DE102021108408B3

DE102021108408B3 - Trennkupplung für Hybridmodul, und Hybridmodul

Info

Publication number: DE102021108408B3
Application number: DE102021108408.3A
Authority: DE
Inventors: László Sarkadi; Marc Finkenzeller; René Daikeler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2041-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trennkupplung (1) für ein Hybridmodul (2) zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs um in einem angekoppelten/geschlossenen Zustand Drehmoment von einem mit dem Verbrennungsmotor drehmomentübertragend verbundenen Drehmomenteingangsbauteil (3) auf ein Drehmomentausgangsbauteil in Form einer Gegendruckplatte (4) zu übertragen, mit einer ersten Kupplungsstufe welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil (3) drehfest verbundene, erste Kupplungsscheibe (5), aufweist, die bei Schließen der ersten Kupplungsstufe zwischen einer axial verlagerbaren Anpressplatte (6) und der Gegendruckplatte (4) reibschlüssig klemmbar ist, und einer seriell der ersten Kupplungsstufe nachgeschalteten, zweiten Kupplungsstufe, welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil (3) drehfest verbundene, zweite Kupplungsscheibe (7) aufweist, die reibschlüssig mit der Gegendruckplatte (4) ver-bindbar ist, so dass bei Schließen beider Kupplungsstufen Drehmoment von dem Drehmomenteingangsbauteil (3) über die erste Kupplungsscheibe (5) und die zweite Kupplungsscheibe (7) auf die Gegendruckplatte (4) fließt, wobei ein Federelement (9) zum Vorspannen der Trennkupplung (1) in einem geöffneten Zustand in axialer Richtung auf einer der Gegendruckplatte (4) abgewandten Seite der Anpressplatte (6) an dieser abgestützt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Hybridmodul (2) zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor (13) und einer erfindungsgemäßen Trennkupplung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine zweistufige Trennkupplung für ein Hybridmodul zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, um in einem angekoppelten/geschlossenen Zustand Drehmoment von einem mit dem Verbrennungsmotor drehmomentübertragend verbundenen Drehmomenteingangsbauteil, insbesondere einer Kurbelwelle, auf ein Drehmomentausgangsbauteil in Form einer Gegendruckplatte zu übertragen, mit einer (durch Aufbringen einer Axialkraft auf eine Anpressplatte schließbaren) ersten Kupplungsstufe, welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil drehfest verbundene, erste Kupplungsscheibe, aufweist, die bei Schließen der ersten Kupplungsstufe zwischen einer axial verlagerbaren Anpressplatte und der Gegendruckplatte reibschlüssig klemmbar ist, und einer seriell der ersten Kupplungsstufe nachgeschalteten, zweiten Kupplungsstufe, welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil drehfest verbundene, zweite Kupplungsscheibe aufweist, die (bei Erhöhen der Axialkraft auf die Anpressplatte) reibschlüssig mit der Gegendruckplatte verbindbar ist, so dass bei Schließen beider Kupplungsstufen Drehmoment von dem Drehmomenteingangsbauteil über die erste Kupplungsscheibe und die zweite Kupplungsscheibe auf die Gegendruckplatte fließt.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Hybridmodule bzw. Trennkupplungen für Hybridmodule bekannt. So zeigt beispielsweise WO 2020/ 099 627 A1 ein Hybridmodul für ein Fahrzeug, welches in einem Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit, insbesondere einem Verbrennungsmotor, und einem Abtrieb angeordnet ist. Ferner ist eine elektrische Maschine vorgesehen, wobei ein Rotor der elektrischen Maschine mit dem Abtrieb verbunden ist und zwischen der Antriebseinheit und der elektrischen Maschine eine Kupplung vorgesehen ist. Diese Kupplung ist dabei als eine Konuskupplung, d.h. als eine innerhalb eines Rotorträgers angeordnete, hydraulisch betätigte Kegelkupplung, ausgebildet.
Auch offenbart ein anderes Dokument, WO 2018/ 113 819 A1 ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Trennkupplung, mit der Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine auf das Hybridmodul übertragbar ist und mit der das Hybridmodul von der Verbrennungskraftmaschine trennbar ist, einer elektrischen Maschine zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments mit einem Rotor, einer Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere einer Kupplung oder Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten Teilkupplung und einer zweiten Teilkupplung, mit der Drehmoment von der elektrischen Maschine und/oder von der Trennkupplung auf einen Antriebsstrang übertragbar ist. Dabei ist die Trennkupplung als Trockenkupplung ausgeführt und die Drehmomentübertragungseinrichtung als Nasskupplung. Zur Betätigung der Trennkupplung ist eine Kolben-ZylinderEinheit (engl. „Concentric slave cylinder CSC“) vorgesehen.
Des Weiteren zeigt WO 2019/ 086 067 A1 ein Hybridmodul für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine, wobei ein um eine Achse drehbeweglicher Rotor zumindest einen Rotorträger besitzt, einer Trennkupplung, die im Rotor der elektrischen Maschine am Rotorträger gehaltert ist, und einer Doppelkupplung, die eine der elektrischen Maschine nach- und einem Getriebe vorgeordnete erste Teilkupplung und zweite Teilkupplung aufweist, wobei die erste Teilkupplung in radialer Richtung näher zur Rotationsachse des Rotors positioniert ist als die zweite Teilkupplung. Dabei sind die Trennkupplung und die beiden Kupplungen der Doppelkupplung als trockene Kupplungen ausgeführt. Zur Betätigung der Trennkupplung ist ferner ein Hebelfedermechanismus, welcher mittels eines axial verlagerbaren Drucktopfs betätigt wird, vorgesehen, d.h. die Trennkupplung als mit der Hebelfeder betätigte, trockene Einscheibenkupplung ist innerhalb des Rotorträgers platziert.
Darüber hinaus ist in dem nachveröffentlichten Dokument DE 10 2020 131 765 A1 ein Hybridmodul zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs offenbart. Das Hybridmodul weist einen Elektromotor und eine Trennkupplung auf, welche in radialer Richtung des Hybridmoduls innerhalb des Elektromotors angeordnet ist, und eine Gegendruckplatte, eine in axialer Richtung des Hybridmoduls begrenzt verlagerbare Anpressplatte und eine zwischen der Gegendruckplatte und der Anpressplatte angeordnete und in axialer Richtung begrenzt verlagerbare Zwischendruckplatte aufweist. Ferner weist die Trennkupplung zwischen Gegendruckplatte, Zwischendruckplatte und Anpressplatte reibschlüssig klemmbare Kupplungsscheiben auf.
Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass alle Reibflächen mit der gleichen Anpresskraft belastet werden und alle Reibpaare im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften aufweisen, d.h. das Drehmoment der Trennkupplung ist linear von der Anpresskraft abhängig. Bei der Verwendung von Mehrscheibenkupplungen steigt der Platzbedarf/Bauraum in axialer Richtung, was sich zudem negativ auf die Kosten auswirkt.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll eine kostengünstige Trennkupplung/Trennkupplung bereitgestellt werden, welche modular unter Einhaltung der Randbedingung, eines kleinen Modulationsmoments im Vergleich mit dem maximal zu übertragenden Drehmoment, ein großes Drehmoment in einem kleinen Bauraum übertragen kann.
Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Trennkupplung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst, insbesondere dadurch, dass ein Federelement zum Vorspannen der Trennkupplung. d.h. zum Beabstanden/Auseinanderdrücken der Anpressplatte und einer Betätigungseinrichtung, insbesondere Drucktopf, zum Schließen oder Öffnen der Trennkupplung, in einem geöffneten Zustand in axialer Richtung auf einer der Gegendruckplatte abgewandten Seite der Anpressplatte an dieser abgestützt ist.
Dies hat den Vorteil, dass in dem geöffneten Zustand der Trennkupplung zwischen allen Reibflächen ein (Luft-) Spiel vorhanden ist, wodurch ein möglicher Reibwiderstand bei geöffneter Trennkupplung verhindert werden kann.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung kann die erste Kupplungsscheibe als axialweiche Kupplungsscheibe mit Reibbelägen und einer Reibbelagfederung ausgeführt sein. Dabei kann es zudem von Vorteil sein, wenn die zweite Kupplungsscheibe eine axialweiche Reibscheibe aus Stahl ist, um so große Drehmomente übertragen zu können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Federelement in axialer Richtung zwischen der Anpressplatte und einer Betätigungseinrichtung, insbesondere einem, vorzugsweise hydraulisch-betätigten, Drucktopf, zur Betätigung der Trennkupplung angeordnet sein. Dabei kann es von besonderem Vorteil sein, dass das Federelement vollständig innerhalb der Betätigungseinrichtung aufgenommen ist. Somit kann ein Aktuatorweg, welchen die Anpressplatte bei der Betätigung der Trennkupplung überfahren/zurücklegen muss, verringert werden, was wiederum eine Reduzierung des axialen Bauraums ermöglicht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Federelement eine Tellerfeder sein. Dabei kann die Tellerfeder insbesondere so ausgelegt sein, dass das Kraftniveau, d.h. die durch die Feder aufgebrachte Axialkraft, bei maximaler Drehmomentübertragung gering, insbesondere minimal, ist. Eine Verwendung einer Tellerfeder als kostengünstiges Normteil wirkt sich positiv auf die Herstellkosten aus und erlaubt eine einfache Anpassung der Vorspannkraft an die Randbedingungen der Trennkupplung.
Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn das Federelement einen sich in axialer Richtung hin zu der Anpressplatte erstreckenden Vorsprung (Nase) aufweist, so dass das Federelement lediglich über den Vorsprung an der Anpressplatte abgestützt ist. So kann einfach ein für die Funktion der Trennkupplung optimierter Linienkontakt (Linienberührung) zwischen der Anpressplatte und dem Federelement sichergestellt werden. Wenn die Betätigungseinrichtung einen sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprung aufweist, kann auch der Kontakt zwischen der Betätigungseinrichtung und dem Federelement als Linienkontakt optimiert werden.
Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn Abschnitte der ersten Kupplungsscheibe, insbesondere Reibbeläge, in axialer Richtung durch Aussparungen der zweiten Kupplungsscheibe greifen und/oder die zweite Kupplungsscheibe in radialer Richtung größer als die erste Kupplungsscheibe ist. Somit kann die zweite Kupplungsscheibe in axialer Richtung innerhalb der ersten Kupplungsscheibe aufgenommen/angeordnet werden, was eine optimierte Bauraumnutzung in axialer Richtung ermöglicht.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die zweite Kupplungsscheibe mehrteilig, insbesondere als Flansch und mit diesem drehfest verbundenen Reibscheiben, ausgeführt sein. Durch Verwendung einer Mehrzahl an Reibscheiben kann die Axialsteifigkeit der zweiten Kupplungsscheibe weiter reduziert werden.
Des Weiteren kann es auch von Vorteil sein, wenn an der Gegendruckplatte Stützzungen ausgebildet sind, welche bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe reibschlüssig mit der zweiten Kupplungsscheibe in Verbindung bringbar sind. Die Stützzungen können dabei integral/einstückig mit der Gegendruckplatte ausgeformt sein, was die Teilezahl verringert und die Montage erleichtert. Alternativ kann auch ein Sicherungsring an der Gegendruckplatte festgelegt sein, welcher bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe reibschlüssig mit der zweiten Kupplungsscheibe verbindbar ist. Eine Verwendung eines Sicherungsrings erlaubt es, den Reibschluss zwischen der zweiten Kupplungsscheibe und der Gegendruckplatte ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte durch Wahl des Materials des Sicherungsrings zu optimieren.
Zudem kann es zweckmäßig sein, wenn die zweite Kupplungsscheibe einen Kegelflächenabschnitt aufweist, welcher reibschlüssig mit einem Kegelflächenabschnitt der Betätigungseinrichtung verbindbar ist. Dabei kann es ferner von Vorteil sein, wenn der Kegelflächenabschnitt der zweiten Kupplungsscheibe reibschlüssig mit einem Kegelflächenabschnitt der Gegendruckplatte verbindbar ist, d.h. der Kegelflächenabschnitt der zweiten Kupplungsscheibe kann reibschlüssig zwischen den Kegelflächenabschnitten der Betätigungseinrichtung und der Gegendruckplatte geklemmt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die zweite Kupplungsscheibe den Kegelflächenabschnitt aufweisen, welcher zumindest mit dem Kegelflächenabschnitt der Gegendruckplatte reibschlüssig in Verbindung steht. Über die Kegelflächenabschnitte können im Vergleich mit flachen, d.h. sich radial erstreckenden, Flächen größere Drehmomente übertragen werden. So kann das Drehmoment über zwei Reibflächenkontakte übertragen werden, was wiederum das maximal übertragbare Drehmoment erhöht.
Wenn die zweite Kupplungsscheibe in Umfangsrichtung Wellungen aufweist, d.h. die zweite Kupplungsscheibe ist nicht als flache/ebene Scheibe, sondern mit sich in axialer Richtung ersteckenden und alternierend angeordneten, wellenförmigen Vor- und Rücksprüngen, kann der Schaltkomfort positiv beeinflusst werden, da zu schnelle Schaltvorgänge und Klappergeräusche vermieden werden. Zudem kann ein Drehmomentverlust während des Schaltvorgangs gemindert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die zweite Kupplungsscheibe eine Außenverzahnung aufweisen, welche drehmomentübertragend mit einer Stirnverzahnung der Betätigungseinrichtung in Eingriff bringbar ist. D.h. die Drehmomentübertragung zwischen der zweiten Kupplungsscheibe und der Betätigungseinrichtung erfolgt über einen formschlüssigen Verzahnungseingriff, was ein größeres maximal übertragbares Drehmoment ermöglicht. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn die zweite Kupplungsscheibe eine geringere Axialsteifigkeit aufweist, um einen geordneten Verzahnungseingriff zu gewährleisten.
Darüber hinaus kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Anpressplatte eine Außenverzahnung aufweist, welche drehmomentübertragend mit einer Innenverzahnung der Betätigungseinrichtung in Eingriff steht. Die Verzahnung zwischen der Anpressplatte und der Betätigungseinrichtung kann dabei sowohl als Drehsicherung als auch zur Drehmomentübertragung dienen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Hybridmodul zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor und einer erfindungsgemäßen Trennkupplung.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Trennkupplung in radialer Richtung des Hybridmoduls innerhalb eines Rotorträgers zur Aufnahme eines Rotors des Elektromotors angeordnet ist. Somit kann der Bauraum in axialer Richtung verringert werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Gegendruckplatte einstückig/integral mit dem Rotorträger ausgebildet sein, d.h. die Gegendruckplatte und der Rotorträger können als ein monolithisches Bauteil ausgeführt sein, wodurch die Teilezahl verringert und die Montage erleichtert werden kann.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine zweistufige Trennkupplung/Trennkupplung für Hybridanwendungen, wobei die (Weg-)Tellerfeder in dem Kolben platziert wird. Die axialweiche, erste Kupplungsscheibe muss daher weniger Axialweg (zweimal (Luft-)Spiel, Toleranzen, Verschleiß, Belagfederung) machen können. Zudem kann auf eine Zwischenanpressplatte verzichtet werden. Der Drucktopf hingegen ist etwas größer und dicker. Ferner sind keine zusätzlichen Drehmomentübertragungselemente zwischen der Anpressplatte und dem Drucktopf notwendig. Das Drehmoment kann mit Reibungsstellen oder übertragen werden, wofür jedoch eine Verzahnung zwischen Drucktopf und Anpressplatte notwendig sein kann. Die Reibflächen der axialweichen, zweiten Kupplungsscheibe liegen außerhalb der Reibflächen der ersten Kupplungsscheibe, wodurch die Axialsteifigkeit der zweiten Kupplungsscheibe weiter reduziert werden kann. Bei geöffneter Kupplung gibt es (Luft-)Spiel zwischen allen Reibflächen. Die Anpressplatte ist durch die Tellerfeder vorgespannt, wobei die Vorspannkraft so ausgelegt ist, dass die Modulation durchgeführt werden kann. Bei der Modulation wird die Anpressplatte zusammen mit der Tellerfeder und dem Kolben axial (nach links) verlagert und belastet die erste Kupplungsscheibe axial, so dass das Modulationsdrehmoment mit zwei Reibflächen der ersten Kupplungsscheibe erstellt werden kann. Mit einer Weitererhöhung der Kolbenkraft, d.h. der auf die Anpressplatte wirkenden Axialkraft, fährt der Drucktopf entgegen der Tellerfederkraft weiter nach links, wodurch die zweite Kupplungsscheibe zwischen einem Sicherungsring oder dem Rotorträger und dem Drucktopf geklemmt werden kann. Dies geschieht nur, wenn die Kolbenkraft größer als die Tellerfederkraft ist. So kann eine Drehmomentübertragung mit allen vier Reibflächen sichergestellt werden. Die Tellerfeder kann dabei so ausgelegt werden, dass das Kraftniveau der Tellerfeder bei maximaler Drehmomentübertragung gering ist, wobei zu beachten ist, dass der Kraftfluss durch die erste und zweite Kupplungsscheibe parallel ist. Mit diesem Design kann im Vergleich mit Einscheiben-Kupplungen mehr Drehmoment übertragen werden, da der Reibwert Stahl-Stahl größer als der Reibwert Stahl-Belag ist und der Mittelradius der Reibflächen größer ist.
In noch anderen Worten ausgedrückt, betrifft die Erfindung eine rotorintegrierte, zweistufige KO-Kupplung, die reibschlüssig und formschlüssig arbeitet, wobei die Tellerfeder innerhalb des Drucktopfs angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Teilschnittdarstellung eines Hybridmoduls mit einer Trennkupplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Perspektivansicht der Trennkupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine perspektivische Teilschnittdarstellung der Trennkupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
4 ein schematisches Kraft-Weg-Diagramm einer Tellerfeder der Trennkupplung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
5 eine Perspektivansicht einer zweiten Kupplungsscheibe einer Trennkupplung gemäß einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels,
6 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
7 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
8 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
9 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
10 eine Perspektivansicht der Trennkupplung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, und
11 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Trennkupplung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
1 zeigt eine zweistufige Trennkupplung 1 für ein Hybridmodul 2, welche eingerichtet ist, einen Verbrennungsmotor (in 1 nicht dargestellt) an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs anzukoppeln und diesen von dem Antriebsstrang abzukoppeln, um dabei in einem angekoppelten/geschlossenen Zustand Drehmoment von einer mit dem Verbrennungsmotor drehmomentübertragend verbundenen Kurbelwelle 3 (Drehmomenteingangsbauteil) auf ein Drehmomentausgangsbauteil in Form einer Gegendruckplatte 4 zu übertragen.
Hierfür weist die Trennkupplung 1 eine erste Kupplungsscheibe 5 auf, welche drehfest mit der Kurbelwelle 3 verbunden ist. Ferner weist die Trennkupplung 1 eine axial, d.h. in einer Axialrichtung des Hybridmoduls 2, verlagerbare Anpressplatte 6 auf. Die erste Kupplungsscheibe 5, die Anpressplatte 6 und die Gegendruckplatte 4 bilden dabei eine erste Kupplungsstufe aus.
Wenn die erste Kupplungsstufe, wie nachstehend näher erläutert, geschlossen wird, wird die Anpressplatte 6 axial auf die axialweiche, erste Kupplungsscheibe 5 hin verlagert, so dass die erste Kupplungsscheibe 5 einerseits reibschlüssig mit der Anpressplatte 6 und andererseits mit der Gegendruckplatte 4 in Kontakt kommt. Anders ausgedrückt, wird die erste Kupplungsscheibe 5 reibschlüssig zwischen der Anpressplatte 6 und der Gegendruckplatte 4 geklemmt. So kann bei Schließen der ersten Kupplungsstufe Drehmoment von der Kurbelwelle 3 über die erste Kupplungsscheibe 5 auf die Gegendruckplatte 4 übertragen werden.
Wie in 1 gezeigt, weist die Trennkupplung 1 ferner eine zweite Kupplungsscheibe 7 auf, welche drehfest mit der Kurbelwelle 3 verbunden ist. Die zweite Kupplungsscheibe 7 ist dabei zudem eingerichtet, mit der Gegendruckplatte 4 und einem, vorzugsweise hydraulisch-betätigten, Drucktopf 8 als einer Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Trennkupplung 1 reibschlüssig verbunden zu werden. D.h. die zweite Kupplungsscheibe 7, der Drucktopf 8 und die Gegendruckplatte 4 bilden eine zweite Kupplungsstufe aus.
Des Weiteren hat die Trennkupplung 1 eine (Weg-) Tellerfeder 9, die die Trennkupplung 1 in einem geöffneten Zustand vorspannt, d.h. die Tellerfeder 9 drückt die Anpressplatte 6 und den Drucktopf 8 in axialer Richtung des Hybridmoduls 2 auseinander. Dabei ist die Tellerfeder 9 auf einer der Gegendruckplatte 4 abgewandten Seite der Anpressplatte 6 angeordnet und drückt die Anpressplatte 6 gegen einen an dem Drucktopf 8 festgelegten Anschlagring 10. D.h. die Tellerfeder 9 ist vollständig innerhalb des Drucktopfs 8 aufgenommen und spannt die Reibpartner der Trennkupplung 1, nämlich den Drucktopf 8, die Anpressplatte 6, die erste Kupplungsscheibe 5, die zweite Kupplungsscheibe 7 und die Gegendruckplatte 4, im geöffneten Zustand so vor, dass zwischen allen Reibpartnern ein (Luft-) Spiel vorliegt.
In anderen Worten ausgedrückt, weist die Trennkupplung 1, den Drucktopf 8, die Tellerfeder 9, die Anpressplatte 6, die erste Kupplungsscheibe 5, die zweite Kupplungsscheibe 7 und die Gegendruckplatte 4 auf, wobei diese, wie in 1 gezeigt, in axialer Richtung in dieser Reihenfolge im Wesentlichen nebeneinander angeordnet sind oder bei Schließen der Trennkupplung 1 seriell miteinander in Reibkontakt treten.
Wie in 1 gezeigt, weist die Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ferner einen an der Gegendruckplatte 4 festgelegten Sicherungsring 11 auf, gegen welchen die zweite Kupplungsscheibe 7, wie nachstehend näher erläutert, bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe reibschlüssig geklemmt/gedrückt wird. Mit anderen Worten, wird die zweite Kupplungsscheibe 7 reibschlüssig zwischen dem Drucktopf und dem drehfest mit der Gegendruckplatte 4 verbundenen Sicherungsring 11 geklemmt, um das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 über die zweite Kupplungsscheibe 7 auf die Gegendruckplatte 4 zu übertragen.
Die Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist ferner als K0-Kupplung in einem Hybridmodul-Gehäuse 12 des Hybridmoduls 2 verbaut, d.h. bei geöffneter Trennkupplung 1 wird das Kraftfahrzeug lediglich mit Drehmoment eines innerhalb des Hybridmodul-Gehäuses 12 angeordneten Elektromotors 13 angetrieben. Hierfür weist der Elektromotor 13 einen in dem Hybridmodul-Gehäuse 12 ortsfest aufgenommenen Stator 14 und einen um eine Rotationsachse 15 des Hybridmoduls 2 rotierenden Rotor 16 auf. Hierbei ist der Rotor 16 auf einem Rotorträger 17, welcher über ein Rotorlager 18 in dem Hybridmodul-Gehäuse 12 abgestützt ist, angeordnet. Das so erzeugte Drehmoment wird an ein drehfest mit dem Rotorträger 17 verbundenes, vorzugsweise verschraubtes, Ausgangsteil 19 übertragen. Das Ausgangsteil 19 kann beispielsweise in Form eines Ausgangsflanschs ausgeführt sein, welcher wiederum drehfest mit einer Antriebskomponente, insbesondere einer Getriebeeingangswelle 20, des Antriebsstrangs verbunden ist.
Wenn nun die Trennkupplung 1, wie nachstehend näher beschrieben, geschlossen wird, wird zusätzlich oder alternativ zum Elektromotor 13 auch Drehmoment des Verbrennungsmotors über die Trennkupplung an das Ausgangsteil 19 und die Getriebeeingangswelle 20 übertragen. Der Verbrennungsmotor treibt hierzu die Kurbelwelle 3 an, welche, wie in 1 gezeigt, über ein Kurbelwellenlager 21 in dem Hybridmodul-Gehäuse 12 abgestützt und mittels einer Bolzenverbindung 22 drehmomentübertragend mit der ersten Kupplungsscheibe 5 und der zweiten Kupplungsscheibe 7 verbunden ist.
Um die Trennkupplung 1 zu schließen, d.h. eine Modulation durchzuführen, wird die vorstehend erwähnte Betätigungseinrichtung in Form des Drucktopfs 8 betätigt. Dieser Drucktopf 8 übt dabei eine Axialkraft (in 1 nach links) auf die Anpressplatte 6 aus, welche somit wiederum die erste Kupplungsscheibe 5 axial belastet. Die erste Kupplungsscheibe 5 ist axialweich ausgeführt und bewegt sich demzufolge mit der Anpressplatte 6 axial, d.h. in 1 nach links, bis sie in Anlage mit der Gegendruckplatte 4 bzw. dem Rotorträger 17 gerät und diese reibschlüssig in Drehung versetzt. Somit wird die erste Kupplungsstufe geschlossen und die Trennkupplung 1 überträgt über die erste Kupplungsscheibe 5 das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 auf die Gegendruckplatte 4.
Darüber hinaus ist die Gegendruckplatte 4, wie in 1 gezeigt, bei der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel integral/einstückig mit dem Rotorträger 17 ausgebildet. Selbstverständlich kann die Gegendruckplatte 4 auch als separates Bauteil, welches mit dem Rotorträger 17 verbunden ist, ausgeführt sein.
Wenn nun weiterhin die Axialkraft des Drucktopfs 8 auf die Anpressplatte 6 erhöht wird, wird die erste Kupplungsstufe, d.h. die Anpressplatte 6 und die erste Kupplungsscheibe 5, mit dem Drucktopf 8 weiter hin zur Gegendruckplatte 4 bzw. zum Rotorträger 17 verlagert, bis die zweite Kupplungsscheibe 7 mit der Gegendruckplatte 4 bzw. dem Sicherungsring 11 und dem Drucktopf 8 in Kontakt kommt. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird also die zweite Kupplungsscheibe 7 reibschlüssig zwischen der Drucktopf 8 und der Gegendruckplatte 4 geklemmt. Hierzu weist die zweite Kupplungsscheibe 7, wie in 2 zu erkennen, Aussparungen 23 auf, durch welche Reibbeläge 24 der ersten Kupplungsscheibe 5 hindurchgreifen, so dass bei Schließen der ersten Kupplungsstufe lediglich die erste Kupplungsscheibe 5 reibschlüssig und drehmomentübertragend mit der Gegendruckplatte 4 in Kontakt tritt. Ferner ist die zweite Kupplungsscheibe 7 in radialer Richtung größer als die erste Kupplungsscheibe 5 ausgebildet, d.h. die zweite Kupplungsscheibe 7 weist einen Abschnitt auf, welcher radial außerhalb der ersten Kupplungsscheibe 5 liegt. Wie in 1 und 3 gezeigt, wird dieser Abschnitt der zweiten Kupplungsscheibe 7 bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe reibschlüssig zwischen dem Drucktopf 8 und dem Sicherungsring 11 der Gegendruckplatte 4 geklemmt
Mit anderen Worten kann, wie vorstehend erwähnt, bei geschlossener erster Kupplungsstufe das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 über die erste Kupplungsscheibe 5 auf den Rotorträger 17 und schließlich auf das Ausgangsteil 19 übertragen werden. D.h. die Drehmomentübertragung erfolgt über zwei Reibflächen, nämlich den Kontaktflächen zwischen der Anpressplatte 6 und der ersten Kupplungsscheibe 5 sowie den Kontaktflächen zwischen der ersten Kupplungsscheibe 5 und der Gegendruckplatte 4. Wird zusätzlich zur ersten Kupplungsstufe auch die seriell nachgeschaltete, zweite Kupplungsstufe geschlossen, kann das Drehmoment von der Kurbelwelle 3 auch über die zweite Kupplungsscheibe 7 auf die Gegendruckplatte 4 bzw. den Rotorträger 17, insbesondere über die flachen Reibflächen zwischen dem vorstehend erwähnten radial außenliegenden Abschnitt der zweiten Kupplungsscheibe 7 und dem Drucktopf 8 bzw. dem Sicherungsring 11, übertragen werden. D.h. bei geschlossener erster und zweiter Kupplungsstufe wird das Drehmoment über vier Reibflächen mit parallelem Drehmomentfluss übertragen. So kann das über die Trennkupplung 1 maximal übertragbare Drehmoment einfach erhöht werden. Anders ausgedrückt, ist die Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit den zwei seriell geschalteten Kupplungsstufen ausgeführt, wobei der Kraftfluss/Drehmomentfluss nach Schließen beider Kupplungsstufen parallel über beide Kupplungsstufen erfolgt.
In 4 ist exemplarisch ein Kraft-Weg-Diagramm der Tellerfeder 9 gezeigt. Auf der Abszisse ist dabei der Aktuatorweg x, d.h. die Wegstrecke, die der Drucktopf 8 zurücklegt, wenn er betätigt wird, um die Trennkupplung 1 zu schließen, aufgetragen. Auf der Ordinate wiederum ist die dabei aufzubringende Kraft F des Drucktopfs 8 gezeigt. Bei Beginn der Schließung der Trennkupplung 1, d.h. auf der Abszisse ganz rechts, liegt zwischen den vorstehend erwähnten Reibflächen der Trennkupplung 1 Spiel vor. Nach Überfahren dieses Lüftwegs A, kommt die Anpressplatte 6 am Punkt B mit der ersten Kupplungsscheibe 5 in Kontakt. Die Modulation/Schaltung C der Trennkupplung 1 beginnt, indem die Kraft F auf den Drucktopf 8 weiter erhöht wird, und der Aktuatorweg x weiter verringert wird. Dieser wird soweit verringert, d.h. der Drucktopf 8 übt weiterhin eine Axialkraft auf die Anpressplatte 6 aus, bis die zweite Kupplungsstufe geschlossen ist. Bei Betätigung der Trennkupplung 1 arbeitet der Drucktopf 8 im Wesentlichen gegen die Vorspannkraft der Tellerfeder 9. Dabei ist die Tellerfeder 9 so ausgestaltet, dass sich ein Punkt D ergibt, bei welchem die Kraft F minimal ist und so das maximale Drehmoment übertragen werden kann.
Nachfolgend werden Modifikationen und weitere Ausführungsbeispiele der vorstehend erläuterten Trennkupplung 1 beschrieben. Dabei wird im Besonderen auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Modifikationen und Ausführungsbeispielen und der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Sofern nicht explizit beschrieben, sind die Merkmale und Eigenschaften der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auch in den Modifikationen und Ausführungsbeispielen umgesetzt.
In 5 ist die zweite Kupplungsscheibe 7 der Trennkupplung 1 gemäß einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels dargestellt. Hierbei weist die zweite Kupplungsscheibe 7, insbesondere der radialaußenliegende und bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe reibschlüssig verbindbare Abschnitt, Wellungen 25 auf. D.h. Die zweite Kupplungsscheibe 7 ist in Umfangsrichtung gewellt ausgeführt bzw. hat über ihren Umfang, insbesondere gleichmäßig, verteilte Vor- und Rücksprünge in axialer Richtung. Diese Wellungen 25 wirken sich dabei positiv auf die Umschaltung zwischen Modulation und maximaler Drehmomentübertragung, d.h. den Beginn des Schließens der zweiten Kupplungsstufe, aus, da die Reibpartner, nämlich der Drucktopf 8, die zweite Kupplungsscheibe 7 und der Sicherungsring 11, nicht abrupt/sofort mit ihrer gesamten Reibfläche in Kontakt treten. Ferner kann so ein kontinuierlicher Drehmomentfluss während der Umschaltung sichergestellt werden.
6 zeigt die Trennkupplung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zu der Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, bei welcher die zweite Kupplungsscheibe 7 einstückig, d.h. als ein monolithisches Bauteil, ausgeführt ist, ist die zweite Kupplungsscheibe 7 bei der Trennkupplung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mehrteilig/mehrstückig aufgebaut. Wie in 5 gezeigt, weist die zweite Kupplungsscheibt 7 hierbei einen drehfest mit der Kurbelwelle 3 verbundenen Kupplungsscheibenflansch 26 auf, an welchem eine Mehrzahl an Reibscheiben 27 drehfest, vorzugsweise über zumindest eine Bolzenverbindung, angeordnet sind. Durch den merhteiligen Aufbau der zweiten Kupplungsscheibe 7 kann die zweite Kupplungsscheibe 7 axialweicher ausgeführt werden, d.h. die Axialsteifigkeit der zweiten Kupplungsscheibe 7 kann reduziert werden.
Des Weiteren kann bei der Trennkupplung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, wie in 7 gezeigt, die Gegendruckplatte 4 bzw. der Rotorträger 17 Stützzungen 28 aufweisen. Diese sind dabei so über dem Umfang der Gegendruckplatte 4 verteilt, dass die zweite Kupplungsscheibe 7 bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe reibschlüssig mit den Stützzungen 28 in Verbindung steht. D.h. die mit der Gegendruckplatte 4 integral/einstückig ausgebildeten Stützzungen 28 dienen als Reibpartner mit der zweiten Kupplungsscheibe 7, wenn die zweite Kupplungsstufe geschlossen wird. In dem dritten Ausführungsbeispiel entfällt demzufolge der Sicherungsring 11.
Wie in 8 erkennbar, weist die zweite Kupplungsscheibe 7 der Trennkupplung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel an einem Außendurchmesserabschnitt einen Kegelflächenabschnitt 29 auf. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der radial außenliegende Abschnitt der zweiten Kupplungsscheibe 7 unter Ausbildung eines Winkels gebogen bzw. kegelförmig bearbeitet. Ferner ist die Gegendruckplatte 4 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ebenfalls kegelförmig bearbeitet, d.h. die Gegendruckplatte 4 weist einen dem Kegelflächenabschnitt 29 der zweiten Kupplungsscheibe 7 axial gegenüberliegenden Kegelflächenabschnitt 30 auf, welcher bei Schlie-ßen der zweiten Kupplungsstufe mit dem Kegelflächenabschnitt 29 zweiten Kupplungsscheibe 7 reibschlüssig verbunden wird. Darüber hinaus ist auch die Reibfläche des Drucktopfs 8 der Trennkupplung 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel mit einem Kegelflächenabschnitt 31 ausgerüstet, so dass bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe der Kegelflächenabschnitt 29 der zweiten Kupplungsscheibe 7, der Kegelflächenabschnitt 30 der Gegendruckplatte 4 und der Kegelflächenabschnitt 31 des Drucktopfs 8 zur Drehmomentübertragung in Reibkontakt. Mit anderen Worten, wird der Kegelflächenabschnitt 29 der zweiten Kupplungsscheibe 7 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zur Drehmomentübertragung zwischen dem Kegelflächenabschnitt 30 der Gegendruckplatte 4 und dem Kegelflächenabschnitt 31 des Drucktopfs 8 reibschlüssig geklemmt. Im Vergleich mit flachen/ebenen Reibflächen kann über die Kegelflächenabschnitte 29, 30, 31 ein größeres Drehmoment übertragen werden.
In 9 und 10 ist die Trennkupplung 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel gezeigt. Hierbei weist die zweite Kupplungsscheibe 7 an dem radial außenliegenden Abschnitt eine Außenverzahnung 32 auf, welche bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe drehmomentübertragend mit einer an dem Drucktopf 8 ausgebildeten Stirnverzahnung 33 in Eingriff gebracht wird. Über den Verzahnungseingriff zwischen der Außenverzahnung 32 und der Stirnverzahnung 33 können größere Drehmomente übertragen werden. Im Vergleich mit der zweiten Kupplungsscheibe 7 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die zweite Kupplungsscheibe 7 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel axial weicher, d.h. mit geringerer Axialsteifigkeit, ausgeführt. Dies ist entscheidend, da bei Schließen der zweiten Kupplungsstufe die zweite Kupplungsscheibe 7 und der Drucktopf 8 so zueinander verdreht sein können, dass die Stirnverzahnung 33 nicht in die Außenverzahnung 32 greifen kann, da Zähne der Stirnverzahnung 33 gegen Zähne der Außenverzahnung 32 drücken. So wird die zweite Kupplungsscheibe 7 bei Erhöhen der Axialkraft durch den Drucktopf 8 weiter in Richtung hin zu der Gegendruckplatte 4 (in 9 nach links) gedrückt. Sobald die zweite Kupplungsscheibe 7 in Kontakt mit der Gegendruckplatte 4 gerät, werden die zweite Kupplungsscheibe 7 und der Drucktopf 8 so relativ zueinander verdreht, dass die Zähne der Stirnverzahnung 33 in Zahnlücken der Außenverzahnung 32 greifen können.
11 zeigt die Trennkupplung 1 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zu der, in 1 gezeigten, Trennkupplung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Anpressplatte 6 hierbei eine Außenverzahnung 34 auf, welche in Eingriff mit einer auf einer Innenumfangsfläche des Drucktopfs 8 ausgebildeten Innenverzahnung 35 steht. D.h. die Anpressplatte 6 und der Drucktopf 8 sind über einen Formschluss zwischen der Außenverzahnung 34 und der Innenverzahnung 35 drehgesichert/drehfest und drehmomentübertragend miteinander verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Trennkupplung
2: Hybridmodul
3: Kurbelwelle
4: Gegendruckplatte
5: erste Kupplungsscheibe
6: Anpressplatte
7: zweite Kupplungsscheibe
8: Drucktopf
9: Tellerfeder
10: Anschlagring
11: Sicherungsring
12: Hybridmodul-Gehäuse
13: Elektromotor
14: Stator
15: Rotationsachse
16: Rotor
17: Rotorträger
18: Rotorlager
19: Ausgangsteil
20: Getriebeeingangswelle
21: Kurbelwellenlager
22: Bolzenverbindung
23: Aussparung
24: Reibbelag
25: Wellung
26: Kupplungsscheibenflansch
27: Reibscheibe
28: Stützzunge
29: Kegelflächenabschnitt
30: Kegelflächenabschnitt
31: Kegelflächenabschnitt
32: Außenverzahnung
33: Stirnverzahnung
34: Außenverzahnung
35: Innenverzahnung

Claims

Trennkupplung (1) für ein Hybridmodul (2) zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, um in einem angekoppelten/geschlossenen Zustand Drehmoment von einem mit dem Verbrennungsmotor drehmomentübertragend verbundenen Drehmomenteingangsbauteil (3) auf ein Drehmomentausgangsbauteil in Form einer Gegendruckplatte (4) zu übertragen, mit einer ersten Kupplungsstufe, welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil (3) drehfest verbundene, erste Kupplungsscheibe (5), aufweist, die bei Schließen der ersten Kupplungsstufe zwischen einer axial verlagerbaren Anpressplatte (6) und der Gegendruckplatte (4) reibschlüssig klemmbar ist, und einer seriell der ersten Kupplungsstufe nachgeschalteten, zweiten Kupplungsstufe, welche eine mit dem Drehmomenteingangsbauteil (3) drehfest verbundene, zweite Kupplungsscheibe (7) aufweist, die reibschlüssig mit der Gegendruckplatte (4) verbindbar ist, so dass bei Schließen beider Kupplungsstufen Drehmoment von dem Drehmomenteingangsbauteil (3) über die erste Kupplungsscheibe (5) und die zweite Kupplungsscheibe (7) auf die Gegendruckplatte (4) fließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (9) zum Vorspannen der Trennkupplung (1) in einem geöffneten Zustand in axialer Richtung auf einer der Gegendruckplatte (4) abgewandten Seite der Anpressplatte (6) an dieser abgestützt ist.
Trennkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (9) in axialer Richtung zwischen der Anpressplatte (6) und einer Betätigungseinrichtung (8), insbesondere einem, vorzugsweise hydraulisch-betätigten, Drucktopf, zur Betätigung der Trennkupplung (1) angeordnet ist.
Trennkupplung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (9) vollständig innerhalb der Betätigungseinrichtung (8) aufgenommen ist.
Trennkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Tellerfeder (9) ist.
Trennkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Abschnitte der ersten Kupplungsscheibe (5), insbesondere Reibbeläge (24), in axialer Richtung durch Aussparungen (23) der zweiten Kupplungsscheibe (7) greifen und/oder die zweite Kupplungsscheibe (7) in radialer Richtung größer als die erste Kupplungsscheibe (5) ist.
Trennkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungsscheibe (7) mehrteilig, insbesondere als Kupplungsscheibenflansch (26) und mit diesem drehfest verbundenen Reibscheiben (27), ausgeführt ist.
Trennkupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungsscheibe (7) einen Kegelflächenabschnitt (29) aufweist, welcher reibschlüssig mit einem Kegelflächenabschnitt (30) der Gegendruckplatte (4) und einem Kegelflächenabschnitt (31) der Betätigungseinrichtung (8) verbindbar ist.
Trennkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungsscheibe (7) eine Außenverzahnung (32) aufweist, welche drehmomentübertragend mit einer Stirnverzahnung (33) der Betätigungseinrichtung (8) in Eingriff bringbar ist.
Trennkupplung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressplatte (6) eine Außenverzahnung (34) aufweist, welche drehmomentübertragend mit einer Innenverzahnung (35) der Betätigungseinrichtung (8) in Eingriff bringbar ist.
Hybridmodul (2) zum An- und Abkoppeln eines Verbrennungsmotors an einen und von einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Elektromotor (13) und einer, nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 ausgeführten, Trennkupplung (1).