DE102016212901A1

DE102016212901A1 - Kupplungseinrichtung für Hybridantrieb

Info

Publication number: DE102016212901A1
Application number: DE102016212901.5A
Authority: DE
Inventors: Elmar Lorenz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: CN106468318A; CN106468318B; DE102016212901B4

Abstract

Eine Kupplungseinrichtung umfasst eine ersten und eine zweite Eingangsseite, und eine erste und eine zweite Ausgangsseite, wobei die Eingangsseiten und die Ausgangsseiten um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind. Ferner sind eine erste Kupplung zwischen der ersten Eingangsseite und der ersten Ausgangsseite, eine zweite Kupplung zwischen der ersten Eingangsseite und der zweiten Ausgangsseite und eine dritte Kupplung zwischen der ersten Eingangsseite und der zweiten Eingangsseite vorgesehen. Für eine der Kupplungen ist eine Betätigungseinrichtung bereitgestellt, die eine Membranbetätigung umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kupplungseinrichtung für einen Hybridantrieb.
Ein Kraftfahrzeug verfügt über einen ersten Antriebsmotor, der als elektrische Maschine ausgeführt ist, und einen zweiten Antriebsmotor, der als Verbrennungsmotor ausgeführt ist. Der Antrieb des Kraftfahrzeugs kann hybrid, also in einer beliebigen Kombination des ersten und/oder zweiten Antriebsmotors, erfolgen. Dazu ist zwischen den Antriebsmotoren und einem Getriebe des Kraftfahrzeugs eine Kupplungseinrichtung vorgesehen.
DE 10 2009 059 944 A1 betrifft eine Kupplungseinrichtung für ein hybrid antreibbares Kraftfahrzeug.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kupplungseinrichtung anzugeben, die möglichst keine externe Abstützung von Betätigungskräften erfordert und möglichst auch in einem Hybridantrieb verwendet werden kann. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Eine Kupplungseinrichtung umfasst eine erste und eine zweite Eingangsseite sowie eine erste und eine zweite Ausgangsseite, wobei die Eingangsseiten und die Ausgangsseiten um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind. Ferner umfasst die Kupplungseinrichtung eine erste Kupplung zwischen der ersten Eingangsseite und der ersten Ausgangsseite und eine zweite Kupplung zwischen der ersten Eingangsseite und der zweiten Ausgangsseite. Zusätzlich ist eine dritte Kupplung zwischen der ersten Eingangsseite und der zweiten Eingangsseite vorgesehen. An der ersten Eingangsseite sind ein radiales Anlageelement und eine Betätigungseinrichtung für eine der Kupplungen axial angebracht, sodass die Kupplung zwischen dem Anlageelement und der Betätigungseinrichtung axial zusammengepresst werden kann.
Die Kupplungseinrichtung nimmt die bei der Betätigung der Kupplung auftretenden Axialkräfte vorteilhaft in sich auf und muss daher extern nicht mehr axial abgestützt werden. Eine entsprechende Lagerung, insbesondere ein Axiallager, kann entfallen. Ein Massenträgheitsmoment auf den Ausgangsseiten kann vorteilhaft gering sein. Eine Ansteuerung der Betätigungseinrichtung für die Kupplung kann direkt sein. Die Kupplungseinrichtung kann leicht und kompakt aufgebaut sein. Die Steifigkeit der Drehmomentübertragung kann durch kurze Übertragungswege sehr groß sein.
Die erste und die zweite Kupplung können radial versetzt angeordnet sein. Es ist jedoch bevorzugt, die erste und die zweite Kupplung axial versetzt anzuordnen.
Es ist allgemein bevorzugt, dass die erste Eingangsseite auf einer radialen Außenseite der Kupplung liegt. Die erste Eingangsseite kann eine oder mehrere der Kupplungen hülsenförmig umschließen, sodass die erste Eingangsseite der Kupplungseinrichtung Stabilität verleihen kann. Außerdem kann die erste Eingangsseite so leicht zur Abstützung oder Übertragung axialer Kräfte innerhalb der Kupplungseinrichtung verwendet werden.
Die erste und die dritte Kupplung können axial versetzt angeordnet sein, wobei axial zwischen ihnen ein weiteres Anlageelement liegt, das an der ersten Eingangsseite axial angebracht ist. Die erste und die dritte Kupplung können dadurch kompakt aufgebaut sein. Kraftwege zwischen der ersten und der dritten Kupplung können kurz sein, sodass die Kupplungseinrichtung in der Drehmomentübertragung sehr steif sein kann.
Betätigungseinrichtungen für die erste und die dritte Kupplung können am gleichen Anlageelement liegen. Der kompakte Aufbau der Kupplungseinrichtung kann dadurch weiter unterstützt sein. Die Betätigungseinrichtungen sind dabei bevorzugterweise radial versetzt, um weiteren Bauraum einzusparen.
Kupplungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei noch ein weiteres Anlageelement an der ersten Eingangswelle axial angebracht ist und die zweite Kupplung axial zwischen diesem und einem der anderen Anlageelemente liegt. Bevorzugterweise liegen die erste und die zweite Kupplung auf unterschiedlichen Seiten einer der Anlageelemente und können in einander entgegen gesetzten axialen Richtungen gegenüber jeweils einem der anderen Anlageelemente axial zusammengepresst werden, um ein Drehmoment übertragen zu können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegen alle Betätigungseinrichtungen im Bereich des mittleren Anlageelements.
Die Betätigungseinrichtungen sind bevorzugterweise hydraulisch betätigt. Eine der Betätigungseinrichtungen kann einen Faltenbalg umfassen, der dazu eingerichtet ist, sich unter erhöhtem Innendruck axial auszudehnen. Eine Hysterese der Betätigungseinrichtung kann dadurch verringert sein. Außerdem kann eine einfache Vormontage einer Kupplungsbaugruppe ermöglicht sein, die zusammen mit anderen Elementen oder Baugruppen zur Kupplungseinrichtung zusammengefügt werden kann.
Eine Kupplungseinrichtung umfasst eine ersten und eine zweite Eingangsseite, und eine erste und eine zweite Ausgangsseite, wobei die Eingangsseiten und die Ausgangsseiten um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind. Ferner sind eine erste Kupplung zwischen der ersten Eingangsseite und der ersten Ausgangsseite, eine zweite Kupplung zwischen der ersten Eingangsseite und der zweiten Ausgangsseite und eine dritte Kupplung zwischen der ersten Eingangsseite und der zweiten Eingangsseite vorgesehen. Für eine der Kupplungen ist eine Betätigungseinrichtung bereitgestellt, die eine Membranbetätigung umfasst.
Die Membranbetätigung kann hysteresearm oder hysteresefrei sein und so ein besonders feinfühliges Betätigen der Kupplung ermöglichen.
Die Membranbetätigung umfasst bevorzugterweise einen um die Drehachse umlaufenden hydraulischen Arbeitsraum, der auf einer der Kupplung zugewandten axialen Seite durch ein flexibles Membranelement begrenzt ist. Der Arbeitsraum kann insbesondere im Wesentlichen die Form eines Torus aufweisen. Dadurch kann der Arbeitsraum platzsparend ausgebildet sein. Die hydraulische Arbeitsfläche, die an der Membran an ihrer der Kupplung zugewandten Seite liegt, kann gleichzeitig korrekt dimensioniert sein, um eine schnelle und starke Betätigung der Kupplung bereitzustellen.
Das Membranelement kann eine radial innere und eine radial äußere Wulst umfassen, zwischen denen eine Membran ausgebildet ist, die axial dünner als die Wülste ist. Dadurch kann das Membranelement im Bereich der Membran flexibler als an den Wülsten sein, sodass eine Verformung des Membranelements unter dem Einfluss eines hydraulischen Drucks hauptsächlich im Bereich der Membran erfolgt. Durch die Wülste kann das Membranelement verbessert fluiddicht befestigt werden, beispielsweise an einer ringförmigen Vertiefung in einem Element der Kupplungseinrichtung.
Die Membranbetätigung umfasst in einer Ausführungsform eine Einfassung, die den hydraulischen Arbeitsraum auf einer der Kupplung abgewandten Seite begrenzt und die Einfassung an den Wülsten des Membranelements angebracht ist. die Einfassung kann dazu beitragen, die Dichtheit des Membranelements zu einem anliegenden Maschinenelement zu verbessern. Außerdem kann das Membranelement durch die Einfassung leichter gehandhabt, gelagert oder montiert werden.
Eine um die Drehachse umlaufende Tellerfeder kann vorgesehen sein, um eine der Kupplung zugewandte Seite des Membranelements in Richtung des Arbeitsraums zu drücken. Dadurch kann eine Rückstellkraft auf das Membranelement ausgeübt werden, sodass die unbetätigte Kupplung möglichst frei von Axialkräften der Membranbetätigung ist.
Die Tellerfeder kann radial innerhalb der Membran liegen und es kann ein Anlageelement vorgesehen sein, das axial zwischen der Membran und der Kupplung liegt, sich radial nach innen bis zur Tellerfeder erstreckt und dazu eingerichtet ist, die Federkraft der Tellerfeder auf die Membran zu übertragen, sodass die Membran in Richtung des Arbeitsraums gepresst wird. Dadurch kann ein zur Verfügung stehender Bauraum verbessert ausgenützt werden.
Das Membranelement, die Einfassung und das Anlageelement sind bevorzugterweise aneinander angebracht und bilden eine separat handhabbare Einheit. Eine Montage kann dadurch leichter, sicherer oder mit verringertem Aufwand erfolgen.
Die Tellerfeder ist in einer weiter bevorzugten Ausführungsform mittels eines Spannrings gegenüber der Kupplung abgestützt. Die Spannfeder kann in Form eines federnden Rings ausgeführt sein, der in eine radiale Nut um die Drehachse einrasten kann. Die Montage der Tellerfeder bzw. der Membranbetätigung mit der Tellerfeder kann dadurch einfach und schnell durchgeführt werden. Außerdem kann die Membranbetätigung später leicht wieder demontiert werden, etwa im Servicefall.
Bevorzugterweise sind alle drei Kupplungen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, das teilweise mit einem flüssigen Medium gefüllt ist. Das flüssige Medium kann insbesondere ein Öl umfassen. Ist eine der Betätigungseinrichtungen hydraulisch, so kann ein Arbeitsmedium der Betätigungseinrichtung das gleiche Fluid wie das Medium umfassen.
Die erste Eingangsseite ist bevorzugterweise zur Verbindung mit einem Läufer einer elektrischen Maschine eingerichtet. Der Läufer ist bevorzugterweise radial außen von einem Ständer der elektrischen Maschine umgeben. Die elektrische Maschine kann vorteilhaft stabil an der ersten Eingangsseite gelagert sein. Die zweite Eingangsseite ist bevorzugterweise zur Verbindung mit einer Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine eingerichtet.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
1 eine exemplarische Kupplungseinrichtung in einer ersten Ausführungsform;
2–4 die Kupplungseinrichtung von 1 in weiteren Ausführungsformen; und
5 noch eine weitere Ausführungsform der Kupplungseinrichtung von 1 darstellt.
1 zeigt eine exemplarische Kupplungseinrichtung 100. Um eine Drehachse 105 sind eine erste Eingangsseite 110, eine zweite Eingangsseite 115, eine erste Ausgangsseite 120 und eine zweite Ausgangsseite 125 angeordnet.
Eine erste Kupplung 130 liegt zwischen der ersten Eingangsseite 110 und der ersten Ausgangsseite 120, eine zweite Kupplung 135 zwischen der ersten Eingangsseite 110 und der zweiten Ausgangsseite 125 und eine optionale dritte Kupplung 140 zwischen der ersten Eingangsseite 110 und der zweiten Eingangsseite 115. Die ersten beiden Kupplungen 130 und 135 sind radial oder bevorzugterweise axial zueinander versetzt und bilden eine axiale Doppelkupplung. Die dritte Kupplung 140 ist bevorzugterweise axial zu wenigstens einer der beiden anderen Kupplungen 130 und 135 versetzt.
Die erste Eingangsseite 110 ist zur Verbindung mit einer elektrischen Maschine 145 eingerichtet, die allgemein einen Läufer 150 und einen Ständer 155 umfasst. Bevorzugterweise ist die elektrische Maschine 145 vom Typ des Innenläufers, wobei der Läufer 150 radial innerhalb des Ständers 155 liegt. Dabei ist weiter bevorzugt, dass der Ständer 155 wenigstens eine Magnetspule und der Läufer 150 wenigstens einen Permanentmagneten aufweist. Der Läufer 150 liegt bevorzugterweise radial außerhalb der Kupplungen 130, 135 und 140 und ist in der dargestellten Ausführungsform mittels Nieten mit der ersten Eingangsseite 110 verbunden. Die zweite Eingangsseite 115 ist bevorzugterweise zur Verbindung mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Verbrennungsmotor, weiter bevorzugt einer Hubkolbenmaschine, eingerichtet.
Die Ausgangsseiten 120 und 125 sind zur Verbindung mit Eingangswellen eines Doppelgetriebes (nicht dargestellt) eingerichtet. Das Doppelgetriebe ist üblicherweise dazu eingerichtet, jede der Eingangswellen mittels eines anderen Gangradpaars mit einer gemeinsamen Ausgangswelle zu koppeln. Ist der Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug angeordnet, kann die Ausgangswelle letztlich auf ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs wirken. Um eine Gangstufe auszuwählen wird in der Regel eine der Kupplungen 130 oder 135 geschlossen, während die jeweils andere Kupplung 130, 135 geöffnet wird. Bevorzugterweise umfasst das Doppelgetriebe an jeder Getriebewelle mehrere Gangradpaare, die jeweils eine Gangstufe realisieren. Ein Gangradpaar kann üblicherweise ein- oder ausgelegt werden, wenn es mit einer Ausgangswelle 120, 125 verbunden ist, dessen zugeordnete Kupplung 130, 135 gerade geöffnet ist.
Die Kupplungseinrichtung 100 ist insbesondere dazu eingerichtet, im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt zu werden. Dabei kann das Kraftfahrzeug bevorzugterweise hybrid angetrieben werden, also alternativ durch den Verbrennungsmotor, durch die elektrische Maschine 145 oder durch beide Antriebsmotoren. Soll der Verbrennungsmotor genutzt werden, so wird die dritte Kupplung 140 geschlossen. Soll die elektrische Maschine 145 genutzt werden, so wird sie üblicherweise elektrisch derart angesteuert, dass Drehmoment umgesetzt werden kann. Beide Antriebsmotoren können sowohl positives als auch negatives Drehmoment in den Antriebsstrang einbringen. Die elektrische Maschine 145 kann auch kinetische Energie aus dem Antriebsstrang aufnehmen und in elektrische Energie umwandeln, die beispielsweise in einem Energiespeicher temporär gespeichert werden kann. Durch ihren kompakten Aufbau eignet sich die Kupplungseinrichtung 100 insbesondere zum Einbau vorne quer in einem Kraftfahrzeug.
Der ersten Kupplung 130 ist eine erste Betätigungseinrichtung 160, der zweiten Kupplung 135 eine zweite Betätigungseinrichtung 165 und der dritten Kupplung 140 eine dritte Betätigungseinrichtung 170 zugeordnet. Bevorzugterweise arbeiten alle drei Betätigungseinrichtungen 160, 165 und 170 hydraulisch und sind jeweils dazu eingerichtet, eine axiale Betätigungskraft auf eine der Kupplungen 130, 135 und 140 auszuüben, sodass Reibelemente der Kupplungen 130, 135 oder 140 axial aneinander gepresst werden, um einen Reibschluss zu erzeugen und ein Drehmoment zwischen den Reibelementen zu übertragen. Bevorzugterweise werden die Reibelemente jeweils zwischen der zugeordneten Betätigungseinrichtung 160, 165, 170 und einem axialen Widerlager zusammengepresst. Weiterhin ist bevorzugt, dass die hydraulischen Betätigungseinrichtungen 160, 165 und 170 einzeln aktiv gesteuert werden können, indem etwa mittels eines Ventils oder eine Pumpe ein unter Druck stehendes Medium gezielt in einen hydraulischen Arbeitsraum der jeweiligen Betätigungseinrichtung 160, 165 oder 170 ein- oder aus ihm abgelassen wird. Alternativ dazu kann auch beispielsweise eine fliehölgesteuerte Betätigung vorgesehen sein.
Die drei Kupplungen 130, 135 und 140 sind bevorzugterweise in einem gemeinsamen Gehäuse 175 angeordnet, das wenigstens teilweise mit einem flüssigen Medium 180, insbesondere einem Öl, gefüllt sein kann. Das Medium 180 kann auch als Arbeitsmedium (hydraulisches Fluid) einer der Betätigungseinrichtungen 160, 165 und 170 verwendet werden. Die Kupplungen 130, 135 und 140 sind bevorzugterweise jeweils vom nasslaufenden Typ und können unabhängig voneinander als Einscheiben- oder Mehrscheibenkupplung ausgelegt sein. Weiter bevorzugt sind die erste Kupplung 130 und die zweite Kupplung 135 vom Mehrscheibentyp, um ein feinfühliges Öffnen und Schließen des Drehmomentflusses durch die Kupplungen 130, 135 zu erlauben. Die dritte Kupplung 140 kann auch wie dargestellt vom Einscheibentyp sein, wobei die dritte Kupplung 140 als Schaltkupplung ausgelegt sein kann, die möglichst nicht unter Schlupf betrieben wird.
In der dargestellten Ausführungsform befindet sich axial zwischen der ersten Kupplung 130 und der zweiten Kupplung 135 ein radialer Flansch 185 als Widerlager, gegen das die Kupplungen 130, 135 mittels der jeweils zugeordneten Betätigungseinrichtung 160, 165 gepresst werden können. Betätigungskräfte der Betätigungseinrichtungen 160, 165, 170 sind bevorzugterweise innerhalb der Kupplungseinrichtung 100 abgestützt, sodass keine resultierenden Kräfte nach außen abzustützen sind.
Soll die Kupplungseinrichtung 100 in einem Antriebsstrang ohne die elektrische Maschine 145 eingesetzt werden, kann die dritte Kupplung 140 auch entfallen. Die erste Eingangsseite 110 und die zweite Eingangsseite 115 fallen dann zusammen.
In der dargestellten Ausführungsform sind die drei Kupplungen 130, 135 und 140 axial angeordnet, obwohl in anderen Ausführungsformen auch beispielsweise eine radiale Anordnung der ersten Kupplung 130 und der zweiten Kupplung 135 gewählt sein kann. In der dargestellten, radialen Bauweise liegt der radiale Flansch 185 bevorzugterweise axial zwischen den Kupplungen 130 und 135.
Der Flansch 185 ist axial mit der ersten Eingangsseite 110 fest verbunden und bildet ein axiales Anlageelement 190. In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform sind die erste Kupplung 130 und die zweite Kupplung 135 auf verschiedenen axialen Seiten des Flanschs 185 angeordnet. Dabei sind zwei weitere Anlageelemente 190 vorgesehen, die auf axialen Außenseiten der Kupplungen 130, 135 liegen. Die Betätigungseinrichtungen 160, 165 für die Kupplungen 130, 135 liegen bevorzugterweise am Flansch 185 und stützen sich axial gegen diesen ab. Die dritte Betätigungseinrichtung 170 kann ebenfalls am Flansch 185 vorgesehen sein und sich gegenüber dem Flansch 185 axial abstützen.
Die erste Kupplung 130 kann hier mittels der ersten Betätigungseinrichtung 160 zwischen dem Flansch 185 und einem der Anlageelemente 190 axial zusammengepresst werden, um eine Drehmomentübertragung zwischen der ersten Eingangsseite 110 und der ersten Ausgangsseite 120 zu ermöglichen. Die zweite Kupplung 135 kann mittels der zweiten Betätigungseinrichtung 166 zwischen dem Flansch 185 und einen anderen Anlageelement 190 axial zusammengepresst werden, um eine Drehmomentübertragung zwischen der ersten Eingangsseite 110 und der zweiten Ausgangsseite 125 zu ermöglichen.
Die dritte Kupplung 140 ist bevorzugterweise axial versetzt zur ersten Kupplung 130 angeordnet, und zwar weiter bevorzugt axial zwischen dem Anlageelement 190, an dem sich die erste Kupplung 130 axial abstützt, und einem weiteren Anlageelement 190. Die dritte Kupplung kann mittels eines axialen Betätigungselements 195 durch die zugeordnete dritte Betätigungseinrichtung 170 axial zusammengepresst werden, um eine Drehmomentübertragung zwischen der zweiten Eingangsseite 115 und der ersten Eingangsseite 110 zu ermöglichen.
In jeder der beschriebenen Ausführungsformen ist bevorzugt, dass ein Kraftschluss für die axiale Kompression einer der Kupplungen 130, 135, 140 axial über die erste Eingangsseite 110 erfolgt, sodass der Kraftfluss zur Kompression innerhalb der Kupplungseinrichtung 100 geschlossen ist. Eine Abstützung von axialen Kräften zwischen der Kupplungseinrichtung 100 und einem externen Bauelement kann dann entfallen.
2 zeigt eine Ausführungsform der Kupplungseinrichtung 100, bei der die dritte Betätigungseinrichtung 170 am Flansch 185 angeordnet und abgestützt ist. In diesem Fall erstreckt sich das Betätigungselement 195 bevorzugterweise auf der radialen Außenseite der ersten Kupplung 130 vorbei axial zum Flansch 185 hin. Die zweite Kupplung 135 und weitere Elemente in deren Bereich sind hier nicht dargestellt. Die dritte Betätigungseinrichtung 170 umfasst einen hydraulischen Kolben 205, dessen vom hydraulischen Arbeitsraum abgewandte axiale Seite in fluider Verbindung mit dem Innenraum des Gehäuses 175 steht.
3 zeigt die Kupplungseinrichtung 100 von 1 in einer weiteren Ausführungsform, entsprechend der Darstellung von 2. Im Unterschied zur Ausführungsform von 2 sind der Kolben 205 und der zugehörige hydraulische Arbeitsraum der dritten Betätigungseinrichtung 170 in einer Aussparung im radialen Flansch 185 angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform kann die dritte Betätigungseinrichtung 170 auch im Material des Gehäuses 175 vorgesehen sein.
Auf axial einander entgegen gesetzten Seiten des Kolbens 205 sind zwei hydraulische Arbeitsräume gebildet, von denen der eine (rechts in 3) zur Betätigung der dritten Kupplung 140 und der andere (links in 3) zum Fliehölausgleich vorgesehen ist. Der letztgenannte Arbeitsraum kann über eine dedizierte Leitung 210 mit Fluid 180 beaufschlagt werden, um zu verhindern, dass unter dem Einfluss von Fliehkraft Fluid im anderen Arbeitsraum die dritte Kupplung 170 betätigt.
Der Arbeitsraum für den Fliehölausgleich ist hier fluid über eine Leitung 205 axial zurück und von dort radial nach innen oder radial nach außen angebunden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Leitung 205 durch Leckageöl gespeist, um den Fliehölausgleich zu realisieren. Die rückführende Leitung 205 kann insbesondere schräg, also in einem spitzen Winkel zur Drehachse 105, verlaufen, um den festen Fliehölausgleich variabel zu gestalten.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kupplungseinrichtung 100 von 1, entsprechend der Darstellung von 2 oder 3. Die dritte Betätigungseinrichtung 170 ist hier nicht mit einem beweglichen Kolben, sondern mit einem Faltenbalg 215 ausgeführt, der sich in axialer Richtung erstreckt. Der Faltenbalg 215 ist bevorzugt aus Metall, insbesondere Stahl, ausgeführt und kann einen runden Querschnitt aufweisen. Er weist eine dünne Hülle von in axialer Richtung gleichbleibender Wandstärke auf. Der Durchmesser der Hülle ist in axialer Richtung bevorzugterweise periodisch variiert, beispielsweise als Reihe von Einschnürungen oder als Helix, entsprechend einem Gewinde. An einem axialen Ende, das der ersten Kupplung 130 zugewandt ist, umfasst der Faltenbalg 215 einen biegesteifen Abschluss, und an einem entgegengesetzten axialen Ende einen weiteren biegesteifen Abschluss mit einer Öffnung zum Durchtritt von hydraulischem Fluid 180. Der Faltenbalg 215 kann eine besonders kleine Hysterese aufweisen. In weiteren Ausführungsformen können auch die zweite Betätigungseinrichtung 165 und/oder die dritte Betätigungseinrichtung 170 mittels eines Faltenbalgs 225 realisiert sein. Insbesondere ist bevorzugt, die Betätigungseinrichtungen 160 und 165 der ersten Kupplung 130 und der zweiten Kupplung 135 mittels Faltenbalgen 215 auszuführen.
Durch die gezeigten Ausführungsbeispiele kann eine Doppelkupplung mit optional zusätzlicher Eingangskupplung für den Einsatz in einem Hybridantrieb angegeben werden. Ein modularer Aufbau ist leicht möglich, sodass die Eingangskupplung – die dritte Kupplung 140 – auch entfallen kann, falls keine elektrische Maschine 145 verwendet werden soll. Alle Kupplungen 130, 135, 140 befinden sich bevorzugterweise im gleichen Nassraum und werden von einem Fluid 180 umspült. Es können hydraulische Betätigungseinrichtungen 160, 165, 170 verwendet werden, die mittels Fliehölausgleich einfach gegenüber einem unbeabsichtigten Öffnen oder Schließen unter Drehzahleinfluss geschützt werden können. Ein Fliehölausgleich ist insbesondere auch für die dritte Betätigungseinrichtung 170 möglich. Der Fliehölausgleich kann vorteilhafterweise durch Leckageöl aus einer der Betätigungseinrichtungen 160, 165, 170 erfolgen. Vorteilhafterweise kann eine Zuführung von hydraulischem Fluid 180 durch den Flansch 185 erfolgen. Eine Beölung der Betätigungseinrichtungen 160, 165, 170 kann mit unterschiedlichen Höhen des Zulaufs des Ausgleichsöls realisiert werden. Eine Zuführung von Fluid 185 zu den Kupplungen 130, 135, 140 bzw. zu den Betätigungseinrichtungen 160, 165, 170 kann von der radialen Außenseite durch die erste Eingangsseite 110 erfolgen. Dabei kann die erste Eingangsseite 110 einen Außenlamellenträger für Reibelemente der Kupplungen 130, 135, 140 umfassen.
5 zeigt ein Detail der Kupplungseinrichtung 100 von 1 mit einer als Membranbetätigung 505 ausgeführten Betätigungseinrichtung 160, 165, 170 in einer bevorzugten Ausführungsform. Die Betätigungseinrichtung 205 kann für jede der Betätigungseinrichtungen 160, 165, 170 von 1 eingesetzt werden; die dargestellte Ausführungsform betätigt die erste Kupplung 130 und entspricht insofern der ersten Betätigungseinrichtung 160 von 1. Es ist zu beachten, dass die Membranbetätigung 205 prinzipiell an jeder Kupplungseinrichtung 100 eingesetzt werden kann, es ist nicht erforderlich, dass es sich dabei um eine Doppel- oder Dreifachkupplungseinrichtung 100 wie in 1 handelt. Im Folgenden sind Richtungsangaben (radial, axial), falls nicht anders angegeben, auf die Drehachse 105 der zu betätigenden Kupplung 130 bezogen.
Die Membranbetätigung 100 umfasst ein Membranelement 510 mit einer inneren Wulst 515 einer äußeren Wulst 520 und einer dazwischen liegenden Membran 525, und bevorzugterweise eine Einfassung 525, die an den Wülsten 515 und 520 angebracht ist. Die Wülste 515, 520 und die Membran 525 sind einstückig miteinander ausgeführt. Jede Wulst 515, 520 kann sich in Form eines Torus um die Drehachse 105 erstrecken. Ein Querschnitt der Wülste 515, 520 kann dabei frei gewählt werden, beispielsweise rechteckig, rund, oval oder polygonal. Die Einfassung 525 umschließt bevorzugterweise die Wülste 515, 520 wenigstens teilweise und ist weiter bevorzugt fluiddicht mit den Wülsten 515, 520 verbunden, beispielsweise durch Pressen oder Vulkanisieren. Die Einfassung 525 befindet sich bevorzugterweise auf der von der ersten Kupplung 130 abgewandten axiale Seite des Membranelements 510.
Das Membranelement 510 schließt einen bevorzugterweise ring- oder torusförmigen hydraulischen Arbeitsraum 530 fluiddicht auf einer der ersten Kupplung 130 zugewandten axialen Seite ab. Auf der entgegengesetzten axialen Seite des Membranelements 510 kann ein Maschinenelement der Kupplungseinrichtung 100 den Arbeitsraum 530 weiter begrenzen. In der dargestellten Ausführungsform ist eine axiale Vertiefung in ein mit der ersten Eingangsseite 110 verbundenes radiales Element eingebracht und das Membranelement 510 kann in diese Vertiefung eingepresst sein. Zum Durchtritt des flüssigen Mediums 180 in den Arbeitsraum 530 weist die Einfassung 525 bevorzugterweise mindestens eine axiale Öffnung auf.
In einer möglichen Ausführungsform umfasst die Membranbetätigung 505 ferner eine Tellerfeder 535 zur Ausübung einer axialen Rückstellkraft auf die Membran 525, wobei die Rückstellkraft die Membran 525 axial in Richtung des Arbeitsraums 530 presst. In anderen Ausführungsformen kann auch ein anderes elastisches Element vorgesehen sein. Die Tellerfeder 535 kann radial innerhalb der Membran 525 liegen und es kann ein Anlageelement 540 vorgesehen sein, das axial zwischen der erste Kupplung 130 und der Membran 525 liegt und sich radial nach innen bis zur Tellerfeder 535 erstreckt. Der Querschnitt des Anlageelements 540 kann wie dargestellt S- oder Z-förmig sein.
Die Tellerfeder 535 stützt sich in der dargestellten Ausführungsform axial an einem bevorzugterweise demontierbaren Anschlag ab, der hier als Spannring 540 ausgebildet ist. Der Spannring ist bevorzugterweise durch einen elastischen, um die Drehachse 105 umlaufenden Draht gebildet, der an seinen Enden offen ist, um entgegen seiner elastischen Spannkraft gedehnt werden kann. Ein Querschnitt des Drahts kann frei wählbar sein, bevorzugterweise ist er rund.
Die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen der 1 bis 5 sind einzeln nach Belieben miteinander kombinierbar, wie ein Fachmann für Kupplungseinrichtungen ohne weiteres erkennen kann.
Bezugszeichenliste

100: Kupplungseinrichtung
105: Drehachse
110: erste Eingangsseite
115: zweite Eingangsseite
120: erste Ausgangsseite
125: zweite Ausgangsseite
130: erste Kupplung
135: zweite Kupplung
140: dritte Kupplung
145: elektrische Maschine
150: Läufer
155: Ständer
160: erste Betätigungseinrichtung
165: zweite Betätigungseinrichtung
170: dritte Betätigungseinrichtung
175: Gehäuse
180: flüssiges Medium
185: Flansch
190: Anlageelement
195: Betätigungselement
205: hydraulischer Kolben
210: Leitung
215: Faltenbalg
505: Membranbetätigung
510: Membranelement
515: innere Wulst
520: äußere Wulst
525: Einfassung
530: Arbeitsraum
535: Tellerfeder
540: Spannring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009059944 A1 [0003]

Claims

Kupplungseinrichtung (100) mit: – einer ersten (110) und einer zweiten Eingangsseite (115); – einer ersten (120) und einer zweiten Ausgangsseite (125); – wobei die Eingangsseiten (110, 115) und die Ausgangsseiten (120, 125) um eine gemeinsame Drehachse (105) drehbar sind; – einer ersten Kupplung (130) zwischen der ersten Eingangsseite (110) und der ersten Ausgangsseite (120); – einer zweiten Kupplung (135) zwischen der ersten Eingangsseite (110) und der zweiten Ausgangsseite (125); und – einer dritten Kupplung (140) zwischen der ersten Eingangsseite (110) und der zweiten Eingangsseite (115), – eine Betätigungseinrichtung (160, 165, 170) für eine der Kupplungen (130, 135, 140), – wobei die Betätigungseinrichtung (160, 165, 170) eine Membranbetätigung (505) umfasst.
Kupplungseinrichtung(130) (100) nach Anspruch 1, wobei die Membranbetätigung (505) einen um die Drehachse (105) umlaufenden hydraulischen Arbeitsraum (530) umfasst, der auf einer der Kupplung (130) zugewandten axialen Seite durch ein flexibles Membranelement (510) begrenzt ist.
Kupplungseinrichtung (130) (100) nach Anspruch 2, wobei das Membranelement (510) eine radial innere (515) und eine radial äußere Wulst (520) umfasst, zwischen denen eine Membran (525) ausgebildet ist, die axial dünner als die Wülste (515, 520) ist.
Kupplungseinrichtung (130) (100) nach Anspruch 3, wobei die Membranbetätigung (505) eine Einfassung (525) umfasst, die den hydraulischen Arbeitsraum (530) auf einer der Kupplung (130) abgewandten Seite begrenzt und die Einfassung (525) an den Wülsten des Membranelements (510) angebracht ist.
Kupplungseinrichtung (130) (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine um die Drehachse (105) umlaufende Tellerfeder (535) vorgesehen ist, um eine der Kupplung (130) zugewandte Seite des Membranelements (510) in Richtung des Arbeitsraums (530) zu drücken.
Kupplungseinrichtung (130) (100) nach Anspruch 5, rückbezogen auf Anspruch 3 oder 4, wobei die Tellerfeder (535) radial innerhalb der Membran (525) liegt und ein Anlageelement (540) vorgesehen ist, das axial zwischen der Membran (525) und der Kupplung (130) liegt, sich radial nach innen bis zur Tellerfeder (535) erstreckt und dazu eingerichtet ist, die Federkraft der Tellerfeder (535) auf die Membran (525) zu übertragen, sodass die Membran (525) in Richtung des Arbeitsraums (530) gepresst wird.
Kupplungseinrichtung (130) (100) nach Anspruch 6, wobei das Membranelement (510), die Einfassung (525) und das Anlageelement (540) aneinander angebracht sind und eine separat handhabbare Einheit bilden.
Kupplungseinrichtung (130) (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Tellerfeder (535) mittels eines Spannrings (540) gegenüber der Kupplung (130) abgestützt ist.
Kupplungseinrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei alle drei Kupplungen (130, 135, 140) in einem gemeinsamen Gehäuse (175) angeordnet sind, das teilweise mit einem flüssigen Medium (180) gefüllt ist.
Kupplungseinrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Eingangsseite (110) zur Verbindung mit einem Läufer (150) einer elektrischen Maschine (145) eingerichtet ist.