweise Einrückring (gegebenenfalls über eine Membranfeder) auf eine (Vorsteuer-) Anpressplatte übertragen wird. Die Anpresskraft ist diejenige Kraft, welche unmittelbar über den Reibpartnern der Vorsteuer-Kupplung anliegt. Ein Gefälle der Anpresskraft über die Übertragungsstrecke ist hierbei vernachlässigt beziehungsweise ein für das (maximal) übertragbare Drehmoment wirksames Mittel der Anpresskraft betrachtet.
Die hier vorgeschlagene Booster-Kupplung umfasst entsprechend eine Vorsteuer- Kupplung mit einem Reibpaket. Das Reibpaket umfasst eine Vorsteuer- Eingangsseite und eine Vorsteuer-Ausgangsseite, welche schleifend (oder schlupfend) mit einem über eine axiale Anpresskraft steuerbaren Drehmoment miteinander verpressbar sind und so ein Drehmoment rein reibschlüssig übertragbar ist. Das (aktuell) maximal übertragbare Drehmoment ergibt sich aus dem Produkt von der (aktuell) anliegenden Anpresskraft, dem mittleren Radius der Reibfläche und dem (gegebenenfalls veränderlichen, also aktuellen) Reibkoeffizienten.
Die Vorsteuer-Kupplung weist in einer Ausführungsform beispielsweise eine Vorsteuer-Anpressplatte, eine Vorsteuer-Gegenplatte und eine (Vorsteuer-) Reibscheibe auf, welche mittels einer axial wirkenden Anpresskraft miteinander verpressbar sind. In einer anderen Ausführungsform sind eine Mehrzahl von Reibscheiben und eine korrespondierende Anzahl von Zwischenplatten vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich ist das Reibpaket als Lamellenpaket ausgeführt. In noch einer Ausführungsform ist die Vorsteuer-Kupplung nach Art einer Trommelbremse mit einer Reibtrommel und zumindest einem Anpressklotz und somit radial wirkender Anpresskraft ausgeführt.
In einer Ausführungsform ist die Vorsteuer-Eingangsseite von der zumindest einen Vorsteuer-Reibscheibe beziehungsweise die Reibtrommel gebildet. Die Vorsteuer- Ausgangsseite ist dann von der Vorsteuer-Gegenplatte und der Vorsteuer- Anpressplatte beziehungsweise von dem zumindest einen Anpressklotz gebildet.
Die Vorsteuer-Ausgangsseite des Reibpakets ist im Einsatz mit einem Ausgang, beispielsweise einer Getriebeeingangswelle (bevorzugt unmittelbar) drehmomentfest verbunden, beispielsweise mittels einer (Steck-) Verzahnung. Alternativ oder zusätzlich ist die Vorsteuer-Ausgangsseite mit einer Rotorwelle einer elektrischen Antriebsmaschine, beispielsweise in einem Hybrid-Modul, bevorzugt über den mitrotierenden Kupplungsdeckel der Vorsteuer-Kupplung, drehmomentfest verbunden.
Wie oben bereits erläutert ist zum axialen Betätigen des Reibpakets, also zu Aufbringen einer Anpresskraft auf das Reibpaket, eine Betätigungseinrichtung vorgesehen, wobei mittels der Betätigungskraft das Reibpaket von einer normalen Stellung (bei einer normal-offenen Konfiguration offen) in die betätigte Stellung (bei einer normal-offenen Konfiguration geschlossen) überführbar ist. Bei Ausbleiben einer ausreichenden Betätigungskraft wird, beispielsweise mithilfe eines antagonistischen Energiespeicherelements, beispielsweise zumindest einer Blattfeder, das Reibpaket (passiv) in die normale Stellung zurückgeführt.
In einer Ausführungsform ist die Booster-Kupplung nass ausgeführt. Bei der nassen Ausführungsform ist eine eingetragene Reibwärme gut abführbar und damit oftmals das Bauvolumen verringerbar. In einer anderen Ausführungsform ist die Booster- Kupplung trocken ausgeführt. Bei der trockenen Ausführungsform ist die Booster- Kupplung außerhalb des Getriebegehäuses anordenbar und kostengünstig im Vergleich zu einer nass ausgeführten Booster-Kupplung fertigbar. Damit ist zudem der Reibkoeffizient (bei ausreichender Kühlung) in einem sehr engen Toleranzfenster und das Reibmoment nahezu kraft-proportional zwischen einem getrennten und einem verpressten Zustand.
Die Booster-Kupplung weist weiterhin eine Booster-Ausgangsseite auf, welche mit der Vorsteuer-Eingangsseite drehmomentfest verbunden ist. Die Booster- Ausgangsseite ist beispielsweise von zumindest einer Scheibensegment-artigen oder (bevorzugt) Scheiben-artigen Komponente gebildet. In einer Ausführungsform sind die Booster-Ausgangsseite und die Vorsteuer-Eingangsseite separat gebildet und beispielsweise über eine Verzahnung auf einer gemeinsamen Welle, mittels einer Nietverbindung und/oder einer Schraubverbindung drehmomentfest verbunden. In einer Ausführungsform sind die Booster-Ausgangsseite und die Vorsteuer- Eingangsseite axial nebeneinander angeordnet. In einer anderen Ausführungsform sind die Booster-Ausgangsseite und die Vorsteuer-Eingangsseite axial-überlappend angeordnet, bevorzugt einstückig miteinander gebildet.
Weiterhin ist eine Booster-Eingangsseite vorgesehen, welche im Einsatz mit einer Eingangswelle drehmomentfest verbunden ist, beispielsweise mittels Steckverzahnung, Verpressung und/oder Schraubverbindung. Beispielsweise ist die Eingangswelle eine Verbrennerwelle einer Verbrennungskraftmaschine.
In einer Ausführungsform bildet die Booster-Eingangsseite in einem Hauptzustand (im Einsatz in einem Kraftfahrzeug beispielsweise einer Zugmomentübertragung) die Drehmoment-Eingangsseite. In einer Ausführungsform bildet die Booster- Ausgangsseite in einem Nebenzustand (im Einsatz in einem Kraftfahrzeug beispielsweise einer Schubmomentübertragung) die Drehmoment-Eingangsseite. Alternativ ist dies umgekehrt.
Die Booster-Eingangsseite ist von zumindest einer Scheibensegment-artigen oder (bevorzugt) Scheiben-artigen Komponente gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Booster-Eingangsseite zwei Scheiben, wobei zumindest eine der Scheiben mit der Eingangswelle drehmomentfest verbunden ist. Die beiden Scheiben sind dann beispielsweise axial beabstandet, beispielsweise mittels Abstandsbolzen, und drehmomentfest verbunden. Axial zwischen den beiden Scheiben der Booster-Eingangsseite ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Booster-Ausgangsseite angeordnet. Alternativ ist dies umgekehrt.
Die Booster-Kupplung weist weiterhin zumindest ein Wippenelement, bevorzugt zwei oder drei Wippenelemente, auf, wobei das zumindest eine Wippenelement im Drehmomentfluss zwischen der Booster-Eingangsseite und der Booster- Ausgangsseite drehmomentübertragend angeordnet ist. Das zumindest eine Wippenelement ist sowohl relativ zu der Booster-Eingangsseite als auch relativ zu der Booster-Ausgangsseite bewegbar.
Das zumindest eine Wippenelement ist Scheiben-artig oder (bevorzugt) Scheibensegment-artig gebildet und mittels zumindest einer (ersten) Rolle und/oder mittels zumindest eines (ersten) Energiespeicherelements unmittelbar drehmomentübertragend mit der Booster-Eingangsseite (gemäß obigem Beispiel mit einer der Scheiben, bevorzugt mit beiden Scheiben) verbunden. Das zumindest eine Wippenelement ist weiterhin mittels zumindest einer (anderen als der zuvor genannten, zweiten) Rolle und/oder mittels zumindest eines (anderen als dem zuvor genannten, zweiten) Energiespeicherelements unmittelbar drehmomentübertragend mit der Booster-Ausgangsseite verbunden.
Das Wippenelement ist mittels zumindest eines Energiespeicherelements, beispielsweise einer Bogenfeder, einer Schraubendruckfeder (mit beispielsweise gerader Federachse), einer Blattfeder, einem Gasdruckspeicher oder vergleichbarem, an sich selbst oder einem benachbarten Wippenelement abgestützt. Das Energiespeicherelement ist an einer entsprechenden, bevorzugt einstückigen, Verbindungseinrichtung des zugeordneten Wippenelements kraftübertragend beziehungsweise momentübertragend abgestützt.
Bei einer Ausführungsform mit eingangsseitig und ausgangsseitig des Wippenelements vorgesehenen Rollen ist das zumindest eine Wippenelement an der Booster-Eingangsseite und an der Booster-Ausgangsseite also jeweils mittels der in Reihe geschalteten Rollen abgestützt, wobei das Wippenelement für jeweils eine der Rollen eine Wippenbahn aufweist und an der Booster-Eingangsseite und an der Booster-Ausgangsseite jeweils eine komplementäre Gegenbahn für dieselbe (zugeordnete) Rolle ausgebildet ist. Die komplementäre Gegenbahn ist von der Booster-Eingangsseite beziehungsweise von der Booster-Ausgangsseite gebildet, bevorzugt jeweils einstückig. Über die Gegenbahn und Wippenbahn, welche eine Rampenpaarung bilden, wird ein Drehmoment übertragen.
Bei einer Ausführungsform mit einzig eingangsseitig oder einzig ausgangsseitig des Wippenelements vorgesehenen Rollen (Bahnseite) ist an der jeweils anderen Seite des Wippenelements eine Kraftseite gebildet, indem das Wippenelement unmittelbar mittels eines Energiespeicherelements an der jeweiligen Booster-Seite abgestützt ist. Bevorzugt ist eingangsseitig die Kraftseite und ausgangsseitig die Bahnseite gebildet. Die Bahnseite ist wie oben definiert mit zumindest einer Rolle und einer korrespondierenden Rampenpaarung ausgeführt.
Bei zumindest einer (bevorzugt einer einzigen, besonders bevorzugt der ausgangsseitigen) Seite der Wippenelemente ist die Rampenpaarung als Übersetzungspaarung ausgeführt. Das heißt, dass aus einer erzwungenen Umlaufbewegung der übersetzenden Rollen eine radiale (bevorzugt einwärtigen) Bewegung des Wippenelements resultiert. Wenn beispielsweise ein Drehmoment, beispielsweise von der Booster-Eingangsseite, eingeleitet wird, so werden infolge des anliegenden Drehmoments (bei reibkraftübertragender, beispielsweise geschlossener, Vorsteuer-Kupplung) die Rollen auf der Wippenbahn und der komplementären Gegenbahn aus einer Ruhelage in der entsprechenden Richtung auf der rampenartigen Wippenbahn (hoch) gewälzt. Mit einem hoch Wälzen ist hier lediglich zur Veranschaulichung bezeichnet, dass eine Arbeit verrichtet wird.
Genauer wird aufgrund des geometrischen Zusammenhangs eine entgegenstehende Kraft des Energiespeicherelements überwunden. Ein runter Wälzen bedeutet also ein Abgeben eingespeicherter Energie von dem Energiespeicherelement in Form einer Kraft auf das zugeordnete Wippenelement. Hoch und runter entsprechend also nicht zwangsläufig einer Raumrichtung, auch nicht in einem mitrotierenden Koordinatensystem.
Mit dieser drehmomentbedingten Bewegung zwingen die Rollen dem zugehörigen Wippenelement eine relative Bewegung gegenüber der Booster-Eingangsseite und der Booster-Ausgangsseite auf und das antagonistisch wirkende Energiespeicherelement wird entsprechend gespannt.
Die Kraft wird in Form von einer Stauchung, Dehnung, Torsion oder anderen Energieeinspeicherung von dem entsprechend ausgeführten Energiespeicherelement aufgenommen und zeitverzögert, bevorzugt (nahezu) dissipationsfrei, an die jeweils andere Seite, hier beispielsweise die Booster- Ausgangsseite, weitergegeben. Der Drehmomenteintrag, hier beispielsweise die Booster-Eingangsseite, inklusive der Torsionsschwingung wird damit, bevorzugt (nahezu) verlustfrei, zeitlich verändert, hier beispielsweise an die Booster- Ausgangsseite, weitergegeben.
Bevorzugt sind jeweils zwei Energiespeicherelemente zum Einwirken auf ein (einziges) Wippenelement vorgesehen, wobei die Energiespeicherelemente einander antagonistisch angeordnet sind, und bevorzugt entsprechend der Ausführungsform der Wippenbahnen und komplementären Gegenbahnen miteinander ins Gleichgewicht gebracht sind. In einer alternativen Ausführungsform ist zumindest eine Zwangsführung vorgesehen, mittels welcher zumindest einem der Wippenelemente geometrisch geführt eine Bewegung aufgezwungen ist, beispielsweise nach Art von einer Schiene beziehungsweise Nut und umgreifendem Zapfen beziehungsweise hineingreifender Feder.
Das zumindest eine Energiespeicherelement wirkt mit einer Kraftrichtung mit einem Vektoranteil in Umfangsrichtung auf das zugeordnete Wippenelement ein. Die Umfangsrichtung ist an einem konzentrischen Kreis zu der Rotationsachse definiert. Die Umfangsrichtung ist in einer Ausführungsform über eine Bewegung des zugeordneten Wippenelements konstant ausgerichtet, wandernd an einem konstanten Kreis oder konstant oder wandernd an einem veränderlichen Kreis ausgerichtet. Der Kreis ist zumindest so groß, dass er das Wippenelement berührt, bevorzugt so groß, dass der Kreis einen Kontaktpunkt oder eine Kontaktfläche, an welcher Stelle die Kräfte zwischen dem betreffenden Energiespeicherelement und dem zugeordneten Wippenelement übertragen wird, schneidet. Eine Umfangsrichtung ist zu einem Radius mit der Rotationsachse als Zentrum senkrecht ausgerichtet. Der jeweils zugrundeliegende Radius schneidet den Kontaktpunkt beziehungsweise die Kontaktfläche von dem Energiespeicherelement und dem Wippenelement. An dem Wippenelement ergibt sich so eine Kraftrichtung mit einem großen Vektoranteil in Umfangsrichtung, bevorzugt mit einem Vektoranteil in Umfangsrichtung, welcher größer ist als der Vektoranteil in radialer Richtung. Das heißt, die Kraft auf das Wippenelement ist nicht rein radial ausgerichtet, sondern ausschließlich (im Kontaktpunkt) tangential zu der Umfangsrichtung oder mit einem radialen Vektoranteil und mit einem (im Kontaktpunkt) tangentialen Vektoranteil. Damit ergibt sich eine Kraftrichtung, welche in dasselbe Wippenelement (von der anderen Seite), beispielsweise mittels einer Schraubenbogenfeder, oder in das benachbarte Wippenelement etwa entlang der Umfangsrichtung überleitbar ist. Dies ermöglicht beispielsweise anstelle einer Auslenkung (beziehungsweise Schwingung) des Energiespeicherelements ausschließlich in (radialer) Querrichtung eine Auslenkung zusätzlich oder ausschließlich in Umfangsrichtung. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Wippenelement dabei über die Rollen unzureichend definiert abgestützt, beispielsweise ausschließlich radial definiert abgestützt, wobei das zumindest eine Energiespeicherelement die Bewegung infolge der Krafteinleitungsrichtung definiert, beispielsweise ausschließlich in Umfangsrichtung. Alternativ ist eine zusätzliche Führung für das Wippenelement vorgesehen.
Bei einer Ausführungsform des Wippenelements mit einer Kraftseite, also einem Energiespeicherelement an einer Seite des Wippenelements zu der Booster- Ausgangsseite oder (bevorzugt) Booster-Eingangsseite oder einer Rolle mit einer Rampenpaarung ohne der Eigenschaft einer Übersetzungspaarung, und einer Bahnseite ist von der Rampenpaarung der Bahnseite eine Übersetzungspaarung wie oben beschrieben gebildet. Die Kraftseite liegt im Drehmomentfluss. Es resultiert hier aber nicht unmittelbar eine radiale Bewegung des Wippenelements. Vielmehr ist eine (näherungsweise) rein in Umlaufrichtung wirkende Kraftübertragung gebildet.
In einer Ausführungsform ist zumindest eines der Wippenelemente (bevorzugt alle Wippenelemente) axial zwischen und radial-überlappend mit der Booster- Eingangsseite angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform umfasst ein Wippenelement ein Scheibenpaar und die Booster-Eingangsseite (beispielsweise eine einzige Scheibe) ist axial zwischen dem Scheibenpaar des zumindest einen Wippenelements angeordnet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die jeweilige drehmomentfeste Verbindung von der Booster-Eingangsseite und der Booster-Ausgangsseite entweder radial-zentral oder radial-außen gebildet ist. In einer für einen geringen Bauraum vorteilhaften Ausführungsform ist die Booster-Eingangsseite mit der Eingangswelle radial-zentral und die Booster-Ausgangsseite mit der Vorsteuer-Eingangsseite radial-außen drehmomentfest verbunden. Hier ist nun vorgeschlagen, dass die Booster-Kupplung eine Trommel aufweist. Die Trommel ist koaxial zu der Rotationsachse und mit einer geeigneten axialen Erstreckung ausgeführt. In einer Ausführungsform ist die Trommel radial-außerhalb des zumindest einen Wippenelements angeordnet, in einer anderen Ausführungsform ist die Trommel radial-innerhalb des Wippenelements angeordnet. Die Trommel und das zumindest eine Wippenelement sind axial überlappend angeordnet.
Wenn aufgrund eines Reibmoments an der Vorsteuer-Kupplung ein vorbestimmtes Drehmoment über der Booster-Eingangsseite und der Booster-Ausgangsseite anliegt, wird die zumindest eine Rolle auf ihrer eine Übersetzungsbahn bildenden Rampenpaarung aus einer Ruhelage in der entsprechenden Richtung gewälzt. Weil diese in Umlaufrichtung wirkende Kraft von der Übersetzungsbahn in eine radiale Bewegung übersetzt wird, wird infolge des Verrollens der Rolle das zumindest eine Wippenelement radial gegen die Trommel gepresst. Die antagonistische Kraft des zumindest einen Energiespeicherelements wird also überwunden und das Wippenelement (in einer Ausführungsform nach Art eines Bremsklotzes) radial gegen die Trommel gepresst. Damit ist von dem zumindest einen Wippenelement und der Trommel eine weitere, der Vorsteuer-Kupplung parallel-geschaltete, drehmomentübertragende Kupplung (als Trommel-Kupplung) gebildet. Diese parallel-geschaltete (Trommel-) Kupplung schließt nur dann, wenn das Reibpaket der Vorsteuer-Kupplung geschlossen wird und ein für das Schließen ausreichendes Drehmoment über der Booster-Eingangsseite und der Booster-Ausgangsseite anliegt. Wenn letzteres nicht gegeben ist, ist das von der Vorsteuer-Kupplung allein (maximal) übertragbare Drehmoment mehr als ausreichend. Die für ein gewünschtes (maximal) übertragbares Drehmoment erforderliche (radiale) Anpresskraft zwischen der Trommel und dem zumindest einen Wippenelement wird von einem Teil des anliegenden Drehmoments über der Booster-Eingangsseite und der Booster- Ausgangsseite mittels der Übersetzungsbahn bereitgestellt. Die Trommel und das zumindest eine Wippenelement sind für einen reinen Reibschluss, einen reinen Formschluss (unrunder Querschnitt, beispielsweise eine Verzahnung) oder einen zumindest initialen Reibschluss und zumindest anschließenden Formschluss eingerichtet, beispielsweise mittels eines Konus mit einem unrunden Querschnitt (beispielsweise etwa dreieckig mit abgerundeten Ecken, wie beispielsweise bei einer sogenannten Wedge-Clutch bekannt).
Es sei darauf hingewiesen, dass mit der hier vorgeschlagenen Booster-Kupplung nicht allein ein sehr geringes Bauvolumen erzielbar ist, sondern darüber hinaus eine nahezu Hysterese-freie Drehmomentübertragung erzielbar ist. Dies folgt vor allem aus einer (zumindest nahezu, bevorzugt über eine angestrebte Lebensdauer wie bei einer üblichen Reibkupplung vernachlässigbare Schlupfverlagerung) schlupffreien Kraftübertragung zwischen der Rolle, dem Wippenelement und der entsprechenden Booster-Seite, also einem reinen Abrollen der Rolle innerhalb der Rampenpaarung.
In einer Ausführungsform sind zwei oder mehr Wippenelemente vorgesehen, welche bevorzugt zu der Rotationsachse rotationssymmetrisch angeordnet sind, sodass die Booster-Kupplung mit einfachen Mitteln ausgewuchtet ist. Für eine geringe Anzahl von Komponenten und (Übersetzungs-) Bahnen ist eine Ausführungsform mit genau zwei Wippenelementen vorteilhaft. Für einen geringen Radial-Anteil bei dem zumindest einen Energiespeicherelement bei dem Kraftansatz an dem jeweiligen Wippenelement ist eine Ausführungsform mit genau drei Wippenelementen vorteilhaft.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest eines der folgenden Bauteile beziehungsweise zumindest eines der Bauteil einer der folgenden Baugruppen als Blechteil gefertigt, bevorzugt mittels Stanzen und/oder Blechumformung und so in großen Stückzahlen besonders kostengünstig herstellbar: eine Vorsteuer- Gegenplatte, eine Vorsteuer-Anpressplatte, eine Booster-Ausgangsseite, eine Booster-Eingangsseite, das zumindest eine Wippenelement, ein mitrotierender Kupplungsdeckel.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Booster-Kupplung vorgeschlagen, dass die Trommel mit der Vorsteuer-Ausgangsseite drehmomentübertragend verbunden ist, bevorzugt mit einer Vorsteuer-Ausgangskomponente einstückig gebildet ist. Die Trommel ist bei dieser Ausführungsform nicht zu der Vorsteuer-Kupplung separat mit dem Ausgang der Booster-Kupplung drehmomentübertragend verbunden, sondern mittelbar oder unmittelbar drehmomentübertragend mit der Vorsteuer- Ausgangsseite verbunden. Beispielsweise ist die Trommel separat von der Vorsteuer-Ausgangsseite gebildet und mit dieser beispielsweise über eine Steckverzahnung, Schraubverbindung oder Nietverbindung drehmomentübertragend verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trommel einstückig von einer Vorsteuer-Ausgangskom ponente, beispielsweise von der Vorsteuer-Gegenplatte, gebildet, wobei dann die Trommel axial überlappend mit dem Reibpaket der Vorsteuer-Eingangsseite angeordnet ist. Das von der Trommel übertragende Drehmoment ist somit parallel zu dem Drehmoment zwischen Vorsteuer- Eingangsseite und Vorsteuer-Ausgangsseite übertragen.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Booster-Kupplung vorgeschlagen, dass die Trommel mit dem Ausgang unmittelbar verbindbar, bevorzugt mit dem Ausgang einstückig gebildet, ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Trommel mit dem Ausgang unmittelbar drehmomentfest verbunden oder mit diesem einstückig gebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Steifigkeitskette der zueinander parallel-geschalteten Vorsteuer-Kupplung und der Trommel-Kupplung (Trommel und Wippenelement(e)) voneinander separat sind und jeweils unabhängig voneinander auslegbar sind.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Booster-Kupplung vorgeschlagen, dass das zumindest eine Wippenelement eine Kraftseite und eine Bahnseite aufweist, wobei die Bahnseite die zumindest eine zweite Rolle mit einer übersetzenden Rampenpaarung umfasst, wobei bevorzugt die Kraftseite an dem Wippenelement eingangsseitig angeordnet ist, und/oder wobei bevorzugt die Kraftseite eine erste Rolle zum radial-neutralen Übertragen einer Kraft in Umlaufrichtung umfasst. Bisherige bekannte Bauformen von selbstverstärkenden Kupplungen, wie zuvor erwähnt, sind oftmals schwer zu regeln, sodass es bei den Schließvorgängen und Öffnungsvorgängen zu Verzögerungen kommt und außerdem unerwünschte Vibrationen im Antriebsstrang auftreten.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass eine Seite des Wippenelements eine Kraftseite ist, wie bereits eingangs erläutert. Eine solche Kraftseite hat die Aufgabe die Kraft zwischen dem Wippenelement und der entsprechenden Booster-Seite unabhängig von der jeweiligen (radialen) Lage des Wippenelements zu übertragen.
Beispielsweise ist mit einer (ersten) Rolle in der Kraftseite in der Booster-Seite (beispielsweise einer Scheibe) sowie an dem Wippenelement jeweils ein radial ausgerichtetes Langloch beziehungsweise eine radial ausgerichtete Bahn gebildet. Damit ist eine Kraft in Umlaufrichtung unabhängig von jener infolge der als Übersetzungsbahn wirkenden Rampenpaarung der (zweiten) Rolle erzwungenen radialen relativen Lage des Wippenelements zu der kraftseitigen Booster-Seite übertragbar. In einer Ausführungsform ist zwar eine radial-neutrale Kraftübertragung erzielt, aber zugleich eine in Umlaufrichtung verstärkende Rampenpaarung vorgehalten, wobei also neben einem relativen Verdrehwinkel zwischen der Booster- Eingangsseite und der Booster-Ausgangsseite zudem überlagernd ein relativer Verdrehwinkel zwischen der entsprechenden Booster-Seite und dem Wippenelement erzeugt ist. Dieser überlagernde Verdrehwinkel ist abhängig von dem Betrag der relativen radialen Verlagerung des Wippenelements zu den Booster-Seiten infolge des Abrollens der zweiten Rolle auf der übersetzenden Rampenpaarung (Bahnseite).
Alternativ oder zusätzlich ist ein (erstes) Energiespeicherelement vorgesehen, welches beispielsweise in radialer Richtung verrutschbar oder um eine Achse parallel zu der Rotationsachse der Booster-Kupplung verkippbar ist, sodass eine radialneutrale Kraftübertragung zwischen der betreffenden Booster-Seite und der Kraftseite des Wippenelements gewährleistet ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Kraftseite zwischen dem Wippenelement und der Booster-Eingangsseite, also eingangsseitig, gebildet. Damit ist eine mögliche Verklemmung ohne weitere Maßnahmen und mit einfachen Mitteln vermieden. Es ist damit eine nicht allein nahezu Hysterese-freie Drehmomentübertragung erzielbar, sondern auch bei einem Richtungswechsel der Drehmomentübertragung (beispielsweise im Einsatz in einem Kraftfahrzeug einem Wechsel zwischen Zugmoment und Schubmoment) wird einzig eine vernachlässigbare Verzögerung erzeugt. Dies bedeutet auch, dass dauerhaft und in jedem Zustand eine Regelbarkeit des Maximums des übertragbaren Drehmoments besteht. Indem also die Vorsteuer-Kupplung stufenlos zwischen einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand steuerbar ist, ist auch die Anpresskraft an der Trommel, welche von der Rampenpaarung und dem zumindest einen Wippenelement ausgeht, stufenlos gesteuert. Bei vorbekannten Konzepten wird hingegen die der Vorsteuer-Kupplung nachgeschaltete verstärkende Kupplung erst mit einem großen gegenläufigen Drehmoment wieder geöffnet. Dabei ist also keine stufenlose Regelbarkeit der verstärkenden Kupplung gegeben.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Booster-Kupplung vorgeschlagen, dass zumindest ein zweites Energiespeicherelement vorgesehen ist, welches drehmomentübertragend zwischen Booster-Eingangsseite und der Booster- Ausgangsseite angeordnet ist.
Hier ist zumindest ein zweites Energiespeicherelement, beispielsweise eine Bogenfeder, eine Schraubendruckfeder (mit beispielsweise gerader Federachse), eine Blattfeder, ein Gasdruckspeicher oder vergleichbares, vorgesehen, welches drehmomentübertragend zwischen Booster-Eingangsseite und der Booster- Ausgangsseite angeordnet ist. Von Vorteil ist hier, dass mittels des zumindest einen zweiten Energiespeicherelements auftretende Torsionsschwingungen, beispielsweise von einer Verbrennungskraftmaschine, reduzierbar sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei zweite Energiespeicherelemente vorgesehen, bevorzugt für eine Ausführungsform umfassend zumindest eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse, besonders bevorzugt drei oder mehr zweite Energiespeicherelemente. Für viele Anwendungsfälle ist es vorteilhaft zwei oder mehr Schraubendruckfedern radial-ineinander anzuordnen, von welchen gemeinsam ein zweites Energiespeicherelement gebildet ist. Die Booster-Eingangsseite und die Booster-Ausgangsseite weisen zur Abstützung des zumindest einen Energiespeicherelements bevorzugt eine entsprechende, bevorzugt einstückige, Verbindungseinrichtung auf, beispielsweise eine Anlagefläche und/oder eine Nietstelle. Wenn eine Änderung des anliegenden Drehmoments und einhergehend eine Drehzahldifferenz zwischen der Booster-Eingangsseite und der Booster-Ausgangsseite auftritt, wie beispielsweise bei einer Torsionsschwingung, ist die Kraft in Form von einer Stauchung, Dehnung, Torsion oder anderen Energieeinspeicherung von dem entsprechend ausgeführten zweiten Energiespeicherelement aufnehmbar und zeitverzögert, bevorzugt (nahezu) dissipationsfrei, an die Booster-Ausgangsseite weitergebbar. Damit stehen die Rollen dauerhaft unter einer Vorspannung und es wird ein Klappern reduziert oder verhindert. Weiterhin wird eine Ruhelage beziehungsweise Nominalposition sichergestellt beziehungsweise wiederhergestellt. Weiterhin ist darüber zugleich ein (bevorzugt für auslegungsgemäße Drehmomentspitzen schlagfreier) Anschlag für eine maximale relative Verdrehung zwischen der Booster-Eingangsseite und der Booster-Ausgangsseite schaffbar.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Booster-Kupplung vorgeschlagen, dass von der Booster-Ausgangsseite die Vorsteuer-Eingangsseite einstückig gebildet ist.
Dazu ist die Booster-Ausgangsseite axial zwischen der Vorsteuer-Gegenplatte und der Vorsteuer-Anpressplatte angeordnet, wobei bei dieser Ausführungsform die Booster-Ausgangsseite dann als (Vorsteuer-) Reibscheibe eingerichtet ist. Beispielsweise ist dann ein Reibbelag, bevorzugt zwei Reibbeläge axial-beidseitig, auf der Booster-Ausgangsseite aufgebracht, welcher mit der Vorsteuer-Gegenplatte und der axial gegenüberliegenden Vorsteuer-Anpressplatte reibschlüssig in Kontakt treten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind das zumindest eine Wippenelement und die Booster-Ausgangsseite in einem gemeinsamen axialen Bauraum zwischen einer Booster-Eingangsseite angeordnet, wobei die Booster-Eingangsseite zwei, beispielsweise miteinander mit einem Abstandsbolzen, drehmomentfest verbundenen Scheiben umfasst. Das zumindest eine erstes Energiespeicherelement ist bevorzugt zwischen dem zumindest einen Wippenelement und das optionale zweite Energiespeicherelement zwischen der Booster-Ausgangsseite und der Booster-Eingangsseite radial-außerhalb des ersten Energiespeicherelements und des zumindest einen Wippenelements angeordnet. Die zumindest eine zweite Rolle ist radial-außerhalb des zumindest einen Wippenelements, bevorzugt auf (zumindest etwa) dem gleichen Umfangskreis angeordnet. Dieser Umfangskreis ist ein solcher Kreis, zu welchem die Federachse tangential ausgerichtet ist und auf welchem im Mittel die zweite Rollenachse liegt. Der zumindest eine Reibbelag ist radial- außerhalb des zumindest einen Wippenelements und der zumindest einen zweiten Rolle angeordnet.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Booster-Kupplung vorgeschlagen, dass die Vorsteuer-Ausgangsseite mit einer ersten Torsionssteifigkeit und die Trommel mit einer zweiten Torsionssteifigkeit mit einem Ausgang drehmomentübertragend verbunden sind, wobei die erste Torsionssteifigkeit größer als die zweite Torsionssteifigkeit ist.
In einer Ausführungsform kommt es im Reibkontakt zwischen dem zumindest einen Wippenelement und der Trommel während der Belastung zu Rutschphasen, damit der Rampenmechanismus der übersetzenden Rampenpaarung nachrücken kann.
Um den hierbei zurückgelegten Weg muss sich das System bei Entlastung, und zwar entgegen dem nun in entgegengesetzter Richtung wirkenden Reibmoment, wieder zurückbewegen, um die Verspannung im System zu lösen. Eine Selbsthemmung dieser Bewegung tritt auf, wenn das maximale Reibmoment größer ist als die horizontale Komponente der Normalkraft im Rollenrampenkontakt, also wenn das Produkt aus dem Kosinus des Steigungswinkels der Rampenpaarung, der Normalkraft und dem Reibungskoeffizienten größer ist als das Produkt aus der Normalkraft und dem Sinus des Steigungswinkels der Rampenpaarung. Dies ist umgeformt der Fall, wenn das (Reibwinkel-) Verhältnis aus dem Reibungskoeffizienten (Zähler) und dem Tangens des Steigungswinkels der Rampenpaarung (Nenner) größer eins ist.
Dies ist der Fall, wenn für die Kraftübertragung eine Verstärkung größer als Faktor 2 [zwei] erzielt werden soll. Der Faktor der Verstärkung ist das Verhältnis von dem maximal übertragbaren Drehmoment der Trommelkupplung (Zähler) und dem maximal übertragbaren Vorsteuermoment der Vorsteuer-Kupplung (Nenner).
Die Verspannung im System lässt sich jedoch jederzeit lösen, wenn das maximal übertragbare Vorsteuermoment der Vorsteuer-Kupplung begrenzt ist auf einen Betrag kleiner als das Produkt aus der Normalkraft und dem Sinus des Steigungswinkels der Rampenpaarung beziehungsweise kleiner als das Produkt aus der vor dem Lösen der Trommelkupplung zuletzt eingespeicherten Anpresskraft und dem Tangens des Steigungswinkels der Rampenpaarung. Daraus folgt, dass für eine Vermeidung einer Selbsthemmung die zweite Torsionssteifigkeit (zwischen der Trommel und dem Ausgang) geringer als die erste Torsionssteifigkeit (zwischen der Vorsteuer-Ausgangsseite und dem Ausgang) sein muss. Zugleich muss das Verhältnis aus den beiden Torsionssteifigkeiten kleiner als das Reibwinkelverhältnis sein, damit sich das Trommelmoment der Trommel-Kupplung sicher über das Vorsteuermoment der Vorsteuer-Kupplung steuern lässt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- zumindest eine Antriebsmaschine zum Abgeben eines Drehmoments;
- zumindest einen Verbraucher zum Aufnehmen eines Drehmoments;
- ein Getriebe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der zumindest einen Antriebsmaschine und einem Verbraucher; und
- eine Booster-Kupplung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei mittels der Booster-Kupplung ein Drehmoment zwischen der zumindest einen Antriebsmaschine und dem Verbraucher übertragbar ist.
Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang umfasst eine erste Antriebsmaschine, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Verbrennerwelle und ein Getriebe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der Verbrennerwelle und einem Verbraucher, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die Vortriebsräder. Mittels der Booster-Kupplung, welche nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist, ist die Drehmomentübertragung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Verbraucher übertragbar, wobei eine sehr geringe (externe) Kraft beziehungsweise Druck zum Betätigen der Booster-Kupplung aufgewendet werden muss. Eine Betätigungseinrichtung ist somit mit kleiner Bauraumforderung und/oder kostengünstig ausführbar. Eine Drehmomentübertragung zwischen dem Verbraucher und der Verbrennerwelle ist bevorzugt in beiden Richtungen möglich, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs (Zugbetrieb) und in Gegenrichtung (Schubbetrieb) beispielsweise zum Einsatz der Motorbremse zum Entschleunigen des Kraftfahrzeugs.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Antriebsstrangs ist weiterhin eine elektrische Antriebsmaschine mit einer Rotorwelle in den Drehmomentfluss ausgangsseitig der Booster-Kupplung und vor den Verbraucher geschaltet. Beispielsweise ist so bei geöffneter Booster-Kupplung ein rein elektrischer Betrieb der Verbraucher ermöglicht. In einer Ausführungsform bilden die elektrische Antriebsmaschine und die Booster-Kupplung gemeinsam ein sogenanntes Hybrid- Modul, welches als eine Baueinheit in den Antriebsstrang einfach integrierbar ist.
Mit dem hier vorgeschlagenen Antriebsstrang, welcher die oben beschriebene Booster-Kupplung umfasst, ist mit verringerter Anpresskraft ein hohes Drehmoment zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe übertragbar, wobei zugleich ein sehr geringer axialer Bauraum benötigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend einen Antriebsstrang nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und zumindest ein Vortriebsrad, wobei zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs das zumindest eine Vortriebsrad mittels des Antriebsstrangs antreibbar ist.
Der Bauraum ist gerade bei Kraftfahrzeugen aufgrund der zunehmenden Anzahl von Komponenten besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, einen Antriebsstrang kleiner Baugröße zu verwenden. Mit dem gewünschten sogenannten Downsizing der Antriebsmaschine bei einer gleichzeitigen Verringerung der Betriebsdrehzahlen wird die Intensität der störenden Torsionsschwingungen erhöht. Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich bei der sogenannten Hybridisierung, bei welcher eine elektrische Antriebsmaschine im Betrieb immer häufiger in Einsatz gebracht wird oder sogar die Hauptdrehmomentquelle bildet und eine möglichst kleine Verbrennungskraftmaschine einzusetzen ist, welche aber deutlich häufiger dem Antriebsstrang zugeschaltet und wieder weggeschaltet werden muss. Es ist daher eine Herausforderung, eine ausreichende Vergleichmäßigung von Drehungleichförmigkeiten und eine ausreichende Betätigungskraft bei gleichzeitig geringen Teilekosten und geringem verfügbarem Bauraum bereitzustellen.
Verschärft wird diese Problematik 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.
Bei dem hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeug, dessen Antriebsstrang die oben beschriebene Booster-Kupplung umfasst, ist mit verringerter Anpresskraft ein hohes Drehmoment zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe übertragbar, wobei zugleich ein sehr geringer axialer Bauraum benötigt wird.
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im IIS-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Audi A1 , Volkswagen Polo, Opel Corsa oder Renault Clio. Bekannte Hybrid- Fahrzeuge sind BMW 330e oder der Toyota Yaris Hybrid. Als Mild-Hybride bekannt sind beispielsweise ein Audi A6 50 TFSI e oder ein BMW X2 xDrive25e.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
Fig. 1 : ein Schaltschema einer Booster-Kupplung im unverstärkten Zustand;
Fig. 2: das Schaltschema nach Fig. 1 im verstärkenden Zustand;
Fig. 3: ein Ausschnitt einer Booster-Kupplung von der Trommel bis zur Booster- Ausgangsseite;
Fig. 4: eine Booster-Kupplung in einer Schnittansicht; und Fig. 5: ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang.
In Fig. 1 ist ein Schaltschema einer Booster-Kupplung 1 in einer vorteilhaften Ausführungsform gezeigt. Das Schaltschema ist ein translatorisches Ersatzmodell. Die (geraden) waagerechten Pfeile entsprechen in einer realen Umsetzung (wie beispielsweise in Fig. 3 oder Fig. 4 gezeigt) der Umlaufrichtung 22. Die vertikalen Pfeile entsprechen in der realen Umsetzung der Radialrichtung. Ein Eingangsmoment 30 liegt an der Booster-Eingangsseite 10 an und resultiert in einem (gesamten) Verdrehwinkel 31, wobei zunächst ein eingangsseitiger Verdrehwinkel 32 auf die hier (rein optional) als reine Kraftseite 20 mit einer ersten Rolle 12 ausgebildeten Eingangsseite des Wippenelements 11 unabhängig von der relativen vertikalen (also radialen) Lage wirkt. Wenn die Vorsteuer-Kupplung 4 offen ist, wird das Wippenelement 11 einfach darstellungsgemäß nach rechts verdreht. Erst wenn die Vorsteuer-Kupplung 4 (ausreichend stark) geschlossen ist, also das Reibpaket 5 verpresst ist, wird die Vorsteuer-Eingangsseite 6 zu der Vorsteuer-Ausgangsseite 7 fixiert und damit die Booster-Ausgangsseite 8 fixiert. Die Vorsteuer-Ausgangsseite 7 ist mit dem Ausgang 19 verbunden, an welchem ein dem Eingangsmoment 30 antagonistisches Ausgangsmoment 33 anliegt und in einem Vorsteuermoment 34 an der Vorsteuer-Ausgangsseite 7 resultiert. Das Wippenelement 11 ist gegen eine Radial-Abstützung 35 gelagert. Diese Radial-Abstützung 35 ist beispielsweise von der Booster-Eingangsseite 10, Booster-Ausgangsseite 8 oder dem Ausgang 19 gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist das Wippenelement 11 an sich selbst oder einem benachbarten weiteren Wippenelement 11 abgestützt (vergleiche Fig. 3).
In Fig. 2 ist das Schaltschema nach Fig. 1 im verstärkenden Zustand gezeigt. Auch hier liegt ein Eingangsmoment 30 an der Booster-Eingangsseite 10 an und resultiert in einem (gesamten) Verdrehwinkel 31. Die Vorsteuer-Kupplung 4 ist hier (ausreichend stark) geschlossen, also das Reibpaket 5 verpresst. Somit ist die Vorsteuer-Eingangsseite 6 zu der Vorsteuer-Ausgangsseite 7 fixiert und damit auch die Booster-Ausgangsseite 8 fixiert. Damit findet an der (hier rein optional als einzige) Bahnseite 21 ausgebildeten Ausgangsseite des Wippenelements 11 mittels der Rampenpaarung 14 aus (wippenseitiger) Wippenbahn 36 und (vorsteuerseitiger) Gegenbahn 37 ein Verrollen der zweiten Rolle 13 statt, welche in einer vertikalen (also radialen) Bewegung des Wippenelements 11 resultiert. Hieraus folgt ein relativer Verdrehwinkel 38 zwischen dem Wippenelement 11 und der Booster- Ausgangsseite 8, also der Vorsteuer-Eingangsseite 6. Das Wippenelement 11 legt infolge eines ausreichend großen wippenseitigen Verdrehwinkels 38 einen so großen Trommeleinrückweg 39 (vertikale, also radiale Bewegung) entgegen der (ersten) Federkraft 40 zurück, dass das Wippenelement 11 vertikal (radial) gegen die Trommel 16 gepresst wird und so drehmomentübertragend mit dem Ausgang 19 verbunden ist. Hieraus folgt eine Anpresskraft 41 zwischen dem Wippenelement 11 und der Trommel 16 und damit ein reibschlüssiges Booster-Moment 42 (darstellungsgemäß nach links). An der Kraftseite 20 des Wippenelements 11 findet lediglich eine Verlagerung der dortigen ersten Rolle 12 statt. Die Kraft (beziehungsweise das Eingangsmoment 30) und der Weg (beziehungsweise der eingangsseitige Verdrehwinkel 32) werden ohne Übersetzung übertragen.
Die Booster-Kupplung 1 wird somit über die Vorsteuer-Kupplung 4 von einem Teil des Eingangsmoments 30 geschlossen, und zwar mittels der Vorsteuer-Kupplung 4 gesteuert (beziehungsweise bei umgekehrter Drehmomentrichtung von dem Ausgangsmoment 33). Das maximal übertragbare Drehmoment ist verstärkt. Hierbei bleibt in jedem Zustand das (maximal) übertragbare Drehmoment mittels der Vorsteuer-Kupplung 4 steuerbar.
In Fig. 3 ist die Booster-Eingangsseite 10 bis zur Booster-Ausgangsseite 8 einer Vorsteuer-Kupplung 4 in einer schematischen geschnittenen Vorderansicht gezeigt, wobei also die Rotationsachse 2 normal zu der Bildebene ausgerichtet ist. Radialaußen ist die Booster-Ausgangsseite 8 von einer Ring-Scheibe gebildet. Radial- innen ist die Trommel 16 als geschnittener Ring gezeigt. In dieser Ausführungsform ist (rein optional) von noch weiter radial-innen bis in (ebenfalls rein optional) radialer Überlappung mit der Ring-Scheibe der Booster-Ausgangsseite 8 im Hintergrund die (beispielsweise zweite) Scheibe 43 der Booster-Eingangsseite 10 zu sehen. Radial zwischen der Ring-Scheibe der Booster-Ausgangsseite 8 und der Trommel 16 sind (hier rein optional drei) Wippenelemente 11 angeordnet, welche in dem gezeigten (offenen) Zustand radial-innen einen definierten Radialspalt zu der Trommel 16 vorhalten. Bei dieser Ausführungsform ist an den Wippenelementen 11 jeweils eine eingangsseitige Kraftseite 20 mit einer (rein optional einzigen) ersten Rolle 12 (hier ist der Übersichtlichkeit halber pars-pro-toto nur die im Bild oberste bezeichnet) und eine ausgangsseitige Bahnseite 21 mit (rein optional zwei) zweiten Rollen 13 (hier ist der Übersichtlichkeit halber pars-pro-toto nur die im Bild linke bezeichnet) gebildet.
Zwischen der Booster-Eingangsseite 10 und der Booster-Ausgangsseite 8 sind (rein optional drei) zweite Energiespeicherelemente 23 drehmomentübertragend abgestützt und bilden einen Anschlag für einen maximalen Verdrehwinkel zwischen den beiden Seiten. Die zweiten Energiespeicherelemente 23 sind ausreichend weich für eine gewünschte Booster-Charakteristik der Booster-Kupplung 1. Die Wippenelemente 11 sind (rein optional) gegeneinander mittels einer korrespondierenden Anzahl von ersten Energiespeicherelementen 15 aneinander abgestützt. Diese ersten Energiespeicherelemente 15 weisen sowohl einen radialen Kraftanteil als auch einen Kraftanteil in Umlaufrichtung 22 auf, sodass deren (antagonistische) Kraft überwunden werden muss, um die Wippenelemente 11 für einen Reibschluss nach radial-innen gegen die Trommel 16 zu pressen. In einer Ausführungsform ist damit ein reiner Schutz gegen ungewolltes Schleifen im offenen Zustand der Booster-Kupplung 1 vorgehalten. In einer andern Ausführungsform ist damit zudem ein definierter Drehmoment-Bereich vorgehalten, in welchem ein Drehmoment allein von der Vorsteuer-Kupplung 4 (vergleiche Fig. 4) übertragen wird.
Wenn ein Drehmoment über der Booster-Eingangsseite 10 und der Booster- Ausgangsseite 8 anliegt, was nur bei einer verpressten Vorsteuer-Kupplung 4 gegeben ist (vergleiche Fig. 4), verdreht sich die Booster-Eingangsseite 10 relativ zu der Booster-Ausgangsseite 8. Die Wippenelemente 11 werden jeweils mittels der ersten Rollen 12 (Kraftseite 20) mitgenommen. Die relative Verdrehung der Wippenelemente 11 zu der Booster-Ausgangsseite 8 wiederum erzwingt ein Abrollen der zweiten Rollen 13 auf der Wippenbahn 36 und der komplementären Gegenbahn 37 der betreffenden Rampenpaarung 14. Aufgrund des Steigungswinkels (hier nicht deutlich zu erkennen) abweichend von einer reinen Umlaufrichtung 22 wird damit eine radial-einwärtige Bewegung des jeweiligen Wippenelements 11 entgegen der Speicherkraft der ersten Energiespeicherelemente 15 erzwungen. Damit werden (nach Überwinden des besagten Radialspalts) die Wippenelemente 11 gegen die Trommel 16 gepresst, also die Trommel-Kupplung geschlossen.
Bei den ersten Rollen 12 wird die (aus einem Teil) des anliegenden Drehmoments resultierende Kraft in Umlaufrichtung 22 weiterhin übertragen und (beispielsweise einzig) die sich verändernde relative radiale Lage der Wippenelemente 11 zu der Booster-Eingangsseite 10 mittels Verrollen ausgeglichen. Hierzu läuft eine jeweilige erste Rolle 12 auf einer Wippenbahn 36 und einer (hier verdeckten und daher gestrichelt dargestellten) komplementären Gegenbahn 37 der betreffenden Rampenpaarung 14 ab. Diese Rampenpaarung 14 ist bevorzugt nicht übersetzend, sondern neutral ausgeführt. Die Rollen 12,13 sind hier in einer neutralen Stellung (ohne anliegendes Drehmoment) gezeigt. Eine Umkehr der Drehmomentrichtung führt zu einer gegenläufigen Verdrehung, welche bei einer vernachlässigbaren Hysterese aufgrund eines zwangsläufigen Nulldurchgangs auch bei der Drehmomentübertragung nicht spürbar und auch aufgrund des sanften Schließens der Trommel-Kupplung nicht hörbar ist.
In Fig. 4 ist eine Booster-Kupplung 1 in einer Schnittansicht gezeigt, wobei unten in der Darstellung die Rotationsachse 2 gezeigt ist. Links in der Darstellung ist eine Eingangswelle 9, beispielsweise eine Verbrennerwelle 44 beziehungsweise ein entsprechender Anschluss, vorgesehen, welche mit einer zweiten Scheibe 43 einer Booster-Eingangsseite 10 drehmomentfest verbunden ist. Die zweite Scheibe 43 ist mit der ersten Scheibe 45 drehmomentfest verbunden (im Schnitt nicht sichtbar). Über die im Schnitt liegende erste Rolle 12 ist die Booster-Eingangsseite 10 drehmomentübertragend mit einem Wippenelement 11 verbunden. Das Wippenelement 11 ist über eine in diesem Schnitt nicht sichtbare zweite Rolle 13 mit der Booster-Ausgangsseite 8 drehmomentübertragend verbunden. Die Scheiben 45,43 der Booster-Eingangsseite 10 sind zudem über ein zweites Energiespeicherelement 23 mit der Booster-Ausgangsseite 8 verbunden. Radialinnerhalb der Wippenelemente 11 ist eine Trommel 16 mit einem definierten Radialspalt beabstandet angeordnet, wobei hier die Trommel 16 (rein optional) einstückig mit der Vorsteuer-Gegenplatte 17 gebildet ist. Die Komponenten von der Trommel 16 bis zu der Booster-Ausgangsseite 8 sind zumindest prinzipiell wie in Fig. 3 erläutert miteinander drehmomentübertragend verbunden.
Bei dieser Ausführungsform ist von der Scheiben-artig gebildeten Booster- Ausgangsseite 8 (beziehungsweise von der gesamten Trommel-Kupplung) die Vorsteuer-Reibscheibe 46 gebildet, wobei beidseitig der Booster-Ausgangsseite 8 jeweils ein Reibbelag 47 befestigt ist. Die Reibbeläge 47 sind zwischen der (axial starren) Vorsteuer-Gegenplatte 17 und der (axial bewegbaren) Vorsteuer- Anpressplatte 18 verpressbar. Die Vorsteuer-Gegenplatte 17 ist über einen mitrotierenden Kupplungsdeckel 48 mit einem Ausgang 19 (beispielsweise eine Getriebeeingangswelle) drehmomentfest verbunden. Die Vorsteuer-Anpressplatte 18 ist über ein drittes Energiespeicherelement 49 (hier ein Blattfederpaket) drehmomentfest und axial bewegbar mit dem mitrotierenden Kupplungsdeckel 48 und somit mit dem Ausgang 19 verbunden. Die Vorsteuer-Anpressplatte 18 ist mittels eines (rein optional hydraulischen) Nehmerkolbens 50 betätigbar. Das Reibpaket 5 aus der Vorsteuer-Gegenplatte 17, Vorsteuer-Reibscheibe 46 und der Vorsteuer- Anpressplatte 18 ist hier normal-offen ausgeführt, wobei das Reibpaket 5 (passiv) von dem dritten Energiespeicherelement 49 offengehalten wird und von der Betätigungskraft des Nehmerkolbens 50 (aktiv und steuerbar) schließbar ist. In der gezeigten Ausführungsform ist (rein optional) an dem Ausgang 19 weiterhin ein Torsionsschwingungsdämpfer 51 vorgesehen, welcher hier nicht weiter bezeichnet ist. Der mitrotierende Kupplungsdeckel 48 ist (rein optional) ein Anschluss für eine Rotorwelle 52, bevorzugt zum unmittelbaren Aufnehmen der Rotormagnete, einer elektrische Antriebsmaschine 25. Bevorzugt ist die gezeigte Booster-Kupplung 1 in ein Hybrid-Modul integriert.
In Fig. 5 ist rein schematisch ein Kraftfahrzeug 29 mit einem Antriebsstrang 3 in einer Draufsicht gezeigt, wobei in einer Quer-Front-Anordnung eine erste Antriebsmaschine 24, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine 24, mit ihrer Verbrennerwelle 44 und einer korrespondierenden Motorachse 53 sowie eine elektrische Antriebsmaschine 25 mit ihrer Rotorwelle 52 koaxial zu der
Motorachse 53 sowie quer zu der Längsachse 54 des Kraftfahrzeugs 29 und vor der Fahrerkabine des Kraftfahrzeugs 29 angeordnet sind und von dem Antriebsstrang 3 umfasst sind.
Weiterhin umfasst der Antriebsstrang 3 ein Getriebe 28 zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der Verbrennerwelle 44 und zwei Verbrauchern 26,27, in diesem Ausführungsbeispiel das linke Vortriebsrad 26 und das rechte
Vortriebsrad 27. Mittels einer Booster-Kupplung 1 innerhalb des Getriebes 28 ist die Drehmomentübertragung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 24 und den Verbrauchern 26,27 übertragbar, wobei nur eine sehr geringe (externe) Kraft beziehungsweise Druck zum Betätigen der Booster-Kupplung 1 aufgewendet werden muss.
Mit der hier vorgeschlagenen Booster-Kupplung ist mit verringerter Anpresskraft ein hohes Drehmoment zwischen übertragbar, wobei zugleich ein sehr geringer axialer
Bauraum benötigt wird.
Bezuqszeichenliste
Booster-Kupplung 35 Radial-Abstützung Rotationsachse 36 Wippenbahn Antriebsstrang 37 Gegenbahn Vorsteuer-Kupplung 38 wippenseitiger Verdrehwinkel Reibpaket 39 Trommeleinrückweg Vorsteuer-Eingangsseite 40 erste Federkraft Vorsteuer-Ausgangsseite 41 Anpresskraft
Booster-Ausgangsseite 42 Booster-Moment Eingangswelle 43 zweite Scheibe Booster-Eingangsseite 44 Verbrennerwelle Wippenelement 45 erste Scheibe erste Rolle (Eingang) 46 Vorsteuer-Reibscheibe zweite Rolle (Rampe) 47 Reibbelag Rampenpaarung 48 Kupplungsdeckel erstes Energiespeicherelement 49 drittes Energiespeicherelement Trommel (Blattfeder)
Vorsteuer-Gegenplatte 50 Nehmerkolben Vorsteuer-Anpressplatte 51 Torsionsschwingungsdämpfer Ausgang (Getriebeeingangswelle) 52 Rotorwelle Kraftseite 53 Motorachse
Bahnseite 54 Längsachse
Umlaufrichtung zweites Energiespeicherelement Verbrennungskraftmaschine elektrische Antriebsmaschine linkes Vortriebsrad rechtes Vortriebsrad Getriebe
Kraftfahrzeug Eingangsmoment gesamter Verdrehwinkel eingangsseitiger Verdrehwinkel Ausgangsmoment Vorsteuermoment

Claims

- 28 -
Patentansprüche Booster-Kupplung (1 ) mit einer Rotationsachse (2) für einen Antriebsstrang (3), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- eine Vorsteuer-Kupplung (4) mit einem Reibpaket (5), wobei das Reibpaket (5) eine Vorsteuer-Eingangsseite (6) und eine Vorsteuer- Ausgangsseite (7) umfasst, wobei in einem verpressten Zustand zwischen der Vorsteuer-Eingangsseite (6) und der Vorsteuer-Ausgangsseite (7) ein Drehmoment reibschlüssig übertragbar ist;
- eine mit der Vorsteuer-Eingangsseite (6) drehmomentfest verbundene Booster-Ausgangsseite (8);
- eine mit einer Eingangswelle (9) drehmomentfest verbindbare Booster- Eingangsseite (10);
- zumindest ein Wippenelement (11), welches im Drehmomentfluss zwischen der Booster-Eingangsseite (10) und der Booster-Ausgangsseite (8) drehmomentübertragend angeordnet ist;
- zumindest eine Rolle (13), welche über eine Rampenpaarung (14) drehmomentübertragend zwischen einem korrespondierenden der Wippenelemente (11 ) und der Booster-Eingangsseite (10) oder der Booster- Ausgangsseite (8) angeordnet ist;
- zumindest ein erstes Energiespeicherelement (15), wobei das zumindest eine erste Energiespeicherelement (15) entweder:
- drehmomentübertragend zwischen einem korrespondierenden der Wippenelemente (11 ) und der Booster-Ausgangsseite (8) oder der Booster- Eingangsseite (10) angeordnet ist; oder
- radial-kraftübertragend zu dem zumindest einen Wippenelement (11 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Trommel (16) umfasst ist, und bei Anliegen eines vorbestimmten Drehmoments über der Booster- Eingangsseite (10) und der Booster-Ausgangsseite (8) infolge eines Verrollens der zumindest einen Rolle (13) auf der Rampenpaarung (14) das zumindest eine Wippenelement (11 ) radial gegen die Trommel (16) gepresst ist.
2. Booster-Kupplung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Trommel (16) mit der Vorsteuer-Ausgangsseite (7) drehmomentübertragend verbunden ist, bevorzugt mit einer Vorsteuer-Ausgangskomponente (17) einstückig gebildet ist.
3. Booster-Kupplung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Trommel (16) mit dem Ausgang (19) unmittelbar verbindbar, bevorzugt mit dem Ausgang (19) einstückig gebildet, ist.
4. Booster-Kupplung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Wippenelement (11 ) eine Kraftseite (20) und eine Bahnseite (21 ) aufweist, wobei die Bahnseite (21 ) die zumindest eine zweite Rolle (13) mit einer übersetzenden Rampenpaarung (14) umfasst, wobei bevorzugt die Kraftseite (20) an dem Wippenelement (11 ) eingangsseitig angeordnet ist, und/oder wobei bevorzugt die Kraftseite (20) eine erste Rolle (12) zum radial-neutralen Übertragen einer Kraft in Umlaufrichtung (22) umfasst.
5. Booster-Kupplung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein zweites Energiespeicherelement (23) vorgesehen ist, welches drehmomentübertragend zwischen Booster-Eingangsseite (10) und der Booster-Ausgangsseite (8) angeordnet ist.
6. Booster-Kupplung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von der Booster-Ausgangsseite (8) die Vorsteuer-Eingangsseite (6) einstückig gebildet ist.
7. Booster-Kupplung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorsteuer-Ausgangsseite (7) mit einer ersten Torsionssteifigkeit und die Trommel (16) mit einer zweiten Torsionssteifigkeit mit einem Ausgang (19) drehmomentübertragend verbunden sind, wobei die erste Torsionssteifigkeit größer als die zweite Torsionssteifigkeit ist. Antriebsstrang (3), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- zumindest eine Antriebsmaschine (24,25) zum Abgeben eines Drehmoments;
- zumindest einen Verbraucher (26,27) zum Aufnehmen eines Drehmoments; - ein Getriebe (28) zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der zumindest einen Antriebsmaschine (24,25) und einem Verbraucher (26,27); und
- eine Booster-Kupplung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der Booster-Kupplung (1 ) ein Drehmoment zwischen der zumindest einen Antriebsmaschine (24,25) und dem Verbraucher (26,27) übertragbar ist. Kraftfahrzeug (29), aufweisend einen Antriebsstrang (3) nach Anspruch 8 und zumindest ein Vortriebsrad (26,27), wobei zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs (29) das zumindest eine Vortriebsrad (26,27) mittels des Antriebsstrangs (3) antreibbar ist.
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