KR20190055146A - 자동차용 멀티 클러치 장치 및 하이브리드 모듈 - Google Patents

자동차용 멀티 클러치 장치 및 하이브리드 모듈 Download PDF

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KR20190055146A
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clutch device
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electric machine
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미햐엘 바우만
디륵 호프스테터
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 하이브리드 모듈용 멀티 클러치 장치에 관한 것으로, 상기 멀티 클러치 장치는, 내연기관으로부터 멀티 클러치 장치로 토크를 전달할 수 있고, 내연기관으로부터 멀티 클러치 장치를 분리할 수 있는 분리 클러치(10)와; 전기 기계로부터 그리고/또는 분리 클러치(10)로부터 파워트레인으로 토크를 전달할 수 있는 추가 클러치 장치(30), 특히 제1 부분 클러치(40) 및 제2 부분 클러치(50)를 구비한 듀얼 클러치 장치와; 분리 클러치(10)의 작동을 위한 분리 클러치 작동 시스템(11) 및 추가 클러치 장치의 작동을 위한 추가 작동 시스템(31)과; 제1 회전 베어링(120) 및 제2 회전 베어링(121);을 포함하며, 분리 클러치 작동 시스템(11)의 작동 시 제1 회전 베어링(120)은 분리 클러치 작동 시스템(11)에 의해 야기되는 축방향 힘에 의해 오직 제1 축방향으로만 하중을 받으며, 추가 작동 시스템(31)의 작동 시에는 제2 회전 베어링(121)이 추가 작동 시스템(31)에 의해 야기되는 축방향 힘에 의해 오직 제1 축방향과 반대되는 제2 방향으로만 하중을 받는다. 본원에 제안된 멀티 클러치 장치는 회전 베어링들의 일측 하중으로 인해 베어링 마모가 적게 발생한다.

Description

자동차용 멀티 클러치 장치 및 하이브리드 모듈
본 발명은 예컨대 승용차, 화물차 또는 여타의 상용차와 같은 자동차용으로 제공되어 내연기관에 연결될 수 있는 하이브리드 모듈(hybrid module)을 위한 멀티 클러치 장치(multi-clutch device)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 멀티 클러치 장치를 포함하는 하이브리드 모듈 자체에 관한 것이다.
하이브리드 모듈은 통상 내연기관을 기계적으로 연결하기 위한 연결 장치; 내연기관으로부터 하이브리드 모듈로 토크를 전달할 수 있고 내연기관으로부터 하이브리드 모듈을 분리할 수 있는 분리 클러치(separating clutch); 로터를 이용하여 구동 토크를 생성하기 위한 전기 기계(electric machine); 및 이 전기 기계로부터 그리고/또는 분리 클러치로부터 파워트레인으로 토크를 전달할 수 있는 듀얼 클러치 장치;를 포함한다. 듀얼 클러치 장치는 제1 부분 클러치와 제2 부분 클러치를 포함한다. 각각의 배치된 클러치에는 각각 하나의 작동 시스템이 할당된다.
전기 기계는 전기 주행; 연소 엔진 모드를 위한 출력 증가; 및 회생 제동(recuperation);을 가능하게 한다. 분리 클러치 및 그 작동 시스템은 연소 엔진의 연결 또는 분리를 제공한다. 하이브리드 모듈이 토크 전달 방향으로 연소 엔진과 변속기 사이에 위치되는 방식으로, 상기 하이브리드 모듈이 듀얼 클러치와 함께 파워트레인 내에 통합된다면, 차량 내에는 연소 엔진, 하이브리드 모듈, 작동 시스템들을 구비한 듀얼 클러치, 및 변속기가 연이어 또는 서로 나란히 배치되어야 한다. 그러나 상기 배치는 때때로 장착 공간 문제를 야기한다.
듀얼 클러치가 통합된 매우 컴팩트한 하이브리드 모듈을 실현하기 위해, 바람직한 장착 원리중 하나가, 듀얼 클러치의 두 부분 클러치와 분리 클러치를 바로 연달아 배치하는 것이다.
종래 기술로부터, 하이브리드 모듈들 또는 그의 멀티 클러치 장치들의 다양한 실시예들이 공지되어 있다.
DE 10 2009 002 805 A1호는, 가변 변속비를 가지면서 파워트레인 내에 배치된 차량 변속기; 변속기 입력 샤프트와 구동 연결된 전기 기계; 및 클러치 어셈블리를 통해 변속기 입력 샤프트와 연결될 수 있거나, 그로부터 분리될 수 있는 연소 엔진;을 포함하는 자동차용 병렬 하이브리드 구동장치를 개시하고 있다. 상기 클러치 어셈블리는 그 외에도 연소 엔진의 견인 모드에서 체결하는 프리휠 클러치(freewheel clutch) 및 이에 병렬로 연결될 수 있는 마찰 클러치를 포함한다.
WO 2008/052909 A1호는, 클러치를 이용하여 전기 기계와 연소 엔진을 기계적으로 연결하기 위한 하이브리드 차량용 파워트레인을 개시하고 있다. 상기 클러치는 죠 클러치(jaw clutch); 및 전기 기계와 연결되어 이 전기 기계로부터 구동 출력의 선택 가능한 분율을 감결합하는 스타팅 부재(starting element);를 포함할 수 있다. 스타팅 부재는 컨버터, 비례 클러치 및/또는 듀얼 클러치를 포함할 수 있다.
아직 공개되지 않은 독일 특허 출원 DE 10 2016 203 384.0호로부터는, 하이브리드 구동장치를 탑재한 자동차의 파워트레인용 클러치 어셈블리가 공지되어 있으며, 상기 클러치 어셈블리는, 회전할 수 있게 서로 분리될 수 있는 회전 부재들을 각각 포함하는 제1 클러치 및 제2 클러치를 구비하며, 제1 클러치의 제1 회전 부재는 제2 클러치의 제1 회전 부재와 회전 고정 방식으로 연결된다. 여기서는, 바람직한 실시예로서, 제2 클러치가 듀얼 클러치로서, 바람직하게는 습식 듀얼 클러치로서 형성된다고 명시되어 있다.
독일 특허 출원 DE 10 2016 212 846.9호는 전기 기계 및 내연기관을 구비한 자동차의 파워트레인을 위한 클러치 어셈블리를 교시하고 있으며, 상기 전기 기계 및 내연기관의 토크는 클러치 유닛을 통해 변속기로 전달될 수 있으며, 전기 기계의 토크를 클러치 유닛의 방향으로 전달하도록 마련된 커플링 기구와 내연기관 측에서 구동될 수 있는 전동 부재 사이에는 분리 클러치가 배치된다. 전기 기계로부터 커플링 기구로의 토크 전달을 위해, 체인으로서 형성된 연속 견인 수단이 이용된다.
전술한 하이브리드 모듈들 또는 클러치 시스템들은 모두 작동에 기인한 마모에 노출되며 소정의 장착 공간을 필요로 한다.
개별 클러치들의 개방 및 체결을 위한 복수의 작동 시스템의 사용으로 인해, 복수의 위치로부터, 대부분의 구성에서 상이한 방향을 갖는 힘들이 각각의 멀티 클러치 장치 내로 또는 각각의 하이브리드 모듈 내로 유입된다. 그럼으로써, 개별 클러치들의 각각의 작동 상태에 따라, 클러치들 또는 이에 연결된 어셈블리들의 매우 상이한 하중 형태들이 발생할 수 있고, 이들은 마모 현상들로 나타난다.
본 발명의 과제는, 장착 공간 수요가 적고 긴 사용 수명을 가진, 자동차용 멀티 클러치 장치 및 이 멀티 클러치 장치를 구비한 하이브리드 모듈을 제공하는 것이다.
상기 과제는, 청구항 제1항에 따른 본원 멀티 클러치 장치와, 청구항 제9항에 따른 본원 하이브리드 모듈을 통해 해결된다. 멀티 클러치 장치의 바람직한 실시예들은 종속 청구항 제2항 내지 제8항에 명시되어 있다. 하이브리드 모듈의 바람직한 구현예는 종속 청구항 제10항에 명시되어 있다.
특허청구범위의 특징들은 각각 기술적으로 적합한 유형 및 방식으로 서로 조합될 수 있으며, 이를 위해 하기의 기술 내용 및 도면들의 특징들에 기초하며 본 발명의 부가 구성들을 포함하는 설명들도 고려될 수 있다.
반경방향 및 축방향의 개념은 본 발명의 범주에서 항상 멀티 클러치 장치 또는 하이브리드 모듈의 회전축을 기준으로 한다.
본 발명은 내연기관을 연결하기 위한 하이브리드 모듈용 멀티 클러치 장치에 관한 것이다. 멀티 클러치 장치는, 내연기관으로부터 멀티 클러치 장치로 토크를 전달할 수 있고, 내연기관으로부터 멀티 클러치 장치를 분리할 수 있는 분리 클러치; 및 전기 기계로부터 그리고/또는 분리 클러치로부터 파워트레인으로 토크를 전달할 수 있는 추가 클러치 장치;를 포함한다. 추가 클러치 장치는 특히 제1 부분 클러치 및 제2 부분 클러치를 구비한 듀얼 클러치 장치일 수 있다. 또한, 멀티 클러치 장치는 분리 클러치의 작동을 위한 분리 클러치 작동 시스템 및 추가 클러치 장치의 작동을 위한 추가 작동 시스템, 그리고 제1 회전 베어링 및 제2 회전 베어링을 포함한다. 본 발명에 따라서, 분리 클러치 작동 시스템의 작동 시, 제1 회전 베어링은 분리 클러치 작동 시스템에 의해 야기되는 축방향 힘에 의해 오직 제1 축방향으로만 하중을 받으며, 추가 작동 시스템의 작동 시에는 제2 회전 베어링이 추가 작동 시스템에 의해 야기되는 축방향 힘에 의해 오직 제1 축방향과 반대되는 제2 방향으로만 하중을 받는다. 여기서, 제1 방향은 예컨대 공통 회전축에 대해 평행하게 내연기관으로의 연결부로 향하는 방향을 정의하며, 제1 방향과 반대되는 제2 방향도 마찬가지로 변속기 연결부로 향하는 축 평행 방향이다. 그에 따라, 두 회전 베어링이 교번 축방향 하중, 또는 이른바 제로 크로싱(zero crossing)에 노출되는 점이 방지되며, 그럼으로써 일측 하중으로 인해 마모가 상대적으로 덜 나타나게 된다.
본원의 멀티 클러치 장치의 일 구현예에서, 상기 멀티 클러치 장치는 이 멀티 클러치 장치의 클러치 커버와 기계적으로 고정 연결된 하우징을 포함하며, 이 하우징에 클러치 입력 샤프트의 회전 지지를 위한 제1 회전 베어링이 배치되고, 추가 클러치 장치의 공통 회전 부재의 회전 지지를 위한 제2 회전 베어링도 배치된다. 클러치 입력 샤프트는 내연기관에 멀티 클러치 장치의 회전 연결을 위해 이용된다. 즉, 대부분의 실시예에서 멀티 클러치 장치 상에서, 또는 상기 멀티 클러치 장치를 포함한 하이브리드 모듈 상에서 클러치 입력 샤프트의 지지가 여하간에 필요하다는 점으로 인해, 제2 회전 베어링은 별도로 요구되는 구성 유닛이 아니라, 오직 요청에 따라서만 설계된다. 이로부터, 본 발명에 따른 마모 저감의 이점을 창출하기 위해 오직 제1 회전 베어링만 추가로 배치하고, 멀티 클러치 장치는 회전 베어링이 오직 일측에서의 하중에만 노출되도록 형성됨을 알 수 있다.
이 경우, 분리 클러치 작동 시스템은 하우징에 또는 그 내부에 축방향으로 지지될 수 있다.
멀티 클러치 장치의 본 구현예에서, 축방향 하중은 한편으로 하우징을 통해, 그리고 다른 한편으로는 클러치 입력 샤프트를 통해 제1 회전 베어링 내로 유도되며, 이때 분리 클러치 작동 시스템에 의해 발생한 축방향 힘이 분리 클러치 내로 유입되어 이로부터 클러치 입력 샤프트로 전달되고, 클러치 입력 샤프트는 다시 축방향으로 제1 회전 베어링과 연결된다. 이 경우, 제1 회전 베어링은 축방향으로 하우징에 지지되며, 이 하우징에 또는 그 내부에 분리 클러치 작동 시스템이 배치된다. 그에 상응하게, 분리 클러치 작동 시스템은 제1 회전 베어링에 간접적으로 지지된다.
듀얼 클러치 변속기에서 멀티 클러치 장치를 사용하기 위해, 추가 클러치 장치는 제1 부분 클러치 및 제2 부분 클러치를 구비한 듀얼 클러치 장치이고, 추가 작동 시스템은 제1 부분 클러치의 작동을 위한 제1 작동 장치와 제2 부분 클러치의 작동을 위한 제2 작동 장치를 포함하며, 상기 제1 작동 장치와 제2 작동 장치는 제2 회전 베어링 상에 축방향으로 지지되는 공통 회전 부재 상에 지지된다.
그에 상응하게, 제1 작동 장치와 제2 작동 장치는 제2 회전 베어링 상에 간접적으로 지지된다. 제1 작동 장치 및 제2 작동 장치로부터 축방향 힘이 공통 회전 부재로 전달되며, 다시 상기 축방향 힘이 공통 회전 부재로부터 제2 회전 베어링으로 전달된다. 상기 제2 회전 베어링으로부터 축방향 힘은 정적 하우징 내로 유입된다.
분리 클러치 작동 시스템에 의해 야기되는 축방향 힘의 방향은 바람직하게 공통 회전축에 대해 평행하게 멀티 클러치 장치의 변속기 입력 샤프트들로의 변속기의 연결부의 방향으로 연장되며, 제1 작동 장치 및 제2 작동 장치에 의해 야기되는 축방향 힘들의 방향은 바람직하게 공통 회전축에 대해 평행하게 클러치 입력 샤프트로의 내연기관의 연결부의 방향으로 연장된다. 그에 따라, 두 회전 베어링은 오직 각각 서로 반대 방향들로만 축방향으로 하중을 받는다. 바람직하게는, 분리 클러치는 특히 라이닝 디스크들(lining disk)을 구비한 내부 디스크 캐리어, 및 특히 강재 디스크들(steel disk)을 구비한 외부 디스크 캐리어를 포함하며, 이들 디스크 캐리어는 토크 전달을 위해 분리 클러치 작동 시스템에 의해 인가된 힘으로 상호 마찰 결합될 수 있으며, 이때 내부 디스크 캐리어는 클러치 입력 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결되고, 외부 디스크 캐리어는 공통 회전 부재와 회전 고정 방식으로 연결된다.
분리 클러치는 듀얼 클러치 장치에 의해 반경 방향으로 중첩될 수 있다.
이 경우, 분리 클러치는 듀얼 클러치 장치와 관련하여 반경 방향 안쪽에 배치될 수 있으며, 듀얼 클러치 장치의 두 부분 클러치는 실질적으로 축방향으로 서로 나란히 배치될 수 있다.
라이닝 디스크들을 구비한 내부 디스크 캐리어, 및 강재 디스크들을 구비한 외부 디스크 캐리어의 구성 시, 바람직하게는 분리 클러치 작동 시스템에 의해 인가된 힘의 작용 방향으로 마지막 라이닝 디스크가 한쪽 면에서 작용하는 디스크로서 형성된다.
이는, 상기 마지막 디스크가, 실질적으로 한쪽 면에서만 마찰 결합이 발생할 수 있는 이른바 단면 종단 디스크(single-sided end disk)임을 의미한다.
이때, 본 발명은 라이닝 디스크들을 구비한 내부 디스크 캐리어 및 강재 디스크들을 구비한 외부 디스크 캐리어의 구성으로 제한되지 않으며, 라이닝 디스크들 및 강재 디스크들의 배치가 각각 다른 디스크 캐리어에도 제공될 수 있다. 이러한 변형예의 경우, 단면 작용 디스크가 마지막 디스크로서 제공되지 않을 수도 있다.
본원의 멀티 클러치 장치의 또 다른 실시예에서, 두 부분 클러치는 특히 라이닝 디스크들을 구비한 내부 디스크 캐리어뿐만 아니라 특히 강재 디스크들을 구비한 외부 디스크 캐리어도 각각 포함하며, 이들 디스크 캐리어는 토크 전달을 위해 각각의 작동 장치에 의해 인가된 힘으로 상호 마찰 결합될 수 있으며, 각각의 내부 디스크 캐리어는 변속기 입력 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있거나 연결되어 있고, 각각의 외부 디스크 캐리어는 공통 회전 부재와 회전 고정 방식으로 연결되어 있거나, 공통 회전 부재에 의해 형성된다.
또한, 본원 멀티 클러치 장치는, 전기 기계와 멀티 클러치 장치 간 회전 운동의 전달을 위해 상기 전기 기계와 멀티 클러치 장치 사이에 변속기를 형성하기 위한 기어 부재를 포함하며, 개별 클러치들과 기어 부재가 하나의 습식 챔버 내에 배치된다.
전술한 기어 부재는 체인 구동장치의 형성을 위한 체인 스프로킷; 벨트 구동장치의 형성을 위한 벨트 풀리; 또는 기어 트랜스미션의 형성을 위한 기어 휠일 수 있다. 벨트 풀리로서의 실시예에서는, 벨트 구동장치를 치형 벨트 구동장치(toothed belt drive) 또는 V형 벨트 구동장치(V-belt drive)로서 형성하는 구성이 제공된다. 실현된 기어 트랜스미션은 일단형(single-stage) 또는 다단형으로 형성될 수 있다.
상기 구조는, 하이브리드 모듈의 형성을 위해 전기 모터의 작동과의 조합을 생략하지 않으면서, 마모를 줄여주는 습식 클러치들의 사용을 가능하게 한다. 본원의 멀티 클러치 장치는, 클러치들 및 기어 부재가 하나의 공통 회전축을 중심으로 동축으로 배치되는 방식으로 구성될 수 있다. 이 경우, 기어 부재의 유효 지름은 마찰 결합에 의해 토크를 전달하는, 듀얼 클러치 장치의 각각의 부분 클러치의 부품들의 유효 지름보다 더 클 수 있다. 다시 말해서, 부분 클러치들과 관련하여 기어 부재의 유효 피치원을 반경방향 외측에 배치함으로써, 기어 부재에 의해 토크가 전달되는, 기어 부재의 유효 피치원의 반경방향 간격이, 마찰 결합을 통해 각각의 클러치 내부에서 토크를 전달하는 부분 클러치들의 디스크들의, 회전축까지의 간격보다 더 크다. 그에 따라, 반경방향으로 매우 컴팩트한 멀티 클러치 장치 및 반경방향으로 매우 컴팩트한 하이브리드 모듈이 제공될 수 있다.
이 경우, 로터는 멀티 클러치 장치의 회전축과 관련하여 축 평행으로 배치될 수 있고, 변속기에 의해 멀티 클러치 장치와 연결될 수 있다.
멀티 클러치 장치를 하나의 습식 챔버 내에 배치하도록 구성하는 경우, 바람직하게는, 전기 기계의 로터는 습식 챔버 외부에 배치되어, 멀티 클러치 장치의 기어 부재와 함께 변속기를 형성하는 추가 기어 부재와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있거나 연결되어 있으며, 상기 추가 기어 부재는 마찬가지로 습식 챔버 내에 배치되고, 추가 기어 부재와 전기 기계의 로터 사이에는 습식 챔버의 밀봉을 위한 씰이 배치된다.
바람직하게, 분리 클러치 작동 시스템은, 실질적으로 환형이면서 그 피스톤이 실질적으로 축방향으로 병진 이동을 할 수 있는 피스톤/실린더 유닛을 포함하고, 나아가 상기 피스톤/실린더 유닛과 분리 클러치의 작동될 클러치 부재 간의 상대 회전 운동을 허용하는 환형 작동 베어링도 포함한다. 이 경우, 피스톤/실린더 유닛은, 멀티 클러치 장치의 클러치 커버와 기계적으로 고정 연결된 하우징에 또는 그 내부에 수용된다. 상기 하우징에는 클러치 입력 샤프트의 회전 지지를 위한 제1 회전 베어링이 배치될 뿐만 아니라, 멀티 클러치 장치의 클러치들의 공통 회전 부재의 회전 지지를 위한 제2 회전 베어링도 배치된다. 이 경우, 환형 피스톤/실린더 유닛은 반경 방향으로 제1 베어링과 제2 베어링 사이에 배치된다. 이를 통해서도 축방향으로 체적 감소가 실현된다. 공통 회전 부재는, 듀얼 클러치 장치와 분리 클러치 사이에서 토크의 전달을 위해 이용되는 멀티 클러치 장치의 요소이다. 하우징은 클러치 커버의 통합 부품일 수 있다. 제1 작동 시스템과 제2 작동 시스템은 반경방향으로 적어도 일부 섹션에서 상호 중첩된다. 다시 말해서, 여기서는 듀얼 클러치 장치를 위해, 반경방향으로 중첩된 듀얼 중앙 체결 장치 또는 듀얼 중앙 체결 해제 장치가 적용될 수 있다. 이 경우, 두 작동 시스템은, 실질적으로 환형이고 그 피스톤이 실질적으로 축방향으로 병진 이동될 수 있는 피스톤/실린더 유닛을 각각 포함할 수 있고, 그 외에도 피스톤/실린더 유닛과 각각의 부분 클러치의 작동될 클러치 부재 간의 상대 회전 운동을 허용하는 환형 작동 베어링도 각각 포함할 수 있으며, 이 경우 회전축과 관련한 각각의 피스톤/실린더 유닛의 반경방향 연장부가 각각의 작동 베어링의 주연 궤도의, 회전축까지의 간격보다 더 크다. 대안적 구현예에서는, 각각의 피스톤/실린더 유닛들과 주연 궤도들의 반경방향 연장부들이 동일하다.
또 다른 실시예에서, 본원의 멀티 클러치 장치는 지지 베어링을 포함하며, 이 지지 베어링은 회전축을 따라서 제1 작동 장치 및 제2 작동 장치의 위치 측에 배치되고, 바람직하게는 제1 작동 장치 및 제2 작동 장치에 의해 반경 방향으로 중첩되며, 변속기 입력 샤프트 상에 지지되어 있거나 지지될 수 있다. 변속기 입력 샤프트는 바람직하게 멀티 클러치 장치 또는 이 멀티 클러치 장치에 의해 구현된 하이브리드 모듈과 결합된 듀얼 클러치 변속기의 변속기 입력 샤프트이다. 그에 따라, 지지 베어링은, 반경방향으로 상기 변속기 입력 샤프트 상에 지지될 수 있도록 배치되고 형성된다. 대안적 구현예에서는, 두 부분 클러치의 작동 시스템들이 하우징에 또는 그 내부에, 지지 베어링을 통해 지지될 수 있다. 지지 베어링을 이용하여, 전체 멀티 클러치 장치의 의도치 않은 기울어짐이 방지될 수 있다.
본원의 과제를 해결하기 위해 추가로, 본 발명에 따른 멀티 클러치 장치뿐만 아니라, 로터를 이용하여 구동 토크를 생성하기 위한 전기 기계도 구비한 하이브리드 모듈이 제공되며, 상기 로터는 멀티 클러치 장치의 기어 부재를 포함하는 변속기에 의해 멀티 클러치 장치와 연결된다. 그럼으로써, 변속기에 의해, 멀티 클러치 장치 및 그에 후속되는 구동 모듈의 구동을 위해 전기 기계로부터 멀티 클러치 장치로, 그 반대 방향으로는 회생 제동을 목적으로 멀티 클러치 장치로부터 전기 기계로, 토크 또는 회전 운동이 전달될 수 있다.
하이브리드 모듈은, 전기 기계의 로터가 습식 챔버 외부에 배치되어, 멀티 클러치 장치의 기어 부재와 함께 변속기를 형성하는 추가 기어 부재와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있거나 연결되어 있도록, 그리고 상기 추가 기어 부재는 습식 챔버 내에 배치되며, 추가 기어 부재와 전기 기계의 로터 사이에는 습식 챔버의 밀봉을 위한 씰이 배치되도록, 구성될 수 있다.
그에 부가하여, 내연기관 및 본 발명에 따른 하이브리드 모듈뿐만 아니라 차량 변속기를 구비한 자동차용 구동 어셈블리가 제공되며, 하이브리드 모듈은 이 하이브리드 모듈의 클러치들을 통해 내연기관 및 차량 변속기와 기계적으로 연결된다.
전술한 발명은 하기에서 관련된 기술적 배경에서 바람직한 구성을 보여주는 관련 도면을 참조하여 상세하게 설명된다. 본 발명은 어떠한 방식으로든 개략도에 의해 제한되지 않으며, 도면에 도시된 실시예는 재현된 치수로 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티 클러치 장치의 부분도이다.
도면에서는, 하나의 공통 회전축(1) 상에 분리 클러치(10)와, 듀얼 클러치 장치로서 구현된 추가 클러치 장치(30)가 배치되어 있는 것을 알 수 있다. 듀얼 클러치 장치(30)는 제1 부분 클러치(40) 및 제2 부분 클러치(50)를 포함한다. 3개의 클러치(10, 40, 50)가 모두 하나의 습식 챔버(90) 내에 배치된다. 이는, 멀티 클러치 장치의 상기 실시예에서 총 3개의 클러치(10, 40, 50)가 모두 습식 클러치로서 구현되었음을 의미한다. 또한, 3개의 클러치(10, 40, 50)는 모두 하나의 공통 회전 부재(80)를 통해 회전 가능하게 상호 결합된다.
분리 클러치(10)에는, 환형 피스톤/실린더 유닛(12) 및 작동 베어링(20)을 포함하는 분리 클러치 작동 시스템(11)이 할당된다. 이 경우, 피스톤/실린더 유닛(12)의 반경방향 연장부(13)는 작동 베어링(20)의 주연 궤도(21)의, 회전축(1)까지의 반경방향 간격과 같은 크기이다. 이는, 도시된 것처럼 피스톤/실린더 유닛(12)과 작동 베어링(20)이 축방향으로 서로 나란히 배치될 수 있게 한다.
도면에서는, 기어 부재(70)의 유효 지름(71)이, 마찰 결합에 의해 토크를 전달하는, 듀얼 클러치 장치(30) 또는 이의 제1 부분 클러치(40) 및 제2 부분 클러치(50)의 부품들의 유효 지름(60)보다 더 크다는 점을 알 수 있다. 회전축(1)까지의 상대적으로 큰 간격을 기반으로, 상대적으로 낮은 구동 출력 또는 그에 기인하는 토크를 갖는 전기 기계를 형성할 수 있다. 이뿐만 아니라, 전기 기계를 회전축에 대해 축 평행으로 이격 배치할 수 있는 가능성도, 자동차의 파워트레인 내에서 하이브리드 모듈의 유닛들의 상대적으로 더 유연한 배치, 또는 매우 공간 효율적인 하이브리드 모듈의 실현을 가능하게 한다.
여기에는 도시되지 않은 연소 어셈블리와 결합될 수 있는 구동 샤프트 또는 클러치 입력 샤프트(130)으로부터 토크가 분리 클러치의 내부 디스크 캐리어(22)를 경유하여 분리 클러치(10) 내로 도입될 수 있다. 분리 클러치 작동 시스템(11)의 작동을 이용하여 분리 클러치(10)를 체결 시, 분리 클러치(10)로부터 토크는 분리 클러치(10)의 외부 디스크 캐리어(25)를 경유하여 공통 회전 부재(80)로 전달된다. 공통 회전 부재(80)와 연결된 부분 클러치들(40, 50) 중 하나의 체결에 따라, 토크는 상기 부분 클러치(40, 50)로부터 각각의 제1 내부 디스크 캐리어(42) 또는 제2 내부 디스크 캐리어(52)를 경유하고, 각각의 제1 외부 디스크 캐리어(44) 또는 제2 외부 디스크 캐리어(54)를 경유하여 제1 변속기 입력 샤프트(100)로, 또는 제2 변속기 입력 샤프트(101)로 전달된다. 이를 위해, 제1 작동 장치(41)에 의해 제1 압력 포트(46)(pressure pot)가, 또는 제2 작동 장치(51)에 의해 제2 압력 포트(56)가 각각의 부분 클러치(40, 50)의 체결을 위해 축방향으로 변위된다.
멀티 클러치 장치의 클러치 커버(110)에는, 분리 클러치 작동 시스템(11)의 수용을 위해 이용되는 하우징(111)이 고정 연결된다. 클러치 입력 샤프트(130)와 하우징(111) 사이에는 제1 회전 베어링(120)이 배치되고, 하우징(111)과 공통 회전 부재(80) 사이에는 제2 회전 베어링(121)이 배치된다. 클러치 입력 샤프트(130)는 전체적으로 제1 회전 베어링(120) 및 축방향으로 그 옆에 배치된 니들 롤러 베어링(122)에 의해 지지된다.
전체 멀티 클러치 장치는, 변속기 입력 샤프트들(100, 101)로 향해 있는 지지 부재(140) 및 상기 지지 부재 상에 위치하는, 니들 롤러 베어링 형태의 지지 베어링(141)을 통해, 의도치 않은 기울어짐을 방지한다.
분리 클러치 작동 시스템(11)에 의해 가해지는 축방향 힘은, 라이닝 디스크들(23) 및 강재 디스크들(26)이 함께 압착됨으로써 상기 디스크들(23, 26)을 통해 토크가 전달될 수 있는 방식으로, 분리 클러치(10)에 작용한다. 이 경우, 분리 클러치 작동 시스템(11)에 의해 가해지는 축방향 힘에 대한 반력이, 축방향으로 클러치 입력 샤프트(130)와 고정 연결된 마지막 라이닝 디스크(24)에 의해 가해진다. 클러치 입력 샤프트(130) 상에는, 클러치 입력 샤프트(130)의 견부와 리테이너 링 사이에 축방향으로 고정된 제1 회전 베어링(120)이 안착된다. 그 결과, 분리 클러치 작동 시스템(11)에 의해 가해지는 축방향 힘은 제1 회전 베어링(120)으로 전달된다. 이 경우, 분리 클러치 작동 시스템(11)에 의해 가해지는 축방향 힘은 회전축(1)에 대해 평행하게 항상 변속기 입력 샤프트들(100, 101)의 방향으로 작용하며, 그럼으로써 제1 회전 베어링(120)은 항상 한쪽 방향으로만 하중을 받게 된다.
듀얼 클러치 장치로서 형성된 추가 클러치 장치(30)는, 제1 작동 장치(41)와 제2 작동 장치(51)가 할당되어 있는 제1 부분 클러치(40)와 제2 부분 클러치(50)를 포함한다. 상기 작동 장치들(41, 51)은 자신들의 압력 포트들(46, 56)을 통해 마찬가지로 축방향 힘들을 전달하지만, 이 축방향 힘들은 분리 클러치 작동 시스템(11)에 의해 가해지는 축방향 힘과 반대 방향을 향한다. 두 내부 디스크 캐리어(42, 52)뿐만 아니라 각각의 라이닝 디스크들(43, 53)과 이에 대해 교호적으로 배치되는 강재 디스크들(45, 55)을 통해서도, 작동 장치들(41, 51)에 의해 발생하는 상기 축방향 힘들이 제1 외부 디스크 캐리어(44) 및 제2 외부 디스크 캐리어(54)로 전달된다. 이 경우, 두 외부 디스크 캐리어(44, 54)는 공통 회전 부재(80) 상에 배치되거나, 상기 공통 회전 부재에 의해 형성된다. 공통 회전 부재(80)는 다시 축방향으로 제2 회전 베어링(121) 상에 지지되며, 이 회전 베어링은 다시 축방향으로 하우징(111) 상에 지지된다. 이 경우, 두 작동 장치(41, 51)에 의해 발생한 축방향 힘들은 오직 하나의 방향으로만, 요컨대 회전축(1)에 대해 평행하게 클러치 입력 샤프트(130)를 향하는 방향으로만 작용한다. 그에 상응하게, 제2 회전 베어링(121)은 오직 상기 방향으로만 하중을 받는다.
이로부터, 두 회전 베어링(120, 121)이 교번 하중에 노출되지 않음으로써, 여기서는 교번 베어링 유격이 발생하지 않게 되고, 그에 따라 본원 멀티 클러치 장치 또는 이 멀티 클러치 장치에 의해 구현된 하이브리드 모듈의 사용 수명에 걸쳐 베어링 마모가 상대적으로 덜 나타난다는 점을 알 수 있다.
공통 회전 부재(80) 상에는 기어 부재(70)가 고정 배치되며, 이 기어 부재는 여기에 도시된 실시예의 경우 체인 구동장치의 형성을 위한 체인 스프로킷이다. 상기 체인 구동장치는 습식 챔버(90)의 외부에 배치되는, 여기에는 도시되지 않은 전기 기계의 피니언과 연결된다. 이러한 방식으로, 전기 기계로부터 공통 회전 부재(80)로, 그리고 이어서 총 3개의 클러치(10, 40, 50)로, 그리고 그 반대 방향으로도 토크가 전달된다. 전기 기계에 할당된 피니언과 전기 기계의 로터 사이에는 습식 챔버(90)의 밀봉을 위한, 여기서는 도시되지 않은 씰이 배치된다.
제1 부분 클러치(40)에 할당된 제1 작동 장치(41) 및 제2 부분 클러치(50)에 할당된 제2 작동 장치(51)는 반경방향으로 상호 중첩 배치되어 있지만, 축방향으로 상호 나란히 구현되는 배치도 배제되어서는 안 된다.
종합해보면, 본 발명은 회전 베어링들의 일측 하중으로 인해 베어링 마모가 적은 멀티 클러치 장치 및 하이브리드 모듈을 제공한다.
1: 회전축
10: 분리 클러치
11: 분리 클러치 작동 시스템
12: 피스톤/실린더 유닛
13: 반경 방향 연장부
20: 작동 베어링
21: 주연 궤도의 반경 방향 이격 간격
22: 내부 디스크 캐리어
23: 라이닝 디스크
24: 마지막 라이닝 디스크
25: 외부 디스크 캐리어
26: 강재 디스크
30: 추가 클러치 장치
31: 추가 작동 시스템
40: 제1 부분 클러치
41: 제1 작동 장치
42: 제1 내부 디스크 캐리어
43: 라이닝 디스크
44: 제1 외부 디스크 캐리어
45: 강재 디스크
46: 제1 압력 포트
50: 제2 부분 클러치
51: 제2 작동 장치
52: 제2 내부 디스크 캐리어
53: 라이닝 디스크
54: 제2 외부 디스크 캐리어
55: 강재 디스크
56: 제2 압력 포트
60: 유효 지름
70: 기어 부재
71: 유효 지름
80: 공통 회전 부재
90: 습식 챔버
100: 제1 변속기 입력 샤프트
101: 제2 변속기 입력 샤프트
110: 클러치 커버
111: 하우징
120: 제1 회전 베어링
121: 제2 회전 베어링
122: 니들 롤러 베어링
130: 클러치 입력 샤프트
140: 지지 부재
141: 지지 베어링

Claims (10)

  1. 내연기관을 연결하기 위한 하이브리드 모듈용 멀티 클러치 장치로서, 이 멀티 클러치 장치는,
    내연기관으로부터 멀티 클러치 장치로 토크를 전달할 수 있고, 내연기관으로부터 멀티 클러치 장치를 분리할 수 있는 분리 클러치(10)와; 전기 기계로부터 그리고/또는 분리 클러치(10)로부터 파워트레인으로 토크를 전달할 수 있는 추가 클러치 장치(30), 특히 제1 부분 클러치(40) 및 제2 부분 클러치(50)를 포함하는 듀얼 클러치 장치와; 분리 클러치(10)의 작동을 위한 분리 클러치 작동 시스템(11) 및 추가 클러치 장치의 작동을 위한 추가 작동 시스템(31)과; 제1 회전 베어링(120) 및 제2 회전 베어링(121);을 포함하며,
    상기 분리 클러치 작동 시스템(11)의 작동 시, 제1 회전 베어링(120)은 분리 클러치 작동 시스템(11)에 의해 야기되는 축방향 힘에 의해 오직 제1 축방향으로만 하중을 받고, 상기 추가 작동 시스템(31)의 작동 시에는 제2 회전 베어링(121)이 추가 작동 시스템(31)에 의해 야기되는 축방향 힘에 의해 오직 제1 축방향과 반대되는 제2 방향으로만 하중을 받는, 하이브리드 모듈용 멀티 클러치 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 멀티 클러치 장치는 이 멀티 클러치 장치의 클러치 커버(110)와 기계적으로 고정 연결된 하우징(111)을 포함하며, 상기 하우징(111)에는 클러치 입력 샤프트(130)의 회전 지지를 위한 제1 회전 베어링(120)이 배치되고, 추가 클러치 장치(30)의 공통 회전 부재(80)의 회전 지지를 위한 제2 회전 베어링(121)도 배치되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 모듈용 멀티 클러치 장치.
  3. 제2항에 있어서, 분리 클러치 작동 시스템(11)은 하우징(111)에 또는 그 내부에 축방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 모듈용 멀티 클러치 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 클러치 장치(30)는 제1 부분 클러치(40) 및 제2 부분 클러치(50)를 구비한 듀얼 클러치 장치이고, 추가 작동 시스템(31)은 상기 제1 부분 클러치(40)의 작동을 위한 제1 작동 장치(41)와 상기 제2 부분 클러치(50)의 작동을 위한 제2 작동 장치(51)를 포함하며, 상기 제1 작동 장치(41)와 제2 작동 장치(51)는 제2 회전 베어링 상에 축방향으로 지지되는 공통 회전 부재(80) 상에 지지되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 모듈용 멀티 클러치 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 분리 클러치(10)는 특히 라이닝 디스크들(23)을 구비한 내부 디스크 캐리어(22), 및 특히 강재 디스크들(26)을 구비한 외부 디스크 캐리어(25)를 포함하며, 이들 디스크 캐리어는 토크 전달을 위해 분리 클러치 작동 시스템(11)에 의해 인가된 힘으로 상호 마찰 결합될 수 있으며, 이때 내부 디스크 캐리어(22)는 클러치 입력 샤프트(130)와 회전 고정 방식으로 연결되고, 외부 디스크 캐리어(25)는 공통 회전 부재(80)와 회전 고정 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 모듈용 멀티 클러치 장치.
  6. 제5항에 있어서, 라이닝 디스크들(23)을 구비한 내부 디스크 캐리어(22), 및 강재 디스크들(26)을 구비한 외부 디스크 캐리어(25)의 구성 시, 분리 클러치 작동 시스템(11)에 의해 인가된 힘의 작용 방향으로 마지막 라이닝 디스크(24)가 단면 작용 디스크로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 모듈용 멀티 클러치 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 두 부분 클러치(40, 50)는 특히 라이닝 디스크들(43, 53)을 구비한 내부 디스크 캐리어(42, 52)뿐만 아니라 특히 강재 디스크들(45, 55)을 구비한 외부 디스크 캐리어(44, 54)도 각각 포함하며, 이들 디스크 캐리어는 토크 전달을 위해 각각의 작동 장치(41, 51)에 의해 인가된 힘으로 상호 마찰 결합될 수 있으며, 각각의 내부 디스크 캐리어(42, 52)는 변속기 입력 샤프트(100, 101)와 회전 고정 방식으로 연결되고, 각각의 외부 디스크 캐리어(44, 54)는 공통 회전 부재(80)와 회전 고정 방식으로 연결되거나, 공통 회전 부재에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 모듈용 멀티 클러치 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멀티 클러치 장치는, 전기 기계와 멀티 클러치 장치 간 회전 운동의 전달을 위해 상기 전기 기계와 멀티 클러치 장치 사이에 변속기를 형성하기 위한 기어 부재(70)를 포함하며, 개별 클러치들과 상기 기어 부재가 하나의 습식 챔버(90) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 모듈용 멀티 클러치 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 멀티 클러치 장치와, 로터를 이용하여 구동 토크를 생성하기 위한 전기 기계도 포함하는 하이브리드 모듈로서,
    상기 로터는 멀티 클러치 장치와 회전 가능하게 연결되는, 하이브리드 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 전기 기계의 로터는 습식 챔버(90)의 외부에 배치되어, 멀티 클러치 장치의 기어 부재(70)와 함께 변속기를 형성하는 추가 기어 부재와 회전 고정 방식으로 연결될 수 있거나 연결되어 있으며, 상기 추가 기어 부재는 마찬가지로 습식 챔버(90) 내에 배치되고, 상기 추가 기어 부재와 전기 기계의 로터 사이에 상기 습식 챔버(90)의 밀봉을 위한 씰이 배치되는, 하이브리드 모듈.
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