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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb und ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinrichtung mit Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs.
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Hybridantriebe für Kraftfahrzeuge weisen sowohl eine Brennkraftmaschine als auch eine elektrische Maschine zum Antrieb zumindest eines Teils der Räder des Kraftfahrzeugs auf. Hierbei wird das Kraftfahrzeug je nach Leistungsanforderung und nach vorgehaltener gespeicherter elektrischer Energie entweder rein elektrisch, rein über die Brennkraftmaschine oder durch beide Maschinen angetrieben. Insbesondere beim Einkoppeln der Brennkraftmaschine kann es zu einem sprunghaften Anstieg des abgegebenen Drehmomentes der beiden Antriebe kommen, welches als Ruck oder als Längsbeschleunigung durch den Fahrer wahrgenommen wird. Hierzu hat es bereits mehrere Lösungsansätze gegeben, beispielsweise durch Erzeugung eines Vorsteuermoments durch eine Wirbelstrombremse, welches mechanisch übersetzt wird und eine Hauptkupplung schließt. Bei anderen bekannten Systemen wird eine Kupplung durch einen Aktor geschlossen und dessen Verfahrweg anhand des für das Einkuppeln und Starten der Brennkraftmaschine notwendigen Drehmoments und einer bekannten Kupplungskennlinie abgeschätzt wird. Die als bekannt angenommenen Verfahren erlauben die Einstellung des notwendigen Zieldrehmoments für das Einkuppeln und Starten der Brennkraftmaschine nur relativ ungenau, so dass der Fahrer immer einen Ruck oder eine Längsbeschleunigung wahrnimmt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Kupplungseinrichtung anzugeben, die ein Starten und Einkuppeln der Brennkraftmaschine mit zumindest reduziertem Ruck ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine, einer elektrischen Maschine, und einer Getriebeeinrichtung, mit einer Kupplung zur lösbaren Verbindung der Brennkraftmaschine mit der Getriebeeinrichtung, wobei die Kupplung in dem Antriebsstrang zwischen der Brennkraftmaschine einerseits und der elektrischen Maschine sowie der Getriebeeinrichtung anderseits angeordnet ist, wobei die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine verbunden sind, zeichnet sich dadurch aus, dass ein Drehmomentsensor zwischen der Kupplung und der Getriebeeinrichtung zur Aufnahme des anliegenden Drehmoments angeordnet ist, der mit der Steuereinrichtung zur Steuerung der elektrischen Maschine verbunden ist und die Steuereinrichtung geeignet und bestimmt zur Steuerung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von den durch den Drehmomentsensor bereitgestellten Daten ist.
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Die Steuerung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit vom am Eingang der Getriebeeinrichtung anliegenden Drehmoments erlaubt die Reduktion des von der elektrischen Maschine abgegebenen Drehmoments, insbesondere wenn ein sprunghafter Anstieg des Drehmoments, also insbesondere ein Drehmomentanstieg von mehr als 100 Nm [Newtonmeter], insbesondere von mehr als 140 Nm, in einem Zeitraum von weniger als 200 ms [Millisekunden], insbesondere weniger als 120 ms, vorliegt. Dies erlaubt eine deutliche Reduktion des für den Fahrer spürbaren Rucks beim Einkuppeln und auch beim Starten der Brennraftmaschine und insbesondere ein Ruck- und längsbeschleunigungsfreies Starten und/oder Einkuppeln der Brennkraftmaschine. Unter einem Drehmomentsensor wird ein Sensor verstanden, durch den das anliegende Drehmoment bestimmt werden kann. Bevorzugt werden Drehmomentsensoren eingesetzt, die auf dem Prinzip des Dehnmesstreifens oder der inversen Magnetostriktion beruhen. Bei der inversen Magnetostriktion wird ein magnetischer, insbesondere ferromagnetischer, Sensorkörper eingesetzt, dessen Magnetfeld sich aufgrund einer Deformation ändert. Die Änderung des Magnetfeldes ist entsprechend detektierbar. Unter einem Dehnmessstreifen wird ein Sensor verstanden, der bei Verformungen seinen elektrischen Wiederstand ändert. Hier ist dieser sich verändernde elektrische Wiederstand messbar.
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Die Getriebeeinrichtung kann insbesondere eine Anfahrkupplung enthalten. Die Kupplung kann insbesondere auch als Zuschaltkupplung bezeichnet und/oder verstanden werden. Die vorliegende Kombination einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs wird als Hybridantrieb bezeichnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kupplung eine Betätigungseinrichtung mit einer Wirbelstrombremse zur zumindest teilweisen Schließung der Kupplung zugeordnet.
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Durch die Betätigungseinrichtung für die Kupplung kann die Kupplung betätigt werden, also ein- und ausgerückt werden. Beim Einrücken wird ein Reibschluss zwischen entsprechenden Reibpartnern der Kupplung zur lösbaren Übertragung von Drehmoment zwischen den Reibpartnern und damit drehfest verbundenen Elementen hergestellt, während beim Ausrücken diese Verbindung wieder getrennt wird. Die Ausbildung einer Wirbelstrombremse als Teil der Betätigungseinrichtung, die insbesondere weiterhin gegeneinander verdrehbare Rampen und eine Freilaufeinrichtung umfassen kann, erlaubt eine einfache Ausgestaltung der Betätigungseinrichtung insbesondere in Kombination mit einer elektrischen Maschine als Teil eines Hybrid-Antriebs.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Betätigungseinrichtung ein Planetengetriebe und mindestens zwei gegeneinander verdrehbare Rampen umfasst.
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Durch den Einsatz eines Planetengetriebes, insbesondere eines mehrstufigen Planetengetriebes, besonders bevorzugt eines zweistufigen Planetengetriebes, kann eine kompakte Ausgestaltung der Betätigungseinrichtung erreicht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, einer elektrischen Maschine und einer Getriebeeinrichtung, mit einer Kupplung zur lösbaren Verbindung der Brennkraftmaschine mit der Getriebeeinrichtung, vorgeschlagen, wobei die Kupplung in dem Antriebsstrang zwischen der Brennkraftmaschine einerseits und der elektrischen Maschine sowie der Getriebeeinrichtung anderseits angeordnet ist, wobei ein Drehmomentsensor zwischen der Kupplung und der Getriebeeinrichtung zur Aufnahme des anliegenden Drehmoments angeordnet ist und dass die durch den Drehmomentsensor erfassten Daten zur Ansteuerung der elektrischen Maschine verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere in und mit einer erfindungsgemäß Kupplungseinrichtung durchgeführt werden. Die für die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen und anwenden und umgekehrt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei einem sprungartigen Anstieg des anliegenden Drehmoments die Leistung der elektrischen Maschine zur Reduktion des durch die elektrische Maschine abgegebenen Drehmoments reduziert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird beim sprungartigen Anstieg des anliegenden Drehmoments um einen Differenzbetrag die Leistung der elektrischen Maschine so reduziert, dass das durch die elektrische Maschine abgegebene Drehmoment um den Differenzbetrag reduziert wird.
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Eine solche Verfahrensführung reduziert ein für den Fahrer spürbares Rucken oder eine entsprechende Längsbeschleunigung des Fahrzeugs zumindest signifikant.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird beim ausschließlichen Einsatz der elektrischen Maschine durch Einsatz einer Wirbelstrombremse ein teilweises Einrücken der Kupplung erreicht, so dass durch die elektrische Maschine die Brennkraftmaschine gestartet wird.
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So kann in einfacher Weise die elektrische Maschine zum Starten der Brennkraftmaschine genutzt werden, wobei gleichzeitig ein mögliches Rucken durch das Starten der Brennkraftmaschine verringert oder sogar verhindert werden kann.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen schematisch:
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1: eine Antriebssituation eines Kraftfahrzeugs mit Hybridantrieb;
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2 einen Längsschnitt durch eine Kupplung gemäß einem ersten Beispiel;
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3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer Kupplung nach 2;
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4 einen perspektivischen Längsschnitt durch eine Kupplung nach 2;
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5 einen perspektivischen Längsschnitt durch die Kupplung nach 2;
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6 eine Wirbelstrombremse für eine Betätigungseinrichtung einer Kupplung nach einem zweiten Beispiel;
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7 einen Innenstator einer Wirbelstrombremse für die Betätigungseinrichtung der Kupplung gemäß dem zweiten Beispiel; und
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8 einen Schnitt durch eine Kupplung gemäß einem dritten Beispiel.
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1 zeigt schematisch eine Antriebssituation eines Kraftfahrzeuges. Das Kraftfahrzeug weist einen Antriebsstrang 1 auf, der eine Getriebeeinrichtung 2 mit Anfahrtkupplung umfasst, über die die Räder des Kraftfahrzeuges angetrieben werden können. Ferner ist eine Brennkraftmaschine 3 und eine elektrische Maschine 4 ausgebildet, die einen außenliegenden Stator 5 und einen innenliegenden Rotor 6 aufweist. Mit dem Stator 6 integral ausgebildet ist eine Kupplung 7, über die die Brennkraftmaschine 3 mit dem Antriebsstrang 1 leistungsverbunden werden kann. Brennkraftmaschine 3 und elektrische Maschine 4 sind mit einer Steuereinrichtung 8 verbunden. Hierzu sind Steuerleitungen 9 zwischen der Brennkraftmaschine 3 und der Steuereinrichtung 8 und zwischen der elektrischen Maschine 4 und der Steuereinrichtung 8 ausgebildet. Weiterhin ist ein Drehmomentsensor 10 über Steuerleitungen 9 mit der Steuereinrichtung 8 verbunden. Der Drehmomentsensor 10 misst das in den Antriebsstrang 1 eingeleitete Drehmoment. Dieses Drehmoment kann von der elektrischen Maschine 4 und/oder der Brennkraftmaschine 3 bereitgestellt werden. Als Drehmomentsensor 10 wird insbesondere ein auf der inversen Magnetostriktion beruhender Sensor eingesetzt. Die Steuereinrichtung 8 ist geeignet und bestimmt zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 4 in Abhängigkeit vom durch den Drehmomentsensor 10 bestimmten Daten, also in Abhängigkeit vom am Eingang des Antriebsstranges 1 anliegenden Drehmoments.
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Bei einem solchen so genannten Hybridantrieb kann in bestimmten Geschwindigkeitsbereichen, insbesondere in Geschwindigkeiten unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit, das Drehmoment ausschließlich von der elektrischen Maschine 4 bereitgestellt werden (rein elektrisches Fahren), während in anderen Geschwindigkeitsbereichen, beispielsweise bei sehr hohen Geschwindigkeiten, das Drehmoment ausschließlich von der Brennkraftmaschine 3 bereitgestellt werden kann. Zudem existieren Situationen, in denen sowohl die elektrische Maschine 4 als auch die Brennkraftmaschine 3 mit dem Antriebsstrang 1 zur Übertragung von Drehmoment leistungsverbunden sind, beispielsweise bei starken Beschleunigungen oder ähnlichem. Natürlich spielt auch die gespeicherte und zum Betrieb der elektrischen Maschine 4 bereitgestellte elektrische Energie eine Rolle, da beispielsweise bei einem leeren elektrischen Speicher die elektrische Maschine 4 erst wieder Drehmoment abgeben kann, wenn dieser Speicher wieder aufgeladen ist. Zur Aufladung des elektrischen Speichers kann die elektrische Maschine 4 als elektrischer Generator betrieben werden.
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Grundsätzlich gibt es ohne Drehmomentkompensation beim Zuschalten der Brennkraftmaschine 3 einen plötzlichen Sprung des anliegenden Drehmomentes, da beim Einkuppeln der Brennkraftmaschine 3 plötzlich sprungartig mehr Drehmoment am Antriebsstrang 1 anliegt. Dies wird vom Fahrer des Kraftfahrzeugs als Schlag oder Ruck empfunden. Um diesen schlagartigen Anstieg des anliegenden Drehmomentes zu verhindern, kann das Signal des Drehmomentsensors 10 zur Kompensation eingesetzt werden, in dem das Signal des Drehmomentsensors 10 über die Signalleitung 9 an die Steuereinrichtung 8 übertragen und dort verarbeitet wird, so dass das abgegebene Drehmoment der elektrischen Maschine 4 entsprechend reduziert werden kann, so dass der sprungartige Drehmomentanstieg zumindest reduziert werden kann. Weiterhin weist die Anordnung nach 1 ein Zweimassenschwungrad 11 zur Eigenschwingungsunterdrückung auf.
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2 zeigt schematisch eine längs geschnittene Ansicht der Kupplung 7 gemäß einem Beispiel. Dabei erstreckt sich die Ansicht entlang einer Hauptachse 23, welche die Axialrichtung festlegt und eine Rotationslinie definiert, sowie entlang einer senkrecht zu der Hauptachse stehenden Radialrichtung (nicht gezeigt). Des Weiteren wird eine Rotationsrichtung um die Hauptachse herum als eine Umfangsrichtung (nicht gezeigt) bezeichnet.
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Die erste Seite 13 der Kupplung 7 kann beispielsweise mit einer Hauptwelle 25 mit der Brennkraftmaschine 3 leistungsverbunden sein und mit dieser drehfest verbunden sein. Die Hauptwelle 25 kann auch als Kupplungswelle bezeichnet werden. Die Hauptwelle 25 ist mit zumindest einer Kupplungsscheibe 27 über ein Bauteil 29 drehfest verbunden. Ist die Kupplung 7 als so genannte Lamellenkupplung ausgebildet, so ist eine Vielzahl von Kupplungsscheiben 27 mit einem inneren Lamellenkorb 101 drehfest verbunden. Ferner ist eine Freilaufeinrichtung 31 dargestellt, wobei ein Innenring 33 der Freilaufeinrichtung 31 mit der Hauptwelle 25 drehfest verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform bilden die Hauptwelle 25, die zumindest eine Kupplungsscheibe 27, das Bauteil 29, sowie der Innenring 33 der Freilaufeinrichtung 31 die erste Seite 13 in der Kupplung 7. Die erste Seite 13 kann auch als Motorseite 13 bezeichnet werden.
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Ein Kupplungsgehäuse 35 ist mit der elektrischen Maschine 4 leistungsverbunden bzw. drehfest verbunden. Ein Gehäuseabschnitt 37 ist drehfest mit dem Gehäuse 35 verbunden bzw. an diesem gebildet. Ferner ist eine Druckplatte 39 sowie gegebenenfalls eine oder mehr als eine Zwischendruckplatte 41 drehfest mit dem Gehäuse 35 verbunden. Ferner ist eine Anpressplatte 43 mit dem Gehäuse 35 drehfest verbunden. Das Gehäuse 35, der Gehäuseabschnitt 37, die Druckplatte 39, die Anpressplatte 43 sowie gegebenenfalls die eine oder mehr als eine Zwischendruckplatte 41 bilden dabei die zweite Seite 15 der Kupplung 7.
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Eine Leistungsübertragungseinrichtung 44 der Kupplung 7 wird dabei durch die Druckplatte 39, die zumindest eine Kupplungsscheibe 27, die Anpressplatte 43 sowie gegebenenfalls eine Zwischendruckplatte 41 oder mehrere Zwischendruckplatten 41 gebildet. Falls die Leistungsübertragungseinrichtung 44 der Kupplung als eine Einscheibenkupplung entworfen sein sollte, so ist die Druckplatte 39 in Axialrichtung fest mit dem Gehäuse 35 verbunden und ist die Anpressplatte 43 axial begrenzt verlagerbar. Die Kupplungsscheibe 27 ist ebenfalls begrenzt axial verlagerbar und ist zwischen Druckplatte 39 und Anpressplatte 43 angeordnet. In einem ausgekuppelten Zustand wird keine Anpresskraft bzw. Normalkraft auf die Kupplungsscheibe 27 ausgeübt. In einem teilweise eingekuppelten Zustand wird eine Anpresskraft über die Anpressplatte 43 zwischen der Anpressplatte 43 und der Kupplungsscheibe 27 sowie zwischen der Kupplungsscheibe 27 und der Druckplatte 39 ausgeübt, wobei zwischen der Kupplungsscheibe 27 einerseits sowie der Druckplatte 39 und der Angriffsplatte 43 andererseits ein Schlupfen auftreten kann. In einem vollständig eingekuppelten Kupplungszustand wird eine höhere Anpresskraft über die Anpressplatte 43 zwischen der Anpressplatte 43 und der Kupplungsscheibe 27 sowie zwischen der Kupplungsscheibe 27 und der Druckplatte 39 ausgeübt, so dass ein Schlupfen nicht auftreten sollte.
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Im vorliegenden Beispiel ist die Leistungsübertragungseinrichtung 44 der Kupplung 7 als eine Lammellenkupplung ausgeführt. Dabei sind zwischen der Druckplatte 39 und der Anpressplatte 43 zumindest zwei Kupplungsscheiben 27 und zumindest eine Zwischendruckplatte 41 abwechselnd vorgesehen. Im Übrigen gilt die voranstehend gegebene Beschreibung betreffend die Einscheibenkupplung analog.
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Eine Betätigungseinrichtung 46 der Kupplung 7 beinhaltet vorzugsweise eine Rampeneinrichtung. Dabei ist an einem Rampenring 45 zumindest eine erste Rampe 47 gebildet und ist an der Anpressplatte 43 ist eine zweite Rampe 49 gebildet. Vorzugsweise sind an dem Rampenring 45 eine Vielzahl an ersten Rampen 47 gebildet, und sind an der Anpressplatte 43 gleich viele zweiten Rampen 49 gebildet. Zwischen je einer der ersten Rampen 47 und je einer der zweiten Rampen 49 ist vorzugsweise eine Kugel 51 vorgesehen. Die ersten Rampen 47 und die zweiten Rampen 49 sind dabei so gebildet, dass eine Relativdrehung zwischen den ersten Rampen 47 und den zweiten Rampen 49 zu einer axialen Verlagerung zwischen dem Rampenring 45 und der Anpressplatte 43 führt. Die dargestellte Rampeneinrichtung ist dabei rein exemplarisch. Insofern steht der Rampenring 45 beispielhaft für eine Vielzahl an möglichen ersten Schaltbauteilen 45. Insofern steht auch die Anpressplatte 43 für eine Vielzahl an möglichen zweiten Schaltbauteilen 43. Der Rampenring 45 und die ersten Rampen 47 können insbesondere einstückig gebildet sein. Ebenso können die Anpressplatte 43 und die zweiten Rampen 49 einstückig gebildet sein.
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Ein Aktor 53 kann beispielsweise eine Wirbelstrombremse 53 sein. Der Aktor 53 wirkt auf ein erstes Sonnenrad 55. Das erste Sonnenrad 55 steht mit einem ersten Planetenrad 57 in Wirkverbindung. Insbesondere kann an dem ersten Sonnenrad 55 eine Außenverzahnung angebracht sein und kann an dem ersten Planetenrad 57 eine Außenverzahnung angebracht sein, so dass Zähne des ersten Sonnenrades 55 und Zähne des ersten Planetenrades 57 ineinander kämmend eingreifen.
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Ein zweites Sonnenrad 59 steht mit dem zweiten Planetenrad 61 in Wirkverbindung. Insbesondere kann an dem zweiten Sonnenrad 59 eine Außenverzahnung angebracht sein und kann an dem zweiten Planetenrad 61 eine Außenverzahnung angebracht sein, so dass Zähne des zweiten Sonnenrades 59 und Zähne des zweiten Planetenrades 61 ineinander kämmend eingreifen. Ein Hohlrad 63 steht mit dem zweiten Planetenrad 61 in Wirkverbindung. Insbesondere kann an dem zweiten Planetenrad 61 eine Außenverzahnung angebracht sein und kann an dem Hohlrad 63 eine Innenverzahnung angebracht sein, so dass Zähne des zweiten Planetenrades 61 und Zähne des Hohlrades 63 ineinander kämmend eingreifen.
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Der Freilauf 31 weist ferner einen Außenring 65 auf. Der Außenring 65 ist drehfest mit dem Sonnenrad 59 verbunden. Beispielsweise kann das Sonnenrad 59 als Freilauftopf ausgebildet sein. Insbesondere kann der Außenring 65 in das als Freilauftopf gebildete zweite Sonnenrad 59 eingepresst, mit diesem verklebt oder mit diesem verschweißt sein.
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Das Hohlrad 63 ist drehfest mit dem Rampenring 45, also dem ersten Schaltbauteil 45, verbunden. Beispielsweise können das Hohlrad 63 und der Rampenring 45 verschraubt, verklebt oder verschweißt sein. Ferner kann das Hohlrad 63 einstückig mit dem Rampenring 45 gebildet sein, so dass diese ein erstes Schaltelement 45, 63 bilden. Das Hohlrad 63 kann mit dem Rampenring 45 und den ersten Rampen 47 einstückig gebildet sein.
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In 3 ist eine vergrößerte Darstellung III eines Ausschnittes aus 2 abgebildet. Das erste Planetenrad 57 und das zweite Planetenrad 61 sind exemplarisch mit einer Planetenwelle 67 verbunden. Insbesondere können das erste Planetenrad 57, das zweite Planetenrad 61 und die Planetenwelle 67 einstückig ausgebildet sein. Die Planetenwelle 67 ist in einem Lager 69 gelagert. Das Lager 69 ist in dem Gehäuseabschnitt 37 gelagert. Das Lager 69 kann ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager und besonders bevorzugt ein einreihiges Kugellager sein. Das Wälzlager 69 ist in der Mitte zwischen dem ersten Planetenrad 57 und dem zweiten Planetenrad 61 vorgesehen. Insbesondere ist das Wälzlager 69 in einem gemeinsamen Schwerpunkt der beiden Planetenräder 57, 61 vorgesehen. Der Gehäuseabschnitt 37 bildet somit einen Planetenträger. Der Planetenträger kann als Steg ausgebildet sein. Der Planetenträger kann auch als auch Auskragung oder eine Vielzahl an Auskragung des Gehäuses 35 oder an dem Gehäuse 35 gebildet sein. Der Planetenträger 37 und das Kupplungsgehäuse 35 sind jedenfalls drehfest miteinander verbunden. Das erste Planetenrad 57 und das zweite Planetenrad 61 sind dem Planetenträger 37 fest zugeordnet. Insbesondere ist das Wälzlager 69 in eine Ausnehmung des Gehäuseabschnitts 37 eingepasst und darin unverrückbar aufgenommen. Die Planetenwelle 67 ist also zu dem Gehäuseabschnitt 37 in Radialrichtung und Umfangsrichtung unverrückbar (aber drehbar) angeordnet.
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Das erste Sonnenrad 55 und das erste Planetenrad 57 bilden eine erste Planetenstufe. Das zweite Sonnenrad 59 und das zweite Planetenrad 61 bilden eine zweite Planetenstufe. Insbesondere bilden das zweite Sonnenrad 59, das zweite Planetenrad 61 und das Hohlrad 63 die zweite Planetenstufe. Es ist ebenso denkbar, dass das erste Sonnenrad 55, das erste Planetenrad 57 und das Hohlrad 63 die erste Planetenstufe (nicht dargestellt) bilden. Zusammengenommen bilden das erste Sonnenrad 55, das erste Planetenrad 57, das zweite Sonnenrad 59, das zweite Planetenrad 61, das Hohlrad 63 und der Planetenträger 37 ein zweistufiges Planetengetriebe 70. Daher beeinflussen sich eine Drehbewegung des Sonnenrades 55, eine Drehbewegung des zweiten Sonnenrades 59, eine Drehbewegung des Gehäuseabschnitts 37 sowie eine Drehbewegung des Hohlrades 63 jeweils um die Hauptachse 23 gegenseitig. Das zweistufige Planetengetriebe 70 summiert diese vier Drehbewegungen. Das erste Planetenrad 57, das zweite Planetenrad 61 und die Planetenwelle 67 sind dabei um eine Planetenachse 71 drehbar. Unter Rotation des Planetenträgers 37 laufen die Planetenräder 57, 61 um die Hauptachse 23 um.
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4 ist eine perspektivische, längs geschnittene Ansicht der Kupplung 7 mit Blick auf zwei erste Planetenräder 57. 5 ist eine perspektivische, längs geschnittene Ansicht der Kupplung 7 mit Blick auf zwei zweite Planetenräder 61, das zweite Sonnenrad 59 und das Hohlrad 63. Aus 4 und 5 wird die exemplarische Relativanordnung des zweistufigen Planetengetriebes 70 nochmals verdeutlicht. Aus 4 und 5 ist ersichtlich, dass die Kupplung 7 vorzugsweise drei erste Planetenräder 57 und drei zweite Planetenräder 61 aufweist. Die Anzahl „drei“ ist lediglich exemplarisch. Insbesondere können beispielsweise je vier Planetenräder 57, 61 vorgesehen sein, um in vorteilhafter Weise die auf einen einzelnen Zahn wirkende Kraft entsprechend der Anzahl zu reduzieren. Die Rotation bzw. die Drehbewegung des Planetengetriebes 70 bezogen auf die Planetenachse 71 bzw. die Planetenachsen 71 wird durch ein an den Umfangsflächen der Planeten 57, 61 wirkendes Drehmomentengleichgewicht beeinflusst. Die Kupplung 7 ist dazu vorgesehen, dass das Kupplungsgehäuse 35 an der Innenseite des Rotors 11 der elektrischen Maschine 4 angebracht ist. Das heißt, die gesamte Kupplung 7 ist um die Hauptachse 23 drehbar vorgesehen. In einem ausgekuppelten Zustand, das heißt in einem Zustand, bei welchem weder das erste Sonnenrad 55 noch das zweite Sonnenrad 59 über das erste Planetenrad 57 und/oder das zweite Planetenrad 61 auf das Hohlrad 63 wirken sollen, ist dennoch möglich, dass bei einer Änderung der Drehzahl des Gehäuses 35, das heißt bei einer Änderung der Drehzahl des Planetenträgers 37 und des zweiten Schaltbauteils 43, sich die Drehzahlen des ersten Sonnenrades 55, des zweiten Sonnenrades 59 und des Hohlrades 63 mit dem ersten Schaltbauteil 45 um die Hauptachse 23 nicht im gleichen Maße ändern. Dies kann insbesondere dadurch verursacht sein, dass die Massenträgheit des ersten Sonnenrades 55 sowie der damit drehfest verbundenen Teile, die Massenträgheit des Hohlrades 63 sowie der damit drehfest verbundenen Teile und die Massenträgheit des zweiten Sonnenrades 59 sowie der damit drehfest verbundenen Teile nicht in einem Drehmomentengleichgewicht um die Planetenachsen 71 befinden. Daher ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass gemäß einer Weiterbildung der Erfindung diese Massenträgheiten gleich sind.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass diese Massenträgheiten auf die Planetenachse 71 bezogen in ihrer Wirkung gleich sind. Daher ist insbesondere vorgesehen, dass die auf die Planetenachse 71 reflektierten Massenträgheiten von dem ersten Sonnenrad 55 sowie der damit drehfest verbundenen Teile, von dem zweiten Sonnenrad 59 sowie der damit drehfest verbundenen Teil und von dem Hohlrad 63 sowie der damit drehfest verbundenen Teile gleich sind.
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6 zeigt eine Wirbelstrombremse 53 für eine Betätigungseinrichtung 46 einer Kupplung 7 gemäß eines zweiten Beispiels für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, vergleichbar der Betätigungseinrichtung 46 gemäß 2. Die Wirbelstrombremse 53 weist einen Bremsenstator und einen Bremsenrotor 73 auf. Der Bremsenstator weist einen Innenstator 75 und einen Außenstator 77 auf. 7 zeigt den Innenstator 75. Der Innenstator 75 weist einen ersten Klauenpol 79 mit einem Scheibenabschnitt 81 und Polklauen 83 auf. Der Innenstator 75 weist einen zweiten Klauenpol 85 mit einem Scheibenabschnitt 87 und Polklauen 89 auf. Der Innenstator 75 weist eine Zentralspule 91 auf. Die Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 sind an dem Scheibenabschnitt 81 radial außenseitig angeordnet. Die Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 sind jeweils zu dem Scheibenabschnitt 81 in etwa 90° gewinkelt und weisen jeweils ein freies schmal zulaufendes Ende auf. Die Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 sind an dem Scheibenabschnitt 81 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Zwischen den Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 sind Lücken gebildet. Die Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 sind an dem Scheibenabschnitt 87 radial außenseitig angeordnet. Die Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 sind jeweils zu dem Scheibenabschnitt 87 in etwa 90° gewinkelt und weisen jeweils ein freies schmal zulaufendes Ende auf. Die Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 sind an dem Scheibenabschnitt 87 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Zwischen den Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 sind Lücken gebildet.
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Der erste Klauenpol 79 mit seinem Scheibenabschnitt 81 und der zweite Klauenpol 85 mit seinem Scheibenabschnitt 87 sind beidseits der Zentralspule 91 angeordnet. Die Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 und die Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 umgreifen die Zentralspule 91 radial außenseitig. Die freien Enden der Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 und die freien Enden der Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 sind einander entgegen gerichtet. Die Polklauen 83 des ersten Klauenpols 79 und die Polklauen 89 des zweiten Klauenpols 85 greifen wechselnd ineinander. Der erste Klauenpol 79 und der zweite Klauenpol 85 umgreifen die Zentralspule 91 radial innenseitig.
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Der Bremsenrotor 73 weist eine topfartige Form mit einem Bodenabschnitt 93 und einem Wandabschnitt 95 auf. Der Bremsenrotor 73 ist mit seinem Bodenabschnitt 93 an dem zweiten Klauenpol 85 und mit seinem Wandabschnitt 95 radial außenseitig des Innenstators 75 angeordnet. Der Außenstator 77 ist spulenlos ausgeführt und weist eine dünne, flachringartige Form auf. Der Außenstator 77 ist magnetisch permeabel. Der Außenstator 77 ist radial außenseitig des Bremsenrotors 73 angeordnet. Der Innenstator 75 und der Außenstator 77 sind mit einem Trägerteil 97 fest verbunden. Das Trägerteil 97 weist einen Flanschabschnitt und einen Nabenabschnitt auf. Das Trägerteil 97 und der Außenstator 77 bilden eine gehäuseartige Aufnahme für den Innenstator 75 und den Bremsenrotor 73. Der erste Klauenpol 79 ist an dem Flanschabschnitt des Trägerteils 97 angeordnet. Der Nabenabschnitt des Trägerteils 97 ragt durch eine zentrale Ausnehmung des Innenstators 75 hindurch. Der Bremsenrotor 73 ist mithilfe eines Lagers 99 drehbar an dem Nabenabschnitt des Trägerteils 97 gelagert.
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Wird im Betrieb eine höhere Leistung benötigt, als die elektrische Maschine 4 abgeben kann oder geht der elektrische Energievorrat zur Neige, wird die Brennkraftmaschine 3 durch teilweises Schließen der Kupplung 7 gestartet, in dem die Kupplung 7 in den Schubbetrieb geht. Hierzu wird die Wirbelstrombremse 53 durch Anlegen eines elektrischen Stroms geschlossen, so dass innerhalb der Kupplung 7 eine Drehzahldifferenz zwischen den ersten Rampen 47 und zweiten Rampen 49 entsteht. Hierdurch werden durch das Planetengetriebe 70 die Rampen 47, 49 gegeneinander verdreht, so dass die Kupplung 7 teilweise eingerückt wird. Dadurch wird die Brennkraftmaschine 3 gestartet, so dass die elektrische Maschine 4 zum Starten der Brennkraftmaschinach einem der Ansprüche 3 genutzt wird.
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Dreht im Betrieb die Brennkraftmaschine 3 mit einer höheren Drehzahl als die elektrische Maschine 4, wird die Brennkraftmaschine 3 also im Zugbetrieb betrieben, schließt sich die Freilaufeinrichtung 31, wodurch die Kupplung 7 vollständig eingerückt wird. Aufgrund der möglicherweise immer noch mit Last drehenden elektrischen Maschine 4 muss jedoch auch in diesem Zustand immer noch eine Relativverdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung 31 und der Kupplung 7 möglich sein, was durch den Drehmomentsensor 10 ermöglicht wird. Dann kann die Wirbelstrombremse 53 deaktiviert werden.
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Wenn sich die Freilaufeinrichtung 31 im Zugbetrieb schließt, überträgt die Brennkraftmaschine 3 einen Teil ihres Drehmomentes über das mit der Freilaufeinrichtung 31 zweite Sonnenrad 59, das zweite Planetenrad 61 und das Hohlrad 63 auf die hohlradseitige erste Rampe 47, so dass die Kupplung 7 durch weitere Verdrehung der Rampen 47, 49 der Betätigungseinrichtung 46 vollständig eingerückt wird und dann das gesamte Drehmoment der Brennkraftmaschine 3 im Zugbetrieb übertragen werden kann.
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Um die Kupplung 7 vollständig schließen zu können, muss eine Relativverdrehung zwischen der Freilaufeinrichtung 31 und der Kupplung 7 möglich sein. Hierfür wird der Drehmomentsensor 10 eingesetzt, der eine gewisse Elastizität oder Weichheit in Rotationsrichtung oder Torsionsrichtung zwischen der Hauptwelle 25 als Verbindung zur Brennkraftmaschine 3 und damit auch zur Freilaufeinrichtung 31 und dem inneren Lamellenkorb 101 gewährleistet.
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Hierbei kann ein gewisses Drehmoment quasi im Drehmomentsensor 10 zwischengespeichert werden. Hierdurch kann ein Verklemmen beziehungsweise Verspannen der Kupplung 7 im geschlossenen Zustand verhindert werden. Dies ist ungewollt, da beispielsweise bei einer Änderung der Betriebsart vom Zugbetrieb zum Schubbetrieb die Kupplung 7 so lange in ihrem verspannten Zustand verbleiben würde, bis das Drehmoment in umgekehrter Richtung betragsmäßig größer ist als das Drehmoment, mit dem die Kupplung 7 vorher zugezogen wurde.
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8 zeigt ein weiteres Beispiel einer Kupplung 7. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, es wird auf die obige Beschreibung verwiesen. Bei der Kupplung 7 sind sowohl die Kupplungsscheiben 27 (Lamellen) als auch die Freilaufeinrichtung 31 über ein Verbindungselement 103 mit der Brennkraftmaschine 3 (hier nicht gezeigt) und über ein Verbindungselement 105 mit der elektrischen Maschine 4 verbunden. Weist die elektrische Maschine 4 (hier nicht gezeigt) eine Drehzahl auf, die größer ist als die Drehzahl der Brennkraftmaschine 3, wird die Freilaufeinrichtung 31 überholt, so dass kein Drehmoment über die Freilaufeinrichtung 31 übertragen wird. Überschreitet die Drehzahl der Brennkraftmaschine 3 die der elektrischen Maschine 4, so schaltet die Freilaufeinrichtung 31 und es wird ein Teil des durch die Brennkraftmaschine 3 abgegebenen Drehmoments übertragen, welches als Vorsteuermoment bezeichnet wird. Dieses Vorsteuermoment wird über das Planetengetriebe 70 übersetzt und infolge der Drehzahldifferenz zwischen Brennkraftmaschine 3 und der elektrischen Maschine 4 die frei drehbare erste Rampe 47 verdreht. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kupplung 7 noch offen, es wird kein Drehmoment über die Kupplung 7 übertragen.
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Sobald die zweite Rampe 49 ihr Spiel überwunden hat, wirkt diese auf die Kupplungsscheiben 27 und beginnt diese mit den Gegendruckplatten 41 zu klemmen. Um die Kupplung 7 weiter zu schließen, muss Anpresskraft aufgebaut werden. Hierzu ist eine weitere Relativdrehung zwischen der als Vorsteuerelement dienenden Freilaufeinrichtung 31 und der Kupplung 7 möglich sein. Hierzu wird der Drehmomentsensor 10 eingesetzt, der eine entsprechende Verformung ermöglicht und deshalb als Weichheit in Torsionsrichtung zwischen dem Verbindungselement 103 und damit auch der Freilaufeinrichtung 31 und dem inneren Lamellenkorb 101 dient. Dieser speichert somit das eingeleitete Drehmoment zwischen und verhindert gleichzeitig, dass die Kupplung 7 im geschlossenen Zustand klemmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Getriebeeinrichtung
- 3
- Brennkraftmaschine
- 4
- Elektrische Maschine
- 5
- Stator
- 6
- Rotor
- 7
- Kupplung
- 8
- Steuereinrichtung
- 9
- Steuerleitung
- 10
- Drehmomentsensor
- 11
- Zweimassenschwungrad
- 13
- erste Seite
- 15
- zweite Seite
- 23
- Hauptachse
- 25
- Hauptwelle
- 27
- Kupplungsscheibe
- 29
- Bauteil
- 31
- Freilaufeinrichtung
- 33
- Innenring
- 35
- Außenring
- 37
- Gehäuseabschnitt
- 39
- Druckplatte
- 41
- Zwischendruckplatte
- 43
- Anpressplatte
- 44
- Leistungsübertragungseinrichtung
- 45
- Rampenring
- 46
- Betätigungseinrichtung
- 47
- erste Rampe
- 49
- zweite Rampe
- 51
- Kugel
- 53
- Aktor, Wirbelstrombremse
- 55
- erstes Sonnenrad
- 57
- erste Planetenrad
- 59
- zweites Sonnenrad
- 61
- zweites Planetenrad
- 63
- Hohlrad
- 65
- Außenring
- 67
- Planetenwelle
- 69
- Lager
- 70
- Planetengetriebe
- 71
- Planetenachse
- 73
- Bremsenrotor
- 75
- Innenstator
- 77
- Außenstator
- 79
- erster Klauenpol
- 81
- Scheibenabschnitt
- 83
- Polklauen
- 85
- zweiter Klauenpol
- 87
- Scheibenabschnitt
- 89
- Polklauen
- 91
- Zentralspule
- 93
- Bodenabschnitt
- 95
- Wandabschnitt
- 97
- Trägerteil
- 99
- Lager
- 101
- innerer Lamellenkorb
- 103
- Verbindungselement
- 105
- Verbindungselement
