DE102010014675A1

DE102010014675A1 - Nasskupplung

Info

Publication number: DE102010014675A1
Application number: DE102010014675A
Authority: DE
Inventors: Michael KÜHNLE; Bruno MÜLLER
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2010-10-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nasskupplung mit einem von einer Brennkraftmaschine im Leerlauf angekoppeltem Gehäuse und einem darin untergebrachten, flüssigkeitsgekühlten Lamellenpaket. Um die Schleppverluste bei geöffneter Nasskupplung zu verringern, wird im geöffneten Zustand der Nasskupplung das Kühlmittel eines Kühlkreislaufs mittels eines Schöpfrohrs von dem Lamellenpaket abgeschöpft, indem das Gehäuse in Drehung versetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nasskupplung mit einem zumindest teilweise mit Kühlmittel befüllten, mit einer Elektromaschine oder einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes drehschlüssig verbundenen Gehäuse und einem mit einer Brennkraftmaschine drehschlüssig verbundenen Eingangsteil mit zumindest einer Mehrzahl von Lamellen, die mit gehäusefest verbundenen Lamellen abwechselnd geschichtet sind und zur Bildung eines Reibschlusses der Nasskupplung gegeneinander verspannt werden, sowie einem Kühlkreislauf für das Kühlmittel mit einem Zulauf in das Gehäuse und einem im Bereich des Außenumfangs des Gehäuses mittels eines Schöpfrohrs gebildeten Ablauf.
Aus der DE 10 2008 006 062 A1 ist ein gattungsbildender Stand der Technik bekannt, bei dem eine Nasskupplung ein von der Brennkraftmaschine abkoppelbares Gehäuse aufweist, das in einem hybridischen Antriebsstrang von einer Elektromaschine angetrieben werden kann.
Derartige Nasskupplungen werden während des Betriebs zumindest teilweise in einem Kühlmittelbad betrieben. Hierdurch bedingt treten insbesondere bei der geöffneten Nasskupplung abhängig von der Differenzdrehzahl zwischen dem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Eingangsteil und dem Gehäuse Schleppmomente auf, die sich aus Schermomenten und Turbulenzen der im Kühlmittelbad rotierenden Bauteile, insbesondere der Lamellen, ergeben. Diese Schleppmomente sind in den meisten Fällen unerwünscht und stellen einen unnötigen Wirkungsgradverlust dar. Bei geöffneter Nasskupplung wird das Gehäuse nicht von der Brennkraftmaschine angetrieben, so dass ein Schöpfrohr das Kühlmittel nicht abschöpfen kann.
Es ergibt sich daher die Aufgabe, eine Nasskupplung für einen hybridischen Antriebsstrang vorzuschlagen, bei der im Zustand der geöffneten Nasskupplung das Schleppmoment verringert wird.
Die Aufgabe wird durch eine Nasskupplung mit einem zumindest teilweise mit Kühlmittel befüllten, mit einer Elektromaschine drehschlüssig verbundenen Gehäuse und einem mit einer Brennkraftmaschine drehschlüssig verbundenen Eingangsteil mit zumindest einer Mehrzahl von Lamellen, die mit gehäusefest verbundenen Lamellen abwechselnd geschichtet sind und zur Bildung eines Reibschlusses der Nasskupplung gegeneinander verspannt werden, sowie einem Kühlkreislauf für das Kühlmittel mit einem Zulauf in das Gehäuse und einem im Bereich des Außenumfangs des Gehäuses mittels eines Schöpfrohrs gebildeten Ablauf gelöst, wobei das Kühlmittel bei geöffneter Nasskupplung infolge einer Relativverdrehung des Gehäuses mittels der Elektromaschine gegenüber dem Schöpfrohr abgeschöpft wird. Durch die Einstellung einer Differenzdrehzahl mittels der Elektromaschine zwischen dem Gehäuse und dem Schöpfrohr wird ein Abschöpfen des Kühlmittels bei offener Nasskupplung und abgekoppelter Brennkraftmaschine bewirkt. Dabei kann es vorteilhaft sein, den Kühlkreiskauf aufrecht zu erhalten, um die Lamellen unter Kühlmitteleinfluss zu halten.
Die Nasskupplung eignet sich auch in Verbindung mit hybridisch eingesetzten Drehmomentwandlern, wobei diese als Wandlerüberbrückungskupplung und/oder als Trennkupplung zwischen Brennkraftmaschine und Elektromaschine eingesetzt werden kann.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden die zwischen den Bauteilen bestehenden Differenzdrehzahlen bei offener Nasskupplung genutzt, indem ein Staudruck am stillstehenden, beispielsweise gehäusefest wie getriebegehäusefest angeordneten Schöpfrohr aufgebaut wird, wobei das Schöpfrohr in den rotierenden Kühlmittelmantel eintaucht. Dabei wird eine noch bestehende oder speziell hierfür durch Bestromung oder Rekuperation aufgebaute Drehzahl der Elektromaschine, das heißt, deren mit dem Gehäuse verbundener Rotor genutzt, um die Pumpwirkung einzustellen. Dabei wird die Mündung des Ablaufs des Schöpfrohrs radial außerhalb der Lamellen und deren Aufnahmeteile angeordnet und damit der Kühlmittelmantel bis zur Oberkante des Schöpfrohrs entleert, so dass die Kupplungslamellen zumindest nicht vollständig, vorzugsweise völlig frei von dem sich mittels Fliehkraft radial außen einstellenden Kühlmittelmantel laufen. Infolge des Volumenverlusts durch das abgepumpte Kühlmittel strömt zum Ausgleich dieses Volumens über einen Zulauf Luft nach. Dabei werden die Teilströme so vorgesehen, dass sie sich nicht gegenseitig behindern. Der Kühlmittelkreislauf ist dabei geschlossen. In vorteilhafter Weise wird hierzu das Kühlmittel, das mit dem Getriebeöl identisch sein kann, in ein Vorratsvolumen des Getriebes gepumpt und von dort Luft nachgeführt.
Um lokale Überhitzungen an den Reibflächen der Lamellen zu vermeiden, die beispielsweise durch gegebenenfalls an den Reibflächen antaumelnder Lamellen auftreten können, kann die Nasskupplung durch Zuführung von Kühlmittel auch im geöffneten Zustand der Nasskupplung gekühlt werden, indem beispielsweise dem Zulauf der Luft Kühlmittel beigemengt wird. Auf diese Weise können die Lamellen zumindest spritzgekühlt werden, beispielsweise mit einer Zuführung eines Flusses von maximal 1 l/min Kühlmittel. Dabei wird die entsprechende Kühlmittelmenge durch die Differenzdrehzahl sofort wieder abgepumpt so dass die Schleppmomente in diesem Betriebszustand dennoch im Wesentlichen bei Null gehalten werden können.
Zusätzlich kann eine Ermittlung des Schlupfs zwischen den eingangsseitigen und gehäuseseitigen Lamellen ermittelt werden und abhängig von diesen eine Differenzdrehzahl eingestellt werden, indem beispielsweise die Elektromaschine nicht mehr bestromt wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine gegebenenfalls vorhandene Spritzkühlung angeschaltet werden. Hierzu können entsprechende Ventile in den Kühlkreislauf geschaltet werden.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, eine als Trennkupplung zwischen Brennkraftmaschine und Elektromaschine beziehungsweise Getriebe vorgesehene Nasskupplung in Verbindung mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler in das Gehäuse des Drehmomentwandlers zu integrieren.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Nasskupplung mit einem Steuerkanal zur Steuerung der Nasskupplung und Kanal zur Kühlstromversorgung,
2 eine Nasskupplung mit einem Steuerkanal zur Steuerung der Nasskupplung und zwei drucklose Kanäle für den Kühlmittelkreislauf
und
3 eine Nasskupplung mit einem Steuerkanal und einem einzigen Kanal für den Kühlmittelkreislauf.
1 zeigt eine Nasskupplung 1 mit einem mit einer nicht dargestellten Elektromaschine drehschlüssig verbundenen, als Ausgangsteil der Nasskupplung 1 dienenden Gehäuse 2 mit Lamellen 4 und einem Eingangsteil 3 mit Lamellen 5, das mit einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine drehschlüssig verbunden ist. Das Gehäuse 2 ist zumindest teilweise mit Kühlmittel befüllt. Die abwechselnd geschichteten Lamellen 4, 5 werden mittels des axial entgegen der Wirkung des Energiespeichers 7 verlagerbaren Kolbens 6, der durch Kühlmittel wie Druckmedium über den Steuerkanal 8 beaufschlagt wird, axial verspannt.
Mit dem Eingangsteil 3 ist das Schöpfrohr 9 mit dem Rückschlagventil 10 drehschlüssig verbunden, das das bei geöffneter Nasskupplung 1 sich radial außen infolge Fliehkraft sammelnde Kühlmittel abschöpft. Bei geschlossener Nasskupplung 1 ist infolge fehlender Differenzdrehzahl zwischen Gehäuse 2 und Eingangsteil 3 eine Abschöpfung nicht vorgesehen. Bei geöffneter Nasskupplung 1 ist der Steuerkanal drucklos, so dass das durch das Schöpfrohr 9 abgeschöpfte Kühlmittel über den Steuerkanal 8 in einen Vorratsbehälter abgeführt werden kann. Bei geschlossener Nasskupplung 1 verschließt das Rückschlagventil 10 das Schöpfrohr, so dass über das Schöpfrohr 9 der zur Beaufschlagung des Kolbens 6 vorgesehene Druck im Steuerkanal 8 nicht abgebaut wird. Über den Kanal 11 wird in das Gehäuse Luft oder gegebenenfalls Kühlmittel zur Spritzkühlung der Lamellen 4, 5 zugeführt.
In Abwandlung zu der Nasskupplung 1 der 1 zeigt die 2 die Nasskupplung 1a mit dem Steuerkanal 8 zur Betätigung der Nasskupplung 1a und zwei Kanälen 11, 12. Dabei erfolgt die Ableitung des über das Schöpfrohr 9 abgeschöpften Kühlmittels über den Kanal 12 drucklos, während über den Kanal 11 Luft zum Volumenausgleich und/oder Kühlmittel zur Spritzkühlung der Lamellen 4, 5 im Wesentlichen drucklos oder mit geringem Druck zugeführt wird.
3 zeigt eine Nasskupplung 1b mit einem fest, beispielsweise an dem Gehäuse der Brennkraftmaschine oder an dem Getriebegehäuse angeordneten Schöpfrohr 9a. Der Kolben 6 zur Betätigung der Nasskupplung 1b wird mittels des Steuerkanals 8 beaufschlagt. Der Austausch von Kühlmittel mit dem Vorratsbehälter 13 erfolgt bei geöffneter Nasskupplung 1b über eine sogenannte Gerinneströmung im Schöpfrohr 9a. Das Kühlmittel wird bei offener Nasskupplung 1b mit geringem Druck aus dem Steuerkanal 8 zur Spritzkühlung abgeleitet.

1: Nasskupplung
1a: Nasskupplung
1b: Nasskupplung
2: Gehäuse
3: Eingangsteil
4: Lamelle
5: Lamelle
6: Kolben
7: Energiespeicher
8: Steuerkanal
9: Schöpfrohr
9a: Schöpfrohr
10: Rückschlagventil
11: Kanal
12: Kanal
13: Vorratsbehälter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102008006062 A1 [0002]

Claims

Nasskupplung mit einem zumindest teilweise mit Kühlmittel befüllten, mit einer Elektromaschine drehschlüssig verbundenen Gehäuse und einem mit einer Brennkraftmaschine drehschlüssig verbundenen Eingangsteil mit zumindest einer Mehrzahl von Lamellen, die mit gehäusefest verbundenen Lamellen abwechselnd geschichtet sind und zur Bildung eines Reibschlusses der Nasskupplung gegeneinander verspannt werden, sowie einem Kühlkreislauf für das Kühlmittel mit einem Zulauf in das Gehäuse und einem im Bereich des Außenumfangs des Gehäuses mittels eines Schöpfrohrs gebildeten Ablauf, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel bei geöffneter Nasskupplung infolge einer Relativverdrehung des Gehäuses mittels der Elektromaschine gegenüber dem Schöpfrohr abgeschöpft wird.
Nasskupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Schöpfrohr drehfest angeordnet ist, insbesondere mit einem nicht rotierenden Bauteil wie dem Getriebegehäuse und/oder mit dem Gehäuse der Brennkraftmaschine drehfest verbunden ist.
Nasskupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Schöpfrohr drehfest mit dem Eingangsteil verbunden ist.
Nasskupplung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Schöpfrohr an einem Steuerkanal der Nasskupplung über die Zwischenschaltung eines Rückschlagventils angekoppelt ist.
Nasskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit einem Rotor der Elektromaschine verbunden ist.
Nasskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung des Ablaufs des Schöpfrohrs radial außerhalb eines radial inneren Umfangsbereichs der Lamellen angeordnet ist insbesondere zur Verringerung des die Lamellen vollständig bedeckenden Kühlmittelmantels.
Nasskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf geschlossen ausgebildet ist.
Nasskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel in ein Vorratsvolumen eines Getriebes abführbar ist.
Nasskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass über den Zulauf Kühlmittel zur Spritzkühlung der Lamellen geleitet wird.
Nasskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Relativverdrehung des Gehäuses gegenüber dem Schöpfrohr in Abhängigkeit eines von dem Schlupf zwischen den eingangsseitigen und den gehäuseseitigen Lamellen abhängigen Parameters einstellbar ist.