WO2017157372A1 - Kupplungssystem - Google Patents

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friction clutch
pilot
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Andreas Trinkenschuh
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16D2500/106—Engine
    • F16D2500/1066—Hybrid

Definitions

  • the invention relates to a coupling system, with the aid of which a drive shaft of an automotive engine with at least one transmission input shaft of a motor vehicle transmission, in particular in a hybrid motor vehicle, can be coupled.
  • a clutch system for coupling a crankshaft with a transmission input shaft is known in which a designed as a friction clutch main clutch can be operated by means of a ramp system.
  • the ramp system can change its axial extension by a rotatable relative to an input ramp output ramp and thereby axially displace a pressure plate of the main clutch.
  • a lever spring designed as a friction clutch pilot clutch To operate the ramp system can be closed by means of a lever spring designed as a friction clutch pilot clutch, whereby the input ramp of the ramp system is coupled to the transmission input shaft and can rotate relative to acting as a pressure plate of the friction clutch output ramp.
  • a clutch system for coupling a drive shaft of an automotive engine having at least one transmission input shaft of a motor vehicle transmission, with a, in particular designed as a multi-plate clutch, friction clutch for transmitting torque between a torque-introducing element, in particular drive shaft of the motor vehicle engine, and a Drehmomentaus effetselement, in particular transmission input shaft of the motor vehicle transmission a ramp system for axially displacing a pressure plate of the friction clutch, the ramp system having an input ramp and an output ramp rotatable relative to the input ramp for varying an axial extent of the ramp system, a pilot clutch for actuating the ramp system due to a differential speed between the torque introduction element and the torque diverting element the pilot clutch coupled tie rod for actuating the pilot control g by an axial displacement and a fixed solenoid
  • a torque generated in a motor vehicle engine designed as an internal combustion engine can be transmitted to a transmission input shaft of a motor vehicle transmission in order to drive the motor vehicle.
  • an electric machine via an output part of the friction clutch or the Drehmomentaus effetselement, so that the motor vehicle in a booster operation can be additionally driven by the operated in engine operation electric machine.
  • the friction clutch can be opened by opening the pilot clutch by energizing the electromagnet. A torque flow between the Drehmomentaustechnischselement and the torque introduction element is thereby interrupted, so that the drag torque of the internal combustion engine does not diminish the power introduced by the electric machine.
  • the electrical ma- are operated in generator mode and recuperate electrical energy, while the internal combustion engine and its drag torque remains disconnected by the open pilot clutch and the open friction clutch.
  • the energization of the solenoid can be interrupted, so that the closing pilot clutch closes the friction clutch and the engine can act with its drag torque as an additional engine brake.
  • the internal combustion engine should be coupled to a large part of the operating time, so that a normally-closed configuration for both the pilot clutch and the friction clutch is an energy-efficient design.
  • the tie rod can be positioned particularly close to the electromagnet with the help of protruding through the support plate fixing finger, also a correspondingly lower energy consumption is sufficient to generate by the solenoid sufficient magnetic force, with the aid of the tie rod axially displaced and thus actuates the pilot clutch can be.
  • the electromagnet, the pilot control clutch and the friction clutch can be arranged one behind the other in the axial direction.
  • the electromagnet, the pilot clutch and the friction clutch can each be arranged side by side, so that considered in the radial direction, the pilot clutch is covered neither by the electromagnet nor by the friction clutch. This can be saved in particular radial space.
  • the knowledge is exploited, in a hybrid application, if a rotor of an electrical machine is connected to the output side of the friction clutch, the rotor of the electric machine should anyway have the greatest possible extent in the axial direction, by a correspondingly high purely electrically generated drive power into the drive train of the motor vehicle to be able to initiate.
  • the rotor requires radial space, so that for a hybrid application, an elongated in the axial direction but in the radial direction rather small extent of the coupling system is particularly advantageous.
  • the ramp system can be provided at least partially. Viewed in the radial direction, the friction clutch can at least partially cover the ramp system.
  • the ramp system may be at least partially nested in the interior of the friction clutch.
  • the output ramp of the ramp system can in this case interact with a pressure plate, which extends from the output ramp radially outward and optionally at least in a partial region with a portion in the axial direction up to the radius range of friction linings of the friction clutch.
  • the pilot control clutch can be positioned sufficiently far radially outward that the ramp system can be positioned at least partially radially within the pilot control clutch. Viewed in the radial direction, the pilot clutch can at least partially cover the ramp system. Due to the arrangement of the ramp system at least to a large extent radially within the pilot control clutch, the pilot control clutch can transmit a sufficiently large torque at the larger radius with a smaller radial extent in order to close the pilot control clutch.
  • the ramp system is provided to a part radially inwardly of the pilot clutch and to another part radially inwardly of the friction clutch, so that the ramp system can be positioned almost space neutral in the clutch system. Since the electromagnet, the pilot control clutch and the friction clutch are arranged one behind the other in the axial direction and the ramp system is positioned in free space within the pilot clutch and / or the friction clutch, the clutch Lung system have a small radial extent, which provides enough space for a rotor of an electric machine, so that a coupling system with a suitable for use in a hybrid motor vehicle space is possible.
  • the pilot clutch and the friction clutch can form a so-called booster clutch together with the intermediate ramp system.
  • the torque introduction element and the torque elimination element essentially have the same rotational speed in slip-free operation.
  • the torque introduction element and the torque extraction element can rotate at a different speed, so that sets a speed difference between the torque introduction element and the Drehmomentaus effetselement.
  • the torque flowing via the torque introduction element and the friction clutch can at least partially flow via the at least partially closed pilot clutch, so that at least temporarily torque can be transmitted from the pilot clutch via the ramp system to the friction clutch in the closed state of the pilot clutch, whereby component loads can be reduced ,
  • the pilot clutch effects slipping frictional engagement between the torque introducing element and the torque diverting element. Due to the slipping frictional engagement, a speed difference can be generated in the pilot control clutch, which can be used for relative rotation of the input ramp to the output ramp.
  • a torque can be transmitted in the slip mode, which can be forwarded to the ramp system to provide a correspondingly high contact pressure for a displaceable by the ramp system pressure plate of the friction clutch.
  • the slipping operated pilot clutch can implement the speed difference in a relative rotation of the input ramp to the output ramp via a suitable coupling of the ramp system with the pilot clutch.
  • the axial extent of the ramp system as a result of the speed difference within the pilot clutch and thus as a result of the speed difference of the torque introduction element to the rotary Change momentum element.
  • the pressure plate Due to the changing extent of the ramp system, the pressure plate can be displaced to close the friction clutch, wherein a displacement force for displacing the pressure plate can be diverted from the torque transmitted via the pilot control clutch.
  • the extension of the ramp system has changed so far that, for example, the pressure plate presses a clutch disk and / or disks of a multi-plate clutch, the rotational speeds of the torque introduction element and the torque elimination element are synchronized with each other after completion of the slip operation, so that a speed difference is no longer present.
  • the ramp system can then remain in the position reached.
  • the majority of the torque to be transmitted via the friction pair (s) of the friction clutch take place, with a smaller proportion of the torque to be transmitted via the pilot control clutch can be transmitted.
  • a correspondingly high contact pressure force can be introduced into the friction clutch via the pilot control clutch, so that a correspondingly higher torque can be transmitted safely and without slipping.
  • a force transmission can be achieved via a suitable choice of the ramp gradient of the ramp system, so that at a low actuation force for actuating the pilot clutch an increased translated contact pressure can be achieved.
  • a part of the torque to be transmitted can be used to provide the contact pressure, so that the contact force can be fed from a further energy source.
  • Over the ramp slope of the ramps of the ramp system can be a force amplification, so that in comparison to the achievable on the pressure plate pressing force a much lower actuation force needs to be applied to close the pilot clutch.
  • the electromagnet can be significantly smaller and space-saving dimensioned, as if the electromagnet would shift the pressure plate directly.
  • the output ramp may be rotatably but axially movably coupled to the Drehmomentaus effetelement. Thereby, the output ramp coupled to the torque deriving element and the input ramp couplable via the pilot control clutch to the torque introducing element can be relatively rotated at a differential speed between the torque deriving element and the torque introducing element.
  • the output ramp can be axially displaceable but coupled with the torque introduction element in a torque-transmitting manner, while the input ramp, in particular via a clutch disk of the pilot control clutch, can be coupled in a rotationally fixed manner to the output part of the friction clutch and / or the torque output element.
  • the ramps of the ramp system can slide directly on each other or be rotated relative to each other via at least one ball, a cylinder or other rotatable element, so that a ball-ramp system can be formed.
  • the distance between the rear sides of the entrance ramp and the exit ramp pointing away from the respective other opposite ramp can change, so that the axial extent of the ramp system can correspondingly be reduced or enlarged.
  • the maximum relative angle of rotation of the input ramp to the output ramp is limited for example by at least one stop, whereby, for example, exceeding a maximum wear range of friction linings of the friction clutch can be avoided.
  • the friction clutch is mounted radially on the output side or input side via a radially extending support disk, wherein the support disk has an axial outside facing away from the friction clutch, wherein the tension arm is coupled to the pilot clutch via a fastening finger extending through the support disk and the tie rod is disposed between the solenoid and the outside of the support disc.
  • the friction clutch can be supported on the support disc substantially tilt-proof, while ensuring the magnetic actuation of the pilot clutch by passing through the support plate through the fastening fingers becomes.
  • the tie rod can be positioned close to the electromagnet so that the tie rod can be displaced with a low energy input. A magnetic shield of the tie rod through the support disk is avoided.
  • the electromagnet can be positioned as far as possible out of the interior of the coupling system. This facilitates the connection and electrical contacting of the fixed electromagnet in relation to the other rotating components of the coupling system.
  • the fastening finger in particular has a retaining groove extending in the circumferential direction. In the retaining groove, a retaining ring can be used, which serves as an axial stop for the tie rod, so that automatically entrains the fastening finger with a magnetic tightening of the tie rod of the electromagnet, the tie rod.
  • the tie rod itself can be taken captively in the axial direction in the retaining groove, so that the axial displacement of the tie rod can correlate with an axial displacement of the fastening finger and a pressure plate of the pilot control clutch coupled to the fastening finger.
  • the tie rod may have a recess corresponding to the fastening finger, so that the tie rod can be inserted into the retaining groove by an axial relative movement and a subsequent relative rotation.
  • a securing element is provided which blocks a relative rotation after insertion of the tie rod in the retaining groove.
  • a stationary module support holding the electromagnet wherein the support disk is mounted on the module carrier, wherein in particular the module carrier has a disk part extending in the radial direction for fastening the electromagnet and an axially extending pipe part for supporting the support disk.
  • the module carrier can be installed immobile in the motor vehicle and thereby supported via the support disc radial forces and / or axial forces of the friction clutch, without it being necessary to load the torque introduction element.
  • the support disk is mounted on the module carrier via a deep groove ball bearing.
  • the electromagnet can be fastened to the module carrier so that electrical lines for operating the electromagnet can easily be laid along the module carrier. A co-rotating electrical contact is avoided.
  • the support disc has a part-annular passage opening for passing the fixing finger, wherein the extension of the passage opening in the circumferential direction of at least the sum of the extension of the fastening finger in the circumferential direction and the maximum relative rotation of the support disc for pilot control, in particular to a pressing finger connected to the fastening finger when operating the Pilot clutch corresponds.
  • An abutment and / or jamming of the fastening finger in the passage opening can be avoided by taking into account possible relative rotations, in particular taking into account a maximum wear of friction linings in the pilot control clutch, as well as manufacturing and positional tolerances in the dimensioning of the passage opening.
  • a mounted and axially fixed contact plate is provided for axial abutment against the tie rod in the case of a magnetic force acting on the tie rod by the electromagnet.
  • Direct contact of the co-rotating tie rod on the fixed electromagnet is thereby avoided, so that unnecessary friction is avoided by relatively moving contact surfaces.
  • the contact plate is mounted on the module carrier, for example, via a bearing designed, for example, as a ball bearing or slide bearing. Due to its blocking function, the contact plate only needs to prevent impact with the electromagnet and can therefore have a considerably smaller material thickness compared to the support plate. A shield of the magnetic force generated by the electromagnet through the contact plate can be kept low.
  • the contact plate is made of a soft magnetic or ferromagnetic material and can thereby positively influence the magnetic field of the electromagnet.
  • the contact plate is mounted on the module carrier. Thereby, the axial distance of the contact plate to the electromagnet can be adjusted precisely and due to the short tolerance chain to a very small distance.
  • the electromagnet and the tie rod overlap in the radial direction in an overlapping area Ar, wherein for the overlapping area Ar relative to an outer radius R of the friction clutch 0.05 ⁇ / R ⁇ 0.90, in particular 0.15 ⁇ / R ⁇ 0.60, preferably 0.20 ⁇ / R ⁇ 0.50 and more preferably 0.25 ⁇ / R ⁇ 0, 40 applies.
  • the tie rod By positioning the tie rod on the outside of the support disk remains comparatively much space in the radial direction, which can be used by the tie rod and the electromagnet.
  • the tie rod is designed in particular substantially disk-shaped, so that the tie rod has a pointing to the electromagnet comparatively large axial surface, for example, 50% to 99%, in particular 60% to 95% and preferably 70% to 90% of the outside of the support disk. Due to the comparatively large overlap area can without great design effort, a correspondingly high magnetic force from the electromagnet on the
  • Tie rods are exercised. This makes it possible, for example, to provide a large wear reserve for the pilot clutch, since the tie rod can still be displaced even with maximum wear of the friction linings of the magnetic force of the electromagnet.
  • a closing spring configured in particular as a leaf spring is provided for automatically closing the pilot control clutch when the electromagnet is switched off, wherein in particular the closing spring is fastened with an inner side of the supporting disc facing away from the outer side of the supporting disc.
  • the electric magnet only needs to be actuated when the pilot clutch and the friction clutch are to be opened in order to eject the internal combustion engine from the drive train.
  • the output ramp is coupled to the torque introduction element and the input ramp can be coupled via the pilot clutch to the torque diverting element or the output ramp is coupled to the torque diverting element and the input ramp can be coupled to the torque introduction element via the pilot control clutch. It can thereby be ensured that the input ramp and the output ramp can be rotated relative to one another as a result of a speed difference between the torque output element and the torque output element. This also means that after a synchronization of the rotational speeds of the torque elimination element to the Drehmomentaustechnischselement due to the closed friction clutch, a speed difference is no longer present and the Ramp system automatically remains in the relative position achieved. An unintentional turning back of the ramp system can be blocked.
  • a return spring configured in particular as a leaf spring is provided for the automatic opening of the friction clutch, wherein in particular the return spring acts on the ramp system. If no contact force for closing the friction clutch is introduced into the friction clutch of the pilot clutch, the return spring can open the friction clutch automatically. As a result, the restoring spring can also engage directly or indirectly on the ramp system and move the ramp system back into a position, in particular with a smaller axial extent.
  • a rotor of an electrical machine is connected to an output part of the friction clutch and / or to the torque diverting element.
  • the coupling system can thereby be easily used as a hybrid module for a hybrid
  • Motor vehicle can be used to exchange a power between the electric machine and the Drehmomentaus effetselement.
  • the rotor has, in particular, permanent magnets which can cooperate with electromagnets of a stator of the electric machine in order to realize a motor operation and a generator operation depending on the desired operating mode.
  • an output part of the friction clutch and / or the torque diverting element has an integrated radial offset compensation, in particular a torque sensor.
  • the opening and closing of the friction clutch by means of a rotational speed difference applied to the pilot control clutch can thus take place more smoothly.
  • a occurring relative to the actuation of the friction clutch relative rotation of participating components of the pilot clutch and the friction clutch can be compensated automatically.
  • a change between overrun operation and train operation can thus be easily realized without having to be acted upon by an external control on the friction clutch or the pilot clutch.
  • the invention further relates to a drive train for a motor vehicle with a torque introduction element, in particular a drive shaft of the motor vehicle engine, a Drehmomentaus effetselement, in particular a Getriebeein- input shaft of the motor vehicle transmission, a clutch system, which can be trained and further developed as described above, for transmitting a torque between the Torque introduction element and the Drehmomentaus effetselement and an electric machine for transmitting a torque between the electric machine and the Drehmomentaus effetselement.
  • a torque introduction element in particular a drive shaft of the motor vehicle engine
  • a Drehmomentaus effetselement in particular a Getriebeein- input shaft of the motor vehicle transmission
  • a clutch system which can be trained and further developed as described above, for transmitting a torque between the Torque introduction element and the Drehmomentaus effetselement and an electric machine for transmitting a torque between the electric machine and the Drehmomentaus effetselement.
  • the clutch system may have a small radial extent, the sufficient space for a rotor of an electric machine makes available, so that a coupling system with a suitable for use in a hybrid motor vehicle space is possible.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a coupling system in the closed state
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of the coupling system of FIG. 1 in FIG.
  • the coupling system 10 illustrated in FIG. 1 has a torque introduction element 12 designed as a drive shaft of a motor vehicle, which can be coupled to a torque extraction element 14.
  • the Drehmomentaus effetselement 14 may be non-rotatably connected via a spline with a transmission input shaft of a motor vehicle transmission.
  • the friction clutch 16 has an inner disk carrier designed as an input part 18 which is connected to the torque introduction element 12, for example via a rivet to transmit torque.
  • the input part 18 can cooperate via interposed friction pairings with an outer part 20 designed as an outer disk carrier to exchange a torque between the torque introduction element 12 and the torque output element 14 in the closed state of the friction clutch 16 or in the open state of the friction clutch 16 a torque transmission between the torque introduction element 12 and the Drehmomentaus effetselement 14 to interrupt.
  • the Drehmomentaus effetselement 14 may be connected to the output member 20, for example via a toothing torque transmitting.
  • the output member 20 has a radially inwardly extending support plate 22 which is rotatably supported by a Rillenkugel- bearing 24 for supporting radial and axial loads on an axially extending tube portion 26 of a fixed module carrier 28.
  • the support disk 22 has an axial outer side 30 facing away from the friction clutch 16.
  • a pilot control clutch 32 is provided, which can be selectively actuated by means of an electromagnet 36 mounted fixedly mounted on a radially extending disk part 34 of the module carrier 28.
  • the electromagnet 36 When the electromagnet 36 is energized to open the pilot clutch 32 and thus the friction clutch 16, the electromagnet 36 can magnetically attract an at least partially ferromagnetic tie rod 38, which in axia- ler direction between the electromagnet 36 and the outer side 30 of the support plate 22 is arranged.
  • the tie rod 38 is fastened by means of a securing ring 40 with a fastening finger 42 of the pilot clutch 32.
  • the fastening finger 42 is guided through a passage opening 43 of the support disk 22 that extends in the circumferential direction in the circumferential direction.
  • the fastening finger 42 is integrally connected to a pressing element 44, by means of which a clutch disk element 46 can be frictionally clamped between the contact pressure element 44 and a non-rotatably connected to the output part 20 of the friction clutch 16 counter element 48 for closing the pilot clutch.
  • the counter element 48 is secured in the axial direction with the aid of a blocking element 50 in order to be able to support the force introduced by the pressing element 44 against the output part 20.
  • the pilot clutch 32 is configured as a single-disk friction clutch.
  • the contact pressure element 44 is coupled to the support disk 22 via a closing spring 52 configured as a leaf spring, so that the pilot control clutch 32 can be automatically closed by the closing spring 52 ("normally closed") if no magnetic force applied by the electromagnet 36 acts on the tension rod 38 ,
  • a ramp system 54 can be actuated.
  • the clutch disc member 46 for example, via a spline on a support bearing 56 mounted on the support plate 22 input ramp 58 of the ramp system 54 attack, so that in the closed state of the pilot clutch 32, the input ramp 58 with the speed of the output part 20 of the friction clutch 16 and thus with the speed of the Drehmomentaus effets- element 14 rotates.
  • the input ramp 58 cooperates via a ball 60 with an output ramp 62.
  • the output ramp 62 is connected via a return spring 64 designed as a leaf spring to the input part 18 of the friction clutch 16 and thus to the torque introduction element 12, so that the output ramp 62 rotates at the speed of the input part 18 and the torque introduction element 12.
  • the axial extent of the ramp system 54 may increase, so that coupled to the output ramp 62 pressure plate 66 of the friction clutch 16 can be axially displaced together with the output ramp 62 to close the friction clutch 16, whereby the rotational speeds of the input ramp 58 and the Adjust output ramp 62.
  • An offset of the output ramp 62 in the circumferential direction relative to the input part 18 and the torque introduction element 12 can be compensated for by the return spring 64 designed as a leaf spring.
  • a torque flow can take place from the torque introduction element 12 to the torque diversion element 14 in the traction mode.
  • a rotor of an electric machine is mounted on a radial outer surface 68 of the output part 20, so that the electric machine can also initiate a torque in a boost operation.
  • the electromagnet 36 In the open state of the friction clutch 16 shown in FIG. 2, the electromagnet 36 is energized and pulls the tie rod 38 toward it.
  • the electromagnet 36 magnetically attracted tie rod 38 which rotates at the speed of the output member 20 abuts a via a bearing 70 on the module carrier 28 rotatably mounted contact plate 72, so that a direct contact of the rotating tie rod 38 to the fixed electromagnet 36th is avoided.
  • the contact plate 72 can rotate with the speed of the tie rod 38.
  • the pressing member 44 is released against the spring force of the closing spring 52, so that the pilot clutch 32 opens.
  • the input ramp 58 is thereby no longer supported by the clutch disk element 46 and the pilot clutch 32 on the output part 20 of the friction clutch 16, so that the return spring 64 can compress the ramp system 54, whereby the extension of the ramp system 54 is reduced.
  • the pressure plate 66 is simultaneously displaced axially into a position in which the Reibungskupp- ment 16 is opened and a torque transmission between the torque introduction element 12 and the Drehmomentaus effetselement 14 is interrupted.
  • the electric machine can drive the motor vehicle purely electrically during engine operation or recuperate electrical energy from the drive train in generator operation.
  • the fastening finger 42 with sufficient clearance in the circumferential direction in the through hole 43 of the support plate 38 may be used.
  • the fastening finger 42 may have a retaining groove 74 which is open radially inward.
  • Fig. 4 can be used in the retaining groove 74 of the locking ring 40 so that the tie rod 38 is taken captively in the axial direction between the locking ring 40 and the outer side 30 of the support plate 38.
  • the solenoid 36 magnetically attracts the tie rod 38, the tie rod 38 may abut against the circlip 40, thereby entraining the attachment finger 42 to open the pilot clutch 32.

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Abstract

Es ist ein Kupplungssystem (10) vorgesehen mit einer Reibungskupplung (16) zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einem Drehmomenteinleitungselement (12) und einem Drehmomentausleitungselement (14), einem Rampensystem (54) zum axialen Verlagern einer Anpressplatte (66) der Reibungskupplung (16), einer Vorsteuerkupplung (32) zum Betätigen des Rampensystems (54) infolge einer Differenzdrehzahl zwischen dem Drehmomenteinleitungselement (12) und dem Drehmomentausleitungselement (14), einem mit der Vorsteuerkupplung (32) gekoppelten Zuganker (38) zur Betätigung der Vorsteuerkupplung (32) durch eine axiale Verlagerung und einem feststehenden Elektromagnet (36) zum magnetischen axialen Verlagern des Zugankers (38), wobei die Vorsteuerkupplung (32) in axialer Richtung zwischen der Reibungskupplung (16) und dem Elektromagnet (36) angeordnet ist und das Rampensystem (54) zumindest zu einem Großteil radial innerhalb zur Vorsteuerkupplung (32) angeordnet ist. Dadurch kann das Kupplungssystem (10) eine geringe radiale Erstreckung aufweisen, die genug Bauraum für einen Rotor einer elektrischen Maschine zur Verfügung stellt, so dass ein Kupplungssystem (10) mit einem für eine Anwendung in einem Hybrid-Kraftfahrzeug geeigneten Bauraum ermöglicht ist.

Description

Kupplunqssystem
Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem, mit dessen Hilfe eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, insbesondere bei einem Hybrid-Kraftfahrzeug, gekuppelt werden kann.
Aus DE 10 2010 048 830 A1 ist ein Kupplungssystem zum Kuppeln einer Kurbelwelle mit einer Getriebeeingangswelle bekannt, bei dem eine als Reibungskupplung ausgestaltete Hauptkupplung mit Hilfe eines Rampensystems betätigt werden kann. Zum Schließen der Hauptkupplung kann das Rampensystem durch eine relativ zu einer Eingangsrampe verdrehbare Ausgangsrampe seine axiale Erstreckung ändern und dadurch eine Anpressplatte der Hauptkupplung axial verlagern. Dadurch kann zwi- sehen der Anpressplatte und einer Gegenplatte der Hauptkupplung eine mit der Getriebeeingangswelle gekoppelte Kupplungsscheibe reibschlüssig verpresst werden. Zum Betätigen des Rampensystems kann mit Hilfe einer Hebelfeder eine als Reibungskupplung ausgestaltete Vorsteuerkupplung geschlossen werden, wodurch die Eingangsrampe des Rampensystems mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt wird und sich relativ zu der als Anpressplatte der Reibungskupplung wirkenden Ausgangsrampe verdrehen kann.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen aufzuzeigen, die ein Kupplungssystem mit einem für eine Anwendung in einem Hybrid-Kraftfahrzeug geeigneten Bauraum ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Kupplungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils ein- zeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Genauer gesagt ist ein Kupplungssystem zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, mit einer, insbesondere als Lamellenkupplung ausgestalteten, Reibungskupplung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einem Drehmoment- einleitungselement, insbesondere Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors, und einem Drehmomentausleitungselement, insbesondere Getriebeeingangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes, einem Rampensystem zum axialen Verlagern einer Anpressplatte der Reibungskupplung, wobei das Rampensystem eine Eingangsrampe und eine relativ zur Eingangsrampe zur Veränderung einer axialen Erstreckung des Rampensystems verdrehbare Ausgangsrampe aufweist, einer Vorsteuerkupplung zum Betätigen des Rampensystems infolge einer Differenzdrehzahl zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement, einem mit der Vorsteuerkupplung gekoppelten Zuganker zur Betätigung der Vorsteuerkupplung durch eine axiale Verlagerung und einem feststehenden Elektromagnet zum magnetischen axia- len Verlagern des Zugankers, wobei die Vorsteuerkupplung in axialer Richtung zwischen der Reibungskupplung und dem Elektromagnet angeordnet ist und das Rampensystem zumindest zu einem Großteil radial innerhalb zur Vorsteuerkupplung und/oder zur Reibungskupplung angeordnet ist. Im regulären Zugbetrieb kann ein Drehmomentfluss von dem Drehmomenteinleitungselement zu dem Drehmomentausleitungselement im Wesentlichen über die Reibungskupplung erfolgen. Dadurch kann ein in einem als Brennkraftmaschine ausgestalteten Kraftfahrzeugmotor erzeugtes Drehmoment an eine Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes übertragen werden, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Zudem ist es möglich eine elektrische Maschine über ein Ausgangsteil der Reibungskupplung oder das Drehmomentausleitungselement anzubinden, so dass das Kraftfahrzeug in einem Booster-Betrieb zusätzlich von der im Motorbetrieb betriebenen elektrischen Maschine angetrieben werden kann. Für einen rein elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine kann die Reibungskupp- lung geöffnet werden, indem durch ein Bestromen des Elektromagneten die Vorsteuerkupplung geöffnet wird. Ein Drehmomentfluss zwischen dem Drehmomentausleitungselement und dem Drehmomenteinleitungselement ist dadurch unterbrochen, so dass das Schleppmoment der Brennkraftmaschine die von der elektrischen Maschine eingeleitete Leistung nicht schmälert. In einem Schubbetrieb kann die elektrische Ma- schine im Generatorbetrieb betrieben werden und elektrische Energie rekuperieren, während durch die geöffnete Vorsteuerkupplung und die geöffnete Reibungskupplung die Brennkraftmaschine und ihr Schleppmoment abgekoppelt bleibt. Bei einer stärker gewünschten Bremsleistung kann die Bestromung des Elektromagneten unterbrochen werden, so dass die schließende Vorsteuerkupplung die Reibungskupplung schließt und die Brennkraftmaschine mit ihrem Schleppmoment als zusätzliche Motorbremse wirken kann. Ferner ist es möglich bei geschlossener Reibungskupplung mit Hilfe der elektrischen Maschine ein Startmoment zum Starten der Brennkraftmaschine einzuleiten. Um zwischen den einzelnen Betriebsmodi zu wechseln ist es ausreichend durch das Bestromen des Elektromagneten oder die Unterbrechung der Bestromung des Elektromagneten die Brennkraftmaschine abzukoppeln beziehungsweise anzukoppeln. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass zu einem Großteil der Betriebszeit die Brennkraftmaschine angekoppelt sein dürfte, so dass eine normally-closed Ausgestaltung sowohl für die Vorsteuerkupplung als auch für die Reibungskupplung eine energieeffiziente Ausgestaltung ist. Da der Zuganker mit Hilfe des durch die Stützscheibe hindurchragenden Befestigungsfingers besonders nah an dem Elektromagneten positioniert werden kann, ist zudem ein entsprechend geringerer Energieeinsatz ausreichend, um durch den Elektromagneten eine ausreichende Magnetkraft zu erzeugen, mit deren Hilfe der Zuganker axial verlagert und damit die Vorsteuerkupplung betätigt werden kann. Für den Wechsel der Betriebsmodi ist es lediglich erforderlich mit Hilfe des Elektromagneten und dem nah zum Elektromagneten positionierten Zuganker bei der Vorsteuerkupplung kurzzeitig eine vorliegende Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement zum Betätigen der Reibungskupplung auszunutzen, so dass mit geringem Energieein- satz eine leichte und effiziente Anpassung einer Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang, insbesondere eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, an verschiedene Fahrstrategien ermöglicht ist.
Der Elektromagnet, die Vorsteuerkupplung und die Reibungskupplung können in axia- ler Richtung hintereinander angeordnet sein. Der Elektromagnet, die Vorsteuerkupplung und die Reibungskupplung können hierbei jeweils nebeneinander angeordnet sein, so dass in radialer Richtung betrachtet die Vorsteuerkupplung weder von dem Elektromagnet noch von der Reibungskupplung überdeckt ist. Dadurch kann insbesondere radialer Bauraum eingespart werden. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass bei einer Hybridanwendung, wenn mit der Ausgangsseite der Reibungskupplung ein Rotor einer elektrischen Maschine verbunden ist, der Rotor der elektrischen Maschine sowieso eine möglichst große Erstreckung in axialer Richtung aufweisen soll, um eine entsprechend hohe rein elektrisch generierte Antriebsleistung in den An- triebsstrang des Kraftfahrzeugs einleiten zu können. Gleichzeitig benötigt der Rotor radialen Bauraum, so dass für eine Hybridanwendung eine in axialer Richtung langestreckte aber in radialer Richtung eher geringe Erstreckung des Kupplungssystems besonders vorteilhaft ist. Zudem ergibt sich radial innerhalb der Reibungskupplung ein Bauraum, der von der Reibungskupplung nicht zur Drehmomentübertragung benötigt wird, insbesondere wenn die Reibungskupplung als Lamellenkupplung ausgestaltet ist. In diesen Bauraum kann das Rampensystem zumindest teilweise vorgesehen werden. In radialer Richtung betrachtet kann die Reibungskupplung das Rampensystem zumindest teil- weise überdecken. Das Rampensystem kann zumindest teilweise in das Innere der Reibungskupplung geschachtelt sein. Die Ausgangsrampe des Rampensystems kann hierbei mit einer Anpressplatte zusammenwirken, die sich von der Ausgangsrampe aus nach radial außen und gegebenenfalls zumindest in einem Teilbereich mit einem Anteil in axialer Richtung bis in den Radiusbereich von Reibbelägen der Reibungs- kupplung erstreckt. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorsteuerkupplung hinreichend weit radial außen positioniert werden, dass das Rampensystem zumindest teilweise radial innerhalb zur Vorsteuerkupplung positioniert werden kann. In radialer Richtung betrachtet kann die Vorsteuerkupplung das Rampensystem zumindest teilweise überdecken. Durch die Anordnung des Rampensystems zumindest zu einem Großteil ra- dial innerhalb zur Vorsteuerkupplung kann die Vorsteuerkupplung auf dem größeren Radius bei einer kleineren radialen Erstreckung ein ausreichend großes Drehmoment übertragen, um die Vorsteuerkupplung zu schließen. Der radiale Bauraumbedarf kann dadurch gering gehalten werden. Besonders bevorzugt ist das Rampensystem zu einem Teil radial innerhalb zu der Vorsteuerkupplung und zu einem anderen Teil radial innerhalb zu der Reibungskupplung vorgesehen, so dass das Rampensystem nahezu bauraumneutral in dem Kupplungssystem positioniert werden kann. Da der Elektromagnet, die Vorsteuerkupplung und die Reibungskupplung in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und das Rampensystem in freiem Bauraum innerhalb der Vorsteuerkupplung und/oder der Reibungskupplung positioniert ist, kann das Kupp- lungssystem eine geringe radiale Erstreckung aufweisen, die genug Bauraum für einen Rotor einer elektrischen Maschine zur Verfügung stellt, so dass ein Kupplungssystem mit einem für eine Anwendung in einem Hybrid-Kraftfahrzeug geeigneten Bauraum ermöglicht ist.
Die Vorsteuerkupplung und die Reibungskupplung können zusammen mit dem zwischengeschalteten Rampensystem eine sogenannte Booster-Kupplung ausbilden. Im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung weisen das Drehmomenteinleitungselement und das Drehmomentausleitungselement im schlupffreien Betrieb im Wesent- liehen die gleiche Drehzahl auf. Im geöffneten Zustand der Reibungskupplung können das Drehmomenteinleitungselement und das Drehmomentausleitungselement mit einer unterschiedlichen Drehzahl drehen, so dass sich eine Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement einstellt. Das über das Drehmomenteinleitungselement und die Reibungskupplung flie- ßende Drehmoment kann zumindest teilweise über die zumindest teilweise geschlossene Vorsteuerkupplung fließen, so dass im geschlossenen Zustand der Vorsteuerkupplung zumindest zeitweise eine Drehmomentübertragung von der Vorsteuerkupplung über das Rampensystem an die Reibungskupplung erfolgen kann, wodurch Bauteilbelastungen reduziert werden können. Insbesondere führt die Vorsteuerkupplung beim Verdrehen der Eingangsrampe relativ zur Ausgangsrampe einen schlupfenden Reibschluss zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement herbei. Durch den schlupfenden Reibschluss kann in der Vorsteuerkupplung eine Drehzahldifferenz erzeugt werden, die zum relativen Verdrehen der Eingangsrampe zur Ausgangsrampe genutzt werden kann. Gleichzeitig kann im Schlupfbetrieb auch ein Drehmoment übertragen werden, das an das Rampensystem weitergeleitet werden kann, um eine entsprechend hohe Anpresskraft für eine von dem Rampensystem verlagerbare Anpressplatte der Reibungskupplung bereit zu stellen. Wenn eine Drehzahlangleichung zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement noch nicht erfolgt ist, kann die schlupfend betriebene Vorsteuerkupplung über eine geeignete Koppelung des Rampensystems mit der Vorsteuerkupplung die Drehzahldifferenz in eine Relativdrehung der Eingangsrampe zur Ausgangsrampe umsetzen. Dadurch kann sich die axiale Erstreckung des Rampensystems infolge der Drehzahldifferenz innerhalb der Vorsteuerkupplung und somit infolge der Drehzahldifferenz des Drehmomenteinleitungselements zum Dreh- momentausleitungselement ändern. Durch die sich ändernde Erstreckung des Rampensystems kann die Anpressplatte zum Schließen der Reibungskupplung verlagert werden, wobei eine Verlagerungskraft zum Verlagern der Anpressplatte aus dem über die Vorsteuerkupplung übertragenen Drehmoment abgezweigt werden kann. Wenn sich die Erstreckung des Rampensystems soweit geändert hat, dass beispielsweise die Anpressplatte eine Kupplungsscheibe und/oder Lamellen einer Lamellenkupplung verpresst, sind nach einer Beendigung des Schlupfbetriebs die Drehzahlen des Drehmomenteinleitungselements und des Drehmomentausleitungselement miteinander synchronisiert, so dass eine Drehzahldifferenz nicht mehr vorliegt. Das Rampen- System kann dann in der erreichten Stellung verharren.
In der geschlossenen Stellung der Reibungskupplung kann der überwiegende Teil des zu übertragenen Drehmoments über die Reibpaarung(en) der Reibungskupplung erfolgen, wobei ein kleinerer Anteil des zu übertragenen Drehmoments über die Vor- Steuerkupplung übertragen werden kann. Dadurch kann über die Vorsteuerkupplung eine entsprechend hohe Anpresskraft in die Reibungskupplung eingeleitet werden, so dass ein entsprechend höheres Drehmoment sicher und ohne Durchrutschen übertragen werden kann. Hierbei kann über eine geeignete Wahl der Rampensteigung des Rampensystems eine Kraftübersetzung erreicht werden, so dass bei einer geringen Betätigungskraft zum Betätigen der Vorsteuerkupplung eine erhöhte übersetzte Anpresskraft erreicht werden kann. Ferner kann ein Teil des zu übertragenen Drehmoments zur Bereitstellung der Anpresskraft genutzt werden, so dass aus einer weiteren Energiequelle die Anpresskraft gespeist werden kann. Durch die nur mittelbar über die Vorsteuerkupplung an der Anpressplatte angreifende Betätigungskraft kann über die Vorsteuerkupplung eine Kraftverstärkung und/oder eine Drehmomentabzweigung aus dem zu übertragenen Drehmoment zum Schließen der Reibungskupplung erreicht werden, so dass die Reibungskupplung mit einer deutlich erhöhten Anpresskraft reibschlüssig geschlossen werden kann, wodurch ein sicheres Schließen der Reibungskupplung mit geringem konstruktivem Aufwand ermöglicht ist.
Über die Rampensteigung der Rampen des Rampensystems kann eine Kraftverstärkung erfolgen, so dass im Vergleich zu der an der Anpressplatte erreichbaren Anpresskraft eine deutlich geringere Betätigungskraft zum Schließen der Vorsteuerkupplung aufgebracht werden braucht. Dadurch kann der Elektromagnet deutlich kleiner und bauraumsparender dimensioniert werden, als wenn der Elektromagnet die Anpressplatte direkt verlagern würde. Ferner ist es möglich die Vorsteuerkupplung aus dem Bereich der Anpressplatte heraus zu verlagern. Die Ausgangsrampe kann drehfest aber axial beweglich mit dem Drehmomentausleitungselement gekoppelt sein. Dadurch kann die mit dem Drehmomentausleitungselement gekoppelte Ausgangsrampe und die über die Vorsteuerkupplung mit dem Drehmomenteinleitungselement koppelbare Eingangsrampe bei einer Differenzdrehzahl zwischen dem Drehmomentausleitungselement und dem Drehmomenteinleitungselement relativ zueinander verdreht werden. Alternativ kann die Ausgangsrampe axial verlagerbar aber drehmomen- tübertragend mit dem Drehmomenteinleitungselement gekoppelt sein, während die Eingangsrampe, insbesondere über eine Kupplungsscheibe der Vorsteuerkupplung, drehfest mit dem Ausgangsteil der Reibungskupplung und/oder dem Drehmomentausleitungselement koppelbar ist. Die Rampen des Rampensystems können direkt aufeinander abgleiten oder über mindestens eine Kugel, einen Zylinder oder sonstiges drehbares Element relativ zueinander verdreht werden, so dass ein Kugel-Rampen- System ausgebildet werden kann. Durch das Verdrehen der Rampen relativ zueinander kann sich der Abstand der von der jeweils anderen gegenüberliegenden Rampe wegweisenden Rückseiten der Eingangsrampe und der Ausgangsrampe verändern, so dass sich entsprechend die axiale Erstreckung des Rampensystems verringern be- ziehungsweise vergrößern kann. Besonders bevorzugt ist der maximale relative Verdrehwinkel der Eingangsrampe zu der Ausgangsrampe beispielsweise durch mindestens einen Anschlag begrenzt, wodurch beispielsweise eine Überschreitung eines maximalen Verschleißbereichs von Reibbelägen der Reibungskupplung vermieden werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Reibungskupplung ausgangsseitig oder eingangsseitig über eine radial verlaufende Stützscheibe radial innen gelagert, wobei die Stützscheibe eine von der Reibungskupplung weg weisende axiale Außenseite aufweist, wobei der Zuganker über einen durch die Stützscheibe hindurch verlaufen- den Befestigungsfinger mit der Vorsteuerkupplung gekoppelt ist und der Zuganker zwischen dem Elektromagnet und der Außenseite der Stützscheibe angeordnet ist. Die Reibungskupplung kann über die Stützscheibe im Wesentlich kippsicher abgestützt sein, wobei gleichzeitig durch den durch die Stützscheibe hindurch geführten Befestigungsfinger die magnetische Betätigung der Vorsteuerkupplung sichergestellt wird. Hierbei kann der Zuganker nahe bei dem Elektromagneten positioniert sein, so dass mit einem geringen Energieeinsatz der Zuganker verlagert werden kann. Eine magnetische Abschirmung des Zugankers durch die Stützscheibe ist vermieden. Insbesondere kann der Elektromagnet möglichst weit aus dem Inneren des Kupplungs- Systems heraus positioniert sein. Dies erleichtert die Anbindung und elektrische Kon- taktierung des feststehenden Elektromagneten im Verhältnis zu den übrigen rotierenden Bauteilen des Kupplungssystems. Der Befestigungsfinger weist insbesondere eine in Umfangsrichtung verlaufende Haltenut auf. In die Haltenut kann ein Sicherungsring eingesetzt werden, der als axialer Anschlag für den Zuganker dient, so dass bei einem magnetischen Anziehen des Zugankers von dem Elektromagneten der Zuganker automatisch den Befestigungsfinger mitnimmt. Alternativ kann der Zuganker selber in der Haltenut in axialer Richtung verliersicher aufgenommen sein, so dass die axiale Verlagerung des Zugankers mit einer axialen Verlagerung des Befestigungsfingers und einer mit dem Befestigungsfinger gekoppelten Anpressplatte der Vorsteuer- kupplung korrelieren kann. Der Zuganker kann eine zu dem Befestigungsfinger korrespondierende Aussparung aufweisen, so dass der Zuganker durch eine axiale Relativbewegung und eine nachfolgende Relativdrehung in die Haltenut eingesetzt werden kann. Vorzugsweise ist ein Sicherungselement vorgesehen, das nach dem Einsetzen des Zugankers in die Haltenut eine Relativdrehung blockiert.
Insbesondere ist ein den Elektromagnet haltender feststehender Modulträger vorgesehen, wobei die Stützscheibe an dem Modulträger gelagert ist, wobei insbesondere der Modulträger ein in radialer Richtung verlaufendes Scheibenteil zur Befestigung des Elektromagneten und ein axial verlaufendes Rohrteil zur Lagerung der Stütz- scheibe aufweist. Der Modulträger kann im Kraftfahrzeug bewegungsfest verbaut sein und dadurch über die Stützscheibe eingeleitete Radialkräfte und/oder Axialkräfte der Reibungskupplung abstützen, ohne dass es dafür erforderlich ist das Drehmomenteinleitungselement zu belasten. Insbesondere ist die Stützscheibe über ein Rillenkugellager an dem Modulträger gelagert. Gleichzeitig kann der Elektromagnet an dem Mo- dulträger befestigt sein, so dass elektrische Leitungen zum Betrieb des Elektromagneten leicht entlang des Modulträgers verlegt werden können. Eine mitrotierende elektrische Kontaktierung ist vermieden. Vorzugsweise weist die Stützscheibe eine teilringförmige Durchgangsöffnung zum Hindurchführen des Befestigungsfingers auf, wobei die Erstreckung der Durchgangsöffnung in Umfangsrichtung mindestens der Summe der Erstreckung des Befestigungsfingers in Umfangsrichtung und der maximalen Relativdrehung der Stützscheibe zur Vorsteuerkupplung, insbesondere zu einem mit dem Befestigungsfinger verbundenen Anpresselement, beim Betätigen der Vorsteuerkupplung entspricht. Ein Anschlagen und/oder Verklemmen des Befestigungsfingers in der Durchgangsöffnung kann vermieden werden, indem mögliche Relativdrehungen, insbesondere auch unter Berücksichtigung eines maximalen Verschleißes von Reibbelägen in der Vorsteuer- kupplung, sowie Herstellungs- und Lagetoleranzen bei der Dimensionierung der Durchgangsöffnung berücksichtigt werden.
Besonders bevorzugt ist in axialer Richtung zwischen dem Elektromagneten und dem Zuganker ein gelagertes und in axialer Richtung feststehendes Kontaktblech zum axi- alen Anschlagen an dem Zuganker bei einer von dem Elektromagneten auf den Zuganker einwirkenden Magnetkraft vorgesehen. Ein direkter Kontakt des mitdrehenden Zugankers an dem feststehenden Elektromagneten ist dadurch vermieden, so dass unnötige Reibung durch sich relativ zueinander bewegende Kontaktflächen vermieden ist. Das Kontaktblech ist beispielsweise über ein beispielsweise als Kugellager oder Gleitlager ausgestaltetes Lager an dem Modulträger gelagert. Das Kontaktblech braucht durch seine Blockierfunktion lediglich ein Anschlagen an dem Elektromagneten zu verhindern und kann dadurch eine erheblich geringere Materialdicke im Vergleich zur Stützscheibe aufweisen. Eine Abschirmung der von dem Elektromagneten erzeugten Magnetkraft durch das Kontaktblech kann dadurch gering gehalten werden. Vorzugsweise ist das Kontaktblech aus einem weichmagnetischen oder ferromagneti- schen Material hergestellt und kann dadurch das magnetische Feld des Elektromagneten positiv beeinflussen. Insbesondere ist das Kontaktblech an dem Modulträger gelagert. Dadurch kann der axiale Abstand des Kontaktblechs zum Elektromagneten genau und aufgrund der kurzen Toleranzkette auf einen besonders geringen Abstand eingestellt werden.
Insbesondere überlappen sich der Elektromagnet und der Zuganker in axialer Richtung betrachtet in radialer Richtung in einen Überlappungsbereich Ar, wobei für den Überlappungsbereich Ar bezogen auf einen Außenradius R der Reibungskupplung 0,05 < ΔΓ/R < 0,90, insbesondere 0, 15 < ΔΓ/R < 0,60, vorzugsweise 0,20 < ΔΓ/R < 0,50 und besonders bevorzugt 0,25 < ΔΓ/R < 0,40 gilt. Durch die Positionierung des Zugankers an der Außenseite der Stützscheibe verbleibt vergleichsweise viel Bauraum in radialer Richtung, der von dem Zuganker und dem Elektromagneten genutzt werden kann. Hierzu ist der Zuganker insbesondere im Wesentlichen scheibenförmig ausgestaltet, so dass der Zuganker eine zum Elektromagneten weisenden vergleichsweise große Axialfläche aufweist, die beispielsweise 50% bis 99%, insbesondere 60% bis 95% und vorzugsweise 70% bis 90% der Außenseite der Stützscheibe beträgt. Durch den vergleichsweise großen Überlappungsbereich kann ohne großen konstruktiven Aufwand eine entsprechend hohe Magnetkraft von dem Elektromagneten auf den
Zuganker ausgeübt werden. Dies ermöglicht es beispielsweise für die Vorsteuerkupplung eine große Verschleißreserve vorzusehen, da der Zuganker auch bei maximalem Verschleiß der Reibbeläge von der Magnetkraft des Elektromagneten noch verlagert werden kann.
Vorzugsweise ist eine insbesondere als Blattfeder ausgestaltete Schließfeder zum automatischen Schließen der Vorsteuerkupplung bei ausgeschaltetem Elektromagneten vorgesehen, wobei insbesondere die Schließfeder mit einer von der Außenseite der Stützscheibe weg weisenden Innenseite der Stützscheibe befestigt ist. Der Elektro- magnet braucht dadurch nur betätigt zu werden, wenn die Vorsteuerkupplung und die Reibungskupplung geöffnet werden sollen, um die Brennkraftmaschine von dem Antriebsstrang abzuwerfen.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ausgangsrampe mit dem Drehmo- menteinleitungselement gekoppelt ist und die Eingangsrampe über die Vorsteuerkupplung mit dem Drehmomentausleitungselement koppelbar ist oder die Ausgangsrampe mit dem Drehmomentausleitungselement gekoppelt ist und die Eingangsrampe über die Vorsteuerkupplung mit dem Drehmomenteinleitungselement koppelbar ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Eingangsrampe und die Ausgangsram- pe infolge einer Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomentausleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement relativ zueinander verdreht werden können. Dies bedeutet auch, dass nach einer Synchronisation der Drehzahlen des Drehmo- mentausleitungselements an das Drehmomentausleitungselement infolge der geschlossenen Reibungskupplung eine Drehzahldifferenz nicht mehr vorliegt und das Rampensystem automatisch in der erreichten Relativlage verharrt. Ein unbeabsichtigtes Zurückdrehen des Rampensystems kann dadurch gesperrt werden.
Vorzugsweise ist eine insbesondere als Blattfeder ausgestaltete Rückstellfeder zum automatischen Öffnen der Reibungskupplung vorgesehen, wobei insbesondere die Rückstellfeder an dem Rampensystem angreift. Wenn von der Vorsteuerkupplung keine Anpresskraft zum Schließen der Reibungskupplung in die Reibungskupplung eingeleitet wird, kann die Rückstellfeder die Reibungskupplung automatisch öffnen. Dadurch kann die Rückstellfeder auch direkt oder indirekt an dem Rampensystem an- greifen und das Rampensystem in eine Stellung insbesondere mit einer geringeren axialen Erstreckung zurückbewegen.
Besonders bevorzugt ist mit einem Ausgangsteil der Reibungskupplung und/oder mit dem Drehmomentausleitungselement ein Rotor einer elektrischen Maschine verbun- den. Das Kupplungssystem kann dadurch leicht als Hybridmodul für ein Hybrid-
Kraftfahrzeug genutzt werden, um eine Leistung zwischen der elektrischen Maschine und dem Drehmomentausleitungselement auszutauschen. Der Rotor weist insbesondere Permanentmagnete auf, die mit Elektromagneten eines Stators der elektrischen Maschine zusammenwirken können, um je nach gewünschten Betriebsmodus einen Motorbetrieb und einen Generatorbetrieb zu realisieren.
Insbesondere weist ein Ausgangsteil der Reibungskupplung und/oder das Drehmomentausleitungselement einen integrierten Radialversatzausgleich, insbesondere einen Momentenfühler, auf. Das Öffnen und Schließen der Reibungskupplung durch ei- ne an der Vorsteuerkupplung anliegende Drehzahldifferenz kann dadurch sanfter erfolgen. Zudem kann eine zum Betätigen der Reibungskupplung auftretende Relativdrehung von beteiligten Bauteilen der Vorsteuerkupplung und der Reibungskupplung automatisch ausgeglichen werden. Insbesondere kann in dem Radialversatzausgleich bei dem Schließen der Reibungskupplung durch das angreifende Drehmoment ein Federelement vorgespannt werden, so dass bei einem Wegfallen des anliegenden Drehmoments das vorgespannte Federelement die Reibungskupplung automatisch öffnen kann. Ein Wechsel zwischen Schubbetrieb und Zugbetrieb kann dadurch einfach realisiert werden, ohne dass durch eine externe Steuerung auf die Reibungskupplung oder die Vorsteuerkupplung eingewirkt werden muss. Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Drehmomenteinleitungselement, insbesondere eine Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors, einem Drehmomentausleitungselement, insbesondere eine Getriebeein- gangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes, einem Kupplungssystem, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement und einer elektrischen Maschine zur Übertragung eines Drehmoments zwischen der elektrischen Maschine und dem Drehmomentausleitungselement. Für den Wech- sei der Betriebsmodi im Schubbetrieb ist es lediglich erforderlich mit Hilfe der Vorsteuerkupplung kurzzeitig eine vorliegende Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement zum Betätigen der Reibungskupplung auszunutzen, so dass eine leichte und effiziente Anpassung einer Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs an verschiedene Fahrstrategien ermöglicht ist, insbesondere wenn das Hybrid-
Kraftfahrzeug rein elektrisch von der elektrischen Maschine angetrieben werden soll. Da der Elektromagnet, die Vorsteuerkupplung und die Reibungskupplung in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und das Rampensystem in freiem Bauraum innerhalb der Vorsteuerkupplung und/oder der Reibungskupplung positioniert ist, kann das Kupplungssystem eine geringe radiale Erstreckung aufweisen, die genug Bauraum für einen Rotor einer elektrischen Maschine zur Verfügung stellt, so dass ein Kupplungssystem mit einem für eine Anwendung in einem Hybrid-Kraftfahrzeug geeigneten Bauraum ermöglicht ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen: Fig. 1 : eine schematische Schnittansicht eines Kupplungssystems im geschlossenen Zustand,
Fig. 2: eine schematische Schnittansicht des Kupplungssystems aus Fig. 1 im
geöffneten Zustand, Fig. 3: eine schematische perspektivische Detailansicht des Kupplungssystems aus
Fig. 1 ohne Zuganker und
Fig. 4: eine schematische perspektivische Detailansicht des Kupplungssystems aus
Fig. 3 mit Zuganker.
Das in Fig. 1 dargestellte Kupplungssystem 10 weist ein als Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs ausgestaltetes Drehmomenteinleitungselement 12 auf, das mit einem Drehmomentausleitungselement 14 gekoppelt werden kann. Das Drehmomentausleitungselement 14 kann über eine Steckverzahnung drehfest mit einer Getriebeein- gangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes verbunden sein. Die Koppelung des Drehmomenteinleitungselements 12 mit dem Drehmomentausleitungselement 14 erfolgt über eine als Lamellenkupplung ausgestaltete Reibungskupplung 16. Die Reibungskupplung 16 weist ein als Innenlamellenträger ausgestaltetes Eingangsteil 18 auf, das mit dem Drehmomenteinleitungselement 12 beispielsweise über eine Nietverbindung drehmomentübertragend verbunden ist. Das Eingangsteil 18 kann über zwischengeschaltete Reibpaarungen mit einem als Außenlamellenträger ausgestaltetes Ausgangsteil 20 zusammenwirken, um im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung 16 ein Drehmoment zwischen dem Drehmomenteinleitungselement 12 und dem Drehmomentausleitungselement 14 auszutauschen oder im geöffneten Zustand der Reibungskupplung 16 eine Drehmomentübertragung zwischen dem Drehmomenteinleitungselement 12 und dem Drehmomentausleitungselement 14 zu unterbrechen. Das Drehmomentausleitungselement 14 kann mit dem Ausgangsteil 20 beispielsweise über eine Verzahnung drehmomentübertragend verbunden sein. Das Ausgangsteil 20 weist eine nach radial innen verlaufende Stützscheibe 22 auf, die über ein Rillenkugel- lager 24 zur Abstützung radialer und axialer Lasten drehbar an einem axial verlaufenden Rohrteil 26 eines feststehenden Modulträgers 28 gelagert ist. Die Stützscheibe 22 weist eine von der Reibungskupplung 16 weg weisende axiale Außenseite 30 auf.
Zur Betätigung der Reibungskupplung 16 ist eine Vorsteuerkupplung 32 vorgesehen, die wahlweise mit Hilfe eines an einem in radialer Richtung verlaufenden Scheibenteil 34 des Modulträgers 28 bewegungsfest befestigten Elektromagneten 36 betätigt werden kann. Wenn der Elektromagnet 36 bestromt wird, um die Vorsteuerkupplung 32 und damit die Reibungskupplung 16 zu öffnen, kann der Elektromagnet 36 einen zumindest teilweisen ferromagnetischen Zuganker 38 magnetisch anziehen, der in axia- ler Richtung zwischen dem Elektromagneten 36 und der Außenseite 30 der Stützscheibe 22 angeordnet ist. Der Zuganker 38 ist mit Hilfe eines Sicherungsrings 40 mit einem Befestigungsfinger 42 der Vorsteuerkupplung 32 befestigt. Der Befestigungsfinger 42 ist hierbei durch eine sich in Umfangsrichtung schlitzförmig erstreckende Durchgangsöffnung 43 der Stützscheibe 22 hindurchgeführt. Der Befestigungsfinger 42 ist einstückig mit einem Anpresselement 44 verbunden, mit dessen Hilfe zum Schließen der Vorsteuerkupplung 32 ein Kupplungsscheibenelement 46 reibschlüssig zwischen dem Anpresselement 44 und einem drehfest mit dem Ausgangsteil 20 der Reibungskupplung 16 verbundenen Gegenelement 48 verklemmt werden kann. Das Gegenelement 48 ist mit Hilfe eines Blockierelements 50 in axialer Richtung gesichert, um die die von dem Anpresselement 44 eingeleitete Kraft an das Ausgangsteil 20 abstützen zu können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorsteuerkupplung 32 als Einscheibenreibungskupplung ausgestaltet. Das Anpresselement 44 ist über eine als Blattfeder ausgestaltete Schließfeder 52 mit der Stützscheibe 22 gekoppelt, so dass die Vorsteuerkupplung 32 von der Schließfeder 52 automatisch geschlossen werden kann („normally closed"), wenn keine von dem Elektromagneten 36 aufgebrachte Magnetkraft auf den Zuganker 38 einwirkt.
Über das Kupplungsscheibenelement 46 kann ein Rampensystem 54 betätigt werden. Hierzu kann das Kupplungsscheibenelement 46 beispielsweise über eine Steckverzahnung an einer über ein Stützlager 56 an der Stützscheibe 22 gelagerten Eingangsrampe 58 des Rampensystems 54 angreifen, so dass im geschlossenen Zustand der Vorsteuerkupplung 32 die Eingangsrampe 58 mit der Drehzahl des Ausgangsteils 20 der Reibungskupplung 16 und damit mit der Drehzahl des Drehmomentausleitungs- element 14 dreht. Die Eingangsrampe 58 wirkt über eine Kugel 60 mit einer Ausgangsrampe 62 zusammen. Die Ausgangsrampe 62 ist über eine als Blattfeder ausgestaltete Rückstellfeder 64 mit dem Eingangsteil 18 der Reibungskupplung 16 und damit mit dem Drehmomenteinleitungselement 12 verbunden, so dass die Ausgangsrampe 62 mit der Drehzahl des Eingangsteils 18 und des Drehmomenteinleitungsele- ments 12 dreht. Im geöffneten Zustand der Reibungskupplung 16 liegt eine Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement 12 und dem Drehmomen- tausleitungselement 14 vor. Bei geöffneter Vorsteuerkupplung 32 kann die über das Stützlager 56 drehbar gelagerte Eingangsrampe 56 mit der Drehzahl der Ausgangsrampe 62 mitdrehen, so dass sich keine Relativdrehung der Eingangsrampe 56 zur Ausgangsrampe 62 einstellt. Bei geschlossener Vorsteuerkupplung 32 stellt sich eine zur Drehzahldifferenz des Drehmomenteinleitungselements 12 zum Drehmomentaus- leitungselement 14 entsprechende Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsrampe 58 und der Ausgangsrampe 62 ein, so dass sich die Eingangsrampe 58 relativ zur Aus- gangsrampe 62 verdrehen kann. Dadurch kann sich die axiale Erstreckung des Rampensystems 54 erhöhen, so dass eine mit der Ausgangsrampe 62 gekoppelte Anpressplatte 66 der Reibungskupplung 16 zusammen mit der Ausgangsrampe 62 axial verlagert werden kann, um die Reibungskupplung 16 zu schließen, wodurch sich die Drehzahlen der Eingangsrampe 58 und der Ausgangsrampe 62 angleichen. Ein Ver- satz der Ausgangsrampe 62 in Umfangsrichtung relativ zum Eingangsteil 18 und dem Drehmomenteinleitungselement 12 kann durch die als Blattfeder ausgestaltete Rückstellfeder 64 kompensiert werden.
In dem in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Zustand der Reibungskupplung 16 kann im Zugbetrieb ein Drehmomentfluss von dem Drehmomenteinleitungselement 12 zum Drehmomentausleitungselement 14 erfolgen. Zusätzlich ist es möglich, dass an einer radialen Außenfläche 68 des Ausgangsteils 20 ein Rotor einer elektrischen Maschine angebracht ist, so dass auch die elektrische Maschine in einem Boost-Betrieb ein Drehmoment einleiten kann.
In dem in Fig. 2 gezeigten geöffneten Zustand der Reibungskupplung 16 wird der Elektromagnet 36 bestromt und zieht den Zuganker 38 zu sich heran. Der von dem Elektromagneten 36 magnetisch angezogene Zuganker 38, der mit der Drehzahl des Ausgangsteils 20 rotiert, schlägt an einem über ein Lager 70 an dem Modulträger 28 drehbar gelagerten Kontaktblech 72 an, so dass ein direkter Kontakt des drehenden Zugankers 38 an dem feststehenden Elektromagneten 36 vermieden ist. Das Kontaktblech 72 kann mit der Drehzahl des Zugankers 38 mitdrehen. Durch den magnetisch verlagerten Zuganker 38 wird das Anpresselement 44 gegen die Federkraft der Schließfeder 52 gelüftet, so dass sich die Vorsteuerkupplung 32 öffnet. Die Eingangs- rampe 58 ist dadurch nicht mehr über das Kupplungsscheibenelement 46 und die Vorsteuerkupplung 32 an dem Ausgangsteil 20 der Reibungskupplung 16 abgestützt, so dass die Rückstellfeder 64 das Rampensystem 54 zusammendrücken kann, wodurch sich die Erstreckung des Rampensystems 54 reduziert. Dadurch wird gleichzeitig die Anpressplatte 66 in eine Position axial verlagert, in der die Reibungskupp- lung 16 geöffnet ist und eine Drehmomentübertragung zwischen dem Drehmomenteinleitungselement 12 und dem Drehmomentausleitungselement 14 unterbrochen ist. In diesem Zustand des Kupplungssystems 10 kann die elektrische Maschine im Motorbetrieb das Kraftfahrzeug rein elektrisch antreiben oder im Generatorbetrieb elektri- sehe Energie aus dem Antriebsstrang rekuperieren.
Wie in Fig. 3 dargestellt kann der Befestigungsfinger 42 mit genügend Spiel in Um- fangsrichtung in der Durchgangsöffnung 43 der Stützscheibe 38 eingesetzt sein. Der Befestigungsfinger 42 kann eine nach radial innen geöffnete Haltenut 74 aufweisen. Wie in Fig. 4 dargestellt kann in die Haltenut 74 der Sicherungsring 40 eingesetzt sein, so dass der Zuganker 38 in axialer Richtung zwischen dem Sicherungsring 40 und der Außenseite 30 der Stützscheibe 38 verliersicher aufgenommen ist. Wenn der Elektromagnet 36 den Zuganker 38 magnetisch anzieht, kann der Zuganker 38 an dem Sicherungsring 40 anschlagen und dadurch den Befestigungsfinger 42 mitnehmen, um die Vorsteuerkupplung 32 zu öffnen.
Bezugszeichenliste Kupplungssystem
Drehmomenteinleitungselement
Drehmomentausleitungselement
Reibungskupplung
Eingangsteil
Ausgangsteil
Stützscheibe
Rillenkugellager
Rohrteil
Modulträger
Außenseite
Vorsteuerkupplung
Scheibenteil
Elektromagnet
Zuganker
Sicherungsring
Befestigungsfinger
Durchgangsöffnung
Anpresselement
Kupplungsscheibenelement
Gegenelement
Blockierelements
Schließfeder
Rampensystem
Stützlager
Eingangsrampe
Kugel
Ausgangsrampe
Rückstellfeder
Anpressplatte
Außenfläche Lager
Kontaktblech Haltenut

Claims

Patentansprüche
Kupplungssystem zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, mit
einer Reibungskupplung (16) zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einem Drehmomenteinleitungselement (12) und einem Drehmomentauslei- tungselement (14),
einem Rampensystem (54) zum axialen Verlagern einer Anpressplatte (66) der Reibungskupplung (16), wobei das Rampensystem (54) eine Eingangsrampe (58) und eine relativ zur Eingangsrampe (58) zur Veränderung einer axialen Erstreckung des Rampensystems (54) verdrehbare Ausgangsrampe (62) aufweist,
einer Vorsteuerkupplung (32) zum Betätigen des Rampensystems (54) infolge einer Differenzdrehzahl zwischen dem Drehmomenteinleitungselement (12) und dem Drehmomentausleitungselement (14),
einem Elektromagnet (36) zum magnetischen Betätigen der Vorsteuerkupplung
(32),
wobei die Vorsteuerkupplung (32) in axialer Richtung zwischen der Reibungskupplung (16) und dem Elektromagnet (36) angeordnet ist und das Rampensystem (54) radial innerhalb zur Vorsteuerkupplung (32) und/oder zur Reibungskupplung (16) angeordnet ist.
Kupplungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Reibungskupplung (16) ausgangsseitig oder eingangsseitig über eine radial verlaufende Stützscheibe (22) radial innen gelagert ist,
die Stützscheibe (22) eine von der Reibungskupplung (16) weg weisende axiale Außenseite (30) aufweist,
ein Zuganker (38) über einen durch die Stützscheibe (22) hindurch verlaufenden Befestigungsfinger (42) mit der Vorsteuerkupplung (32) gekoppelt ist und der Zuganker (38) zwischen dem Elektromagnet (36) und der Außenseite (30) der Stützscheibe (22) angeordnet ist.
3. Kupplungssystem nach 2, dadurch gekennzeichnet, dass
ein den Elektromagnet (36) haltender feststehender Modulträger (28) vorgesehen ist,
die Stützscheibe (22) an dem Modulträger (28) gelagert ist, und
der Modulträger (28) ein in radialer Richtung verlaufendes Scheibenteil (34) zur
Befestigung des Elektromagneten (36) und ein axial verlaufendes Rohrteil (26) zur Lagerung der Stützscheibe (22) aufweist.
4. Kupplungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Stützscheibe (22) eine teilringförmige Durchgangsöffnung (43) zum Hindurchführen des Befestigungsfingers (42) aufweist, und
die Erstreckung der Durchgangsöffnung (43) in Umfangsrichtung mindestens der Summe der Erstreckung des Befestigungsfingers (42) in Umfangsrichtung und der maximalen Relativdrehung der Stützscheibe (22) zur Vorsteuerkupp- lung (32) beim Betätigen der Vorsteuerkupplung (32) entspricht.
5. Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung zwischen dem Elektromagnet (36) und dem Zuganker (22) ein gelagertes und in axialer Richtung feststehendes Kontaktblech (72) zum axialen Anschlagen an dem Zuganker (38) bei einer von dem Elektromagnet (36) auf den Zuganker (38) einwirkenden Magnetkraft vorgesehen ist.
6. Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Blattfeder ausgestaltete Schließfeder (52) zum automatischen Schließen der Vorsteuerkupplung (32) bei ausgeschaltetem Elektromagnet (36) vorgesehen ist, wobei die Schließfeder (52) mit einer von der Außenseite (30) der Stützscheibe (22) weg weisenden Innenseite der Stützscheibe (22) befestigt ist.
7. Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsrampe (62) mit dem Drehmomenteinleitungselement (12) gekoppelt ist und die Eingangsrampe (58) über die Vorsteuerkupplung (32) mit dem Drehmomentausleitungselement (14) koppelbar ist oder die Ausgangsrampe (62) mit dem Drehmomentausleitungselement (14) gekoppelt ist und die Eingangsrampe (58) über die Vorsteuerkupplung (32) mit dem Drehmomenteinleitungselement (12) koppelbar ist.
8. Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Blattfeder ausgestaltete Rückstellfeder (64) zum automatischen Öffnen der Reibungskupplung (16) vorgesehen ist, wobei die Rückstellfeder (64) an dem Rampensystem (54) angreift.
9. Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Ausgangsteil (20) der Reibungskupplung (16) und/oder mit dem Drehmomentausleitungselement (14) ein Rotor einer elektrischen Maschine verbunden ist.
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