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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung, umfassend eine erste Teilkupplung mit einem ersten Lamellenpaket umfassend Außen- und Innenlamellen und eine zweite Teilkupplung mit einem zweiten Lamellenpaket umfassend Außen- und Innenlamellen.
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Eine solche Kupplungseinrichtung dient zur Übertragung eines eingehenden Drehmoments, das beispielsweise von einem Verbrennungsmotor oder einer Elektromaschine geliefert wird, auf ein Ausgangsglied, das üblicherweise mit einem Getriebe gekoppelt ist. Sind zwei Teilkupplungen vorgesehen, die jeweils ein separates Lamellenpaket umfassen, so werden die beiden Teilkupplungen eingangsseitig über dasselbe Eingangsglied bedient, die Lamellenpakete koppeln aber auf separate Ausgangsglieder, die wiederum mit separaten, über die Doppelkupplung schaltbare Getriebestufen gekoppelt sind. Zum Schalten der beiden Teilkupplungen dienen üblicherweise zwei separate Druckkolben, die über jeweils eine separate Betätigungseinrichtung, die auf hydraulischer oder pneumatischer Basis arbeitet, betätigt werden, um entweder das eine oder das andere Lamellenpaket zusammenzudrücken und in Reibschluss zu bringen, um ein eingeleitetes Drehmoment beispielsweise vom Außenlamellenträger zum Innenlamellenträger und von diesem zum Ausgangsglied zu übertragen. Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Kupplungseinrichtung mit zwei Teilkupplungen, also einer Doppelkupplung, ist bekannt.
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Eine solche Kupplungseinrichtung mit diesen beiden Teilkupplungen kann in einem üblichen Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt werden, über den das Eingangsmoment beispielsweise an die Außenlamellenträger gegeben wird. Sie kann aber auch Teil eines Hybridmoduls oder einem solchen Hybridmodul zugeordnet sein. Ein solches Hybridmodul ermöglicht es, einen Verbrennungsmotor an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu koppeln, wobei über die Kupplungseinrichtung gleichzeitig auch eine Elektromaschine angekoppelt wird. Das Hybridmodul weist üblicherweise einen Elektromotor, eine Kupplungseinrichtung, deren Betätigungseinrichtungen, Lager- und Gehäusekomponenten auf, die die Hauptkomponenten zu einer funktionstüchtigen Einheit verbinden. Der Elektromotor ermöglicht das elektrische Fahren, einen Leistungszuwachs zum Verbrennungsmotorbetrieb und ein Rekuperieren. Über eine Trennkupplung, üblicherweise KO-Kupplung genannt, ist das An- oder Abkuppeln des Verbrennungsmotors an den Antriebsstrang möglich. Ein solches Hybridmodul kann nun, wie beschrieben, mit einer Kupplungseinrichtung mit zwei separaten Teilkupplungen, also einer oben beschriebenen Doppelkupplung derart kombiniert werden, dass sich das Hybridmodul in Drehmomentübertragungsrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe befindet, was dazu führt, dass im Fahrzeug der Verbrennungsmotor, das Hybridmodul, die Doppelkupplung mit ihren Betätigungssystemen und das Getriebe hinter- oder nebeneinander angeordnet werden. Ein derart positioniertes Hybridmodul wird üblicherweise auch als P2-Hybridmodul bezeichnet. Eine solche Anordnung führt jedoch häufig zu Bauraumproblemen.
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Aus
DE 10 2009 059 944 A1 ist ein Hybridmodul bekannt, welches die Trennkupplung innerhalb eines Rotors einer elektrischen Maschine aufweist. Die Teilkupplungen einer Doppelkupplungsvorrichtung sind axial versetzt neben dem Rotor der elektrischen Maschine und damit auch neben der KO-Kupplung angeordnet. Die Teilkupplungen sind radial ineinander verschachtelt, die Betätigungseinrichtungen für die einzelnen Kupplungen sind axial versetzt daneben positioniert.
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Aus
DE 10 2007 008 946 A1 ist eine Mehrfachkupplung für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb bekannt. In diesem Hybridantriebsmodul sind zwei Reibungskupplungen innerhalb des vom Rotor der elektrischen Maschine umschlossenen Bauraums angeordnet. Der zur Verfügung stehende Bauraum in dem Hybridmodul wird maßgeblich durch die verwendete elektrische Maschine und deren Blechpaket vorgegeben. Trotz der dadurch erreichten Kompaktheit des Hybridmoduls ist eine weitere Minimierung des vom Hybridmodul eingenommenen Bauraums angestrebt, um das Hybridmodul in bestehende Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen integrieren zu können.
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Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine möglichst kompakt aufgebaute Kupplungseinrichtung, die insbesondere zur Integration in einem Hybridmodul geeignet ist, anzugeben, die ein komfortables Schalten der nachgeschalteten Getriebestufen ermöglicht.
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Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß eine Kupplungsvorrichtung vorgesehen, umfassend eine erste Teilkupplung mit einem ersten Lamellenpaket umfassend Außen- und Innenlamellen und eine zweite Teilkupplung mit einem zweiten Lamellenpaket umfassend Außen- und Innenlamellen, wobei die Teilkupplungen axial beabstandet zueinander angeordnet sind, einen zwischen den Lamellenpaketen angeordneten Druckkolben sowie eine hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtung zum axialen Bewegen des Druckkolbens gegen das eine oder andere Lamellenpaket, wobei die Betätigungseinrichtung an einer Seite des Druckkolbens einen ersten Primärdruckraum und einen radial weiter außen liegenden ersten Sekundärdruckraum und an der anderen Seite des Druckkolbens einen zweiten Primärdruckraum und einen radial weiter außen liegenden zweiten Sekundärdruckraum aufweist, wobei der erste Primärdruckraum mit dem zweiten Sekundärdruckraum und der zweite Primärdruckraum mit dem ersten Sekundärdruckraum derart kommuniziert, dass ein in den jeweiligen Primärdruckraum mit Druck eingebrachtes Arbeitsmedium in dem zugeordneten Sekundärdruckraum einen auf das zugeordnete Lamellenpaket wirkenden Vorsteuerdruck aufbaut.
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Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung ist in hohem Maße kompakt aufgebaut und besteht aus einer relativ geringen Teileanzahl. Neben den beiden Lamellenpaketen und den zugeordneten Außen- und Innenlamellenträgern zeichnet sich die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung zum einen dadurch aus, dass nur ein einziger Druckkolben vorgesehen ist, über den beide Lamellenpakete wahlweise zusammengedrückt werden und in Reibschluss gebracht werden. Dieser Druckkolben, der als Ringkolben ausgeführt ist, ist, axial gesehen, zwischen den ebenfalls ringförmigen, axial voneinander beabstandeten Lamellenpaketen angeordnet, so dass bei einer axialen Verschiebung des Ringkolbens in die eine oder andere Richtung jeweils eines der Lamellenpakete zusammengedrückt und in Reibschluss gebracht wird. Je nachdem, welches Lamellenpaket zusammengedrückt wird, kann das eingeleitete Drehmoment auf das eine oder andere, mit dem jeweiligen Lamellenpaket gekoppelte Ausgangsglied übertragen werden.
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Zur axialen Bewegung des gemeinsamen Druckkolbens ist eine hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtung vorgesehen. Diese umfasst eine Mehrzahl an Druckräume, nämlich an jeder Kolbenseite jeweils einen Primärdruckraum und einen radial weiter außenliegenden Sekundärdruckraum. Das Arbeitsmedium wird unter Druck stets entweder in den einen oder anderen Primärdruckraum eingebracht und wirkt, wenn der Druck hinreichend hoch ist, auf den Druckkolben, um diesen axial gegen das eine oder andere Lamellenpaket zu verschieben, wobei der Druckkolben an einer benachbarten Lamelle des jeweiligen Lamellenpakets anliegt bzw. angreift. Das heißt, dass die eigentliche axiale Verschiebung allein durch den im jeweiligen Primärdruckraum aufgebauten Arbeitsdruck erfolgt.
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Erfindungsgemäß sind, wie beschrieben, jeweilige Sekundärdruckräume an jeweils einer Druckkolbenseite vorgesehen, wobei diese Sekundärdruckräume in besondere Weise mit den Primärdruckräumen kommunizieren. Jeder Primärdruckraum ist quasi über Kreuz mit einem Sekundärdruckraum verschaltet, das heißt sie kommunizieren miteinander, so dass das in den jeweiligen, an einer Kolbenseite vorgesehenen Primärdruckraum eingebrachte Arbeitsmedium auch in dem an der anderen Kolbenseite vorgesehenen Sekundärdruckraum gelangt bzw. dort einen Druck aufbaut. Der erste Primärdruckraum, der an der ersten Kolbenseite ausgebildet ist, kommuniziert mit dem zweiten Sekundärdruckraum, der an der gegenüberliegenden Kolbenseite ausgebildet ist. In entsprechender Weise kommuniziert der zweite Primärdruckraum, der an der zweiten Kolbenseite ausgebildet ist, mit dem ersten Sekundärdruckraum, der an der ersten Kolbenseite ausgebildet ist. Dies führt nun mit besonderem Vorteil dazu, dass mit Einbringen des Arbeitsmediums beispielsweise in den ersten Primärdruckraum gleichzeitig das Arbeitsmedium auch in den zweiten Sekundärdruckraum gelangt bzw. dort einen Druck aufbaut, wobei dieser Sekundärdruckraum zwischen dem Druckkolben und einer benachbarten Lamelle des zugeordneten Lamellenpakets ausgebildet ist. Kommt es nun zu einem Druckaufbau im Sekundärdruckraum, so wirkt dieser unmittelbar auf das zugeordnete Lamellenpaket, was dazu führt, dass dieses bereits etwas zusammengedrückt wird, so dass im Sekundärdruckraum bereits zu einem Zeitpunkt, zudem der Arbeitsdruck im zugeordneten Primärdruckraum noch nicht ausreicht, um dem Kolben aktiv mit entsprechender Kraft axial gegen das Lamellenpaket zu schieben, ein Vorsteuerdruck aufgebaut wird, der eine zumindest leichte Reibanlage der Lamellen aneinander erwirkt und damit den Aufbau eines Schleppmoments innerhalb des zugeordneten Lamellenpakets ermöglicht, so dass dieses in Rotation versetzt wird. Das heißt, dass beispielsweise zu den mit dem Eingangsglied gekoppelten Außenlamellen, die permanent rotieren, auch die bis dato ruhenden Innenlamellen in Rotationsbewegung versetzt werden, da sie über das Schleppmoment mitgenommen werden.
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Das Einbringen des Arbeitsmediums in beispielsweise dem ersten Primärdruckraum und daraus resultierend in den zweiten Sekundärdruckraum erfolgt üblicherweise, wenn ein Wechsel der Getriebestufe ansteht, wenn also geschaltet werden soll. Dies bedeutet, dass zuvor ein hinreichend hoher Arbeitsdruck im zweiten Primärdruckraum zum Verschieben des Druckkolbens gegeben ist und das zugeordnete Lamellenpaket axial in festen Reibschluss gebracht ist. Soll nun auf die nächste Getriebestufe geschaltet werden und ist daher das andere Lamellenpaket zu schließen, während das bis dato geschlossene Lamellenpaket zu öffnen ist, so wird druckmäßig umgesteuert, es wird ein Druck im ersten Primärdruckraum aufgebaut, während der Druck im zweiten Primärdruckraum reduziert wird. Dadurch, dass erfindungsgemäß durch Aufbau eines Drucks im ersten Primärdruckraum und daraus resultieren zwangsläufig auch eines Drucks im zweiten Sekundärdruckraum über diesen ein Vorsteuerdruck auf das neu zuzuschaltende Lamellenpaket ausgeübt wird und in diesem ein Schleppmoment zum Andrehen aufgebaut wird, kann somit, wenn anschließend bei hinreichend hohem Druck im ersten Primärdruckraum auch eine axiale Druckkolbenbewegung erfolgt, ein vollständig zugkraftfreier Wechsel von einer Getriebestufe auf die andere Getriebestufe erfolgen. Denn der ausgebildete Vorsteuerdruck führt dazu, dass bereits zu einem Zeitpunkt vor dem eigentlichen vollständigen Wechsel von einem Lamellenpaket zum anderen Lamellenpaket das neu zuzuschaltende Lamellenpaket bereits in Rotation gebracht wird, so dass der eigentliche Schaltvorgang vollständig unterbrechungsfrei erfolgen kann.
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Das heißt, dass durch diese Vorsteuerung eine Momentenüberschneidung möglich ist, also ein Drehmomentübertrag vom Eingangsglied sowohl über die noch geschlossene, sich langsam öffnende Teilkupplung als auch über die noch nicht vollständig geschlossene, sich aber zunehmend schließende andere Teilkupplung möglich ist. Die Kupplungseinrichtung ermöglicht demzufolge auch bei einem solchen Einkolbensystem für eine Doppelkupplung, die beispielsweise einem Hybridmodul zugeordnet ist, eine entsprechende Momententenüberschneidung zu realisieren und damit einen vollständig unterbrechungsfreien Schaltvorgang.
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Ein wesentliches Merkmal sind die beiden Sekundärdruckräume, die fluidisch mit dem Primärdruckräumen in der beschriebenen Weise kommunizieren. Um das Arbeitsmedium vom jeweiligen Primärdruckraum zum Sekundärdruckraum führen zu können, sind zweckmäßigerweise im Druckkolben selbst Zuführkanäle vorgesehen, die den jeweiligen Primärdruckraum dem zugeordneten Sekundärdruckraum verbinden. Der Druckkolben selbst ist wie beschrieben als Ringbauteil ausgeführt, das eine entsprechende Dicke aufweist, die es ermöglicht, axiale und radiale Bohrungen zu setzen, die die Zuführkanäle bilden, um auf diese Weise das Arbeitsmedium quasi „über Kreuz“ von der einen auf die andere Kolbenseite zu führen.
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Wie beschrieben ist der Druckkolben axial zwischen den beiden Lamellenpaketen bewegbar. In Weiterbildung der Erfindung ist bezüglich der Ausbildung der Druckräume vorgesehen, dass jeder Primärdruckraum zwischen dem Druckkolben und einem axial positionsfesten Ringbauteil und jeder Sekundärdruckraum zwischen dem Druckkolben und je einer benachbarter Lamelle des ersten und zweiten Lamellenpakets ausgebildet ist. Dabei sind zweckmäßigerweise die Ringbauteile auf einer Hohlwelle angeordnet, auf der der Druckkolben axial bewegbar geführt ist, wobei die Ringbauteile mit den beiden Innenlamellenträgern oder den Außenlamellenträgern verbunden sind und der Druckkolben drehfest mit der Hohlwelle oder den Ringbauteilen gekoppelt ist. Die Hohlwelle ist demzufolge das eigentliche Träger- oder Führungselement. Die Ringbauteile sind zweckmäßigerweise mit den Innenlamellenträgern oder den Außenlamellenträgern, an denen die Innen- oder Außenlamellen der jeweiligen Lamellenpakete angeordnet sind, verbunden, das heißt, dass über die Hohlwelle entweder das Drehmoment eingeleitet wird, wenn die Hohlwelle mit dem Eingangsglied gekoppelt ist, so dass das von dem Verbrennungsmotor oder der Elektromaschine eingeleitete Drehmoment quasi auf die Hohlwelle und über diese an den jeweiligen Lamellenträger gegeben wird. Je nachdem, ob also das Eingangsmoment über die beiden Innenlamellenträger oder den oder die Außenlamellenträger eingebracht wird, ist demzufolge eine entsprechende Kopplung der Ringbauteile vorgesehen. Nachdem der Druckkolben wie beschrieben in Anlage an die Lamellenpakete gebracht wird, die, wenn geschaltet, zwangsläufig rotieren, muss er demzufolge ebenfalls rotieren, weshalb der Druckkolben entweder drehfest mit der Hohlwelle verbunden ist, beispielsweise indem er auf eine axiale Verzahnung an der Hohlwelle aufgeschoben ist, alternativ kann er auch mit den Ringbauteilen selbst über torsionsfeste Verbindungen gekoppelt sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die Primärdruckräume über jeweils ein ringförmiges Dichtelement zwischen dem Druckkolben und dem jeweiligen Ringbauteil und die Sekundärdruckräume über jeweils zwei ringförmige Dichtelemente zwischen dem Druckkolben und der jeweils benachbarten Lamelle radial abgedichtet sein. Während, was die Primärdruckräume angeht, diese radial nach innen beispielsweise über die Hohlwelle abgedichtet sind, und demzufolge für eine radial nach außen gerichtete Abdichtung nur ein Dichtelement erforderlich ist, das zwischen der jeweiligen Druckkolbenseite und dem Ringbauteil angeordnet ist, sind zur radialen Abdichtung der beiden Sekundärdruckräume sowohl radial nach innen als auch außen jeweils zwei ringförmige Dichtelemente vorgesehen. Hierüber können also die entsprechenden Druckräume in ihrer Größe respektive ihrem Volumen exakt definiert werden, wobei bevorzugt letztlich die Volumina der beiden Primärdruckräume im Wesentlichen gleich sind, wie auch die Volumina der beiden Sekundärdruckräume im Wesentlichen gleich sind. Dies hat darüber hinaus den Vorteil, dass sich in den jeweils benachbarten Primär- respektive Sekundärdruckräumen nahezu vergleichbare Fliehöldrucke aufgrund der Rotation der Kupplungseinrichtung aufbauen und daraus resultierend auf beiden Kolbenseiten vergleichbare, sich quasi aufhebende Fliehöldruckverhältnisse gegeben sind, so dass zum eigentlichen Schalten ausschließlich der entsprechende Arbeitsdruck in dem einen oder anderen Primärdruckraum dient.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Druckkolben und jedem Ringbauteil wenigstens ein Federelement angeordnet, und zwischen dem Druckkolben und jeder benachbarten Lamelle wenigstens ein Federelement angeordnet, wobei die mit den Lamellen verbundenen Federelementen eine kleinere Federkonstante als die mit den Ringbauteilen verbundenen Federelemente aufweisen.
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Diese Federelemente sind so ausgelegt, dass sie eine Rückstellkraft aufbauen, wenn ein entsprechend hoher Arbeitsdruck im jeweiligen Primär- oder Sekundärdruckraum aufgebaut wird und es zu einer Axialverschiebung des Druckkolbens oder im Falle des Vorsteuerdrucks einer Axialverschiebung der jeweils benachbarten Lamelle kommt. Denn über diese Rückstellkraft ist im Falle einer Druckentlastung, wenn also das zusammengedrückte Lamellenpaket wieder geöffnet bzw. gelüftet werden soll, sichergestellt, dass entweder der Druckkolben oder die zugeordnete Lamelle über das jeweilige Federelement wieder zurückgezogen wird, also in die quasi unbelastete Ausgangsposition zurückgeführt wird. Dies deshalb, da das oder die zuvor gedehnten Federelemente wieder relaxieren und die zuvor aufgebaute Rückstellkraft abbauen.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die dem Sekundärdruckräumen zugeordneten Federelemente eine kleinere Federkonstante aufweisen als die den Primärdruckräumen zugeordnete Federelemente. Das heißt, dass für eine Axialbewegung des Druckkolbens über den Arbeitsdruck im jeweiligen Primärdruckraum ein höherer Druck anliegen muss, um die Federkraft zu überwinden und die Feder zu dehnen, als im Sekundärdruckraum, um das oder die diesem zugeordneten Federelemente zu dehnen. Es kommt daher bereits bei einem niedrigeren Arbeitsdruck im Sekundärdruckraum, verglichen zum Primärdruckraum, zu einer Axialverschiebung der zugeordneten Lamelle. Dies wird also axial verschoben und das Lamellenpaket zumindest in einen ein Schleppmoment erzeugenden Zustand gebracht, noch bevor eine Axialverschiebung des Druckkolbens über den im Primärdruckraum gegebenen Arbeitsdruck erfolgt.
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Die Federelemente sind bevorzugt als elastische, ringförmige Faltenbalge ausgeführt, wobei bevorzugt metallene Faltenbalge verwendet werden. Denn diese metallenen Faltenbalge sind einerseits hinreichend elastisch, andererseits aber, wie erfindungsgemäß ferner vorgesehen ist, auch torsionssteif und ermöglichen demzufolge die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Druckkolben und den Ringbauteilen respektive den benachbarten Lamellen. Die metallenen Faltenbalge erwirken daher die drehmomentfeste Kopplung der beteiligten, rotierenden Bauteile und stellen so die Mitnahme des Druckkolbens, der auf der Hohlwelle beispielsweise ohne entsprechende Verzahnung aufsitzt und axial geführt ist, während die Ringbauteile fest mit der rotierenden Hohlwelle verbunden sind, sicher. Es ist ausreichend, wenn beispielsweise nur die Federelemente respektive Faltenbälge zwischen dem Druckkolben und den Ringbauteilen torsionssteif sind, da die beiden beidseits gekoppelten Lamellen über eine Verzahnung ohnehin drehfest mit dem jeweiligen Außen- oder Innenlamellenträger, der mit dem jeweiligen Ringbauteil verbunden ist, gekoppelt sind, so dass demzufolge eine drehfeste Kopplung zwischen dem Druckkolben und den beiden Ringbauteilen ausreichend ist.
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Gemäß einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Federelemente, also insbesondere die elastischen ringförmigen, vorzugsweise metallenen Faltenbälge, gleichzeitig auch die Dichtelemente, bilden. Das heißt, dass da mit den Federelementen respektive bevorzugt den Faltenbälgen eine Doppel- bzw. sogar Dreifachfunktion zukommt, nämlich zum einen die des Dichtelements, zum anderen die des Federelements und schließlich, wenn benötigt, auch die des torsionssteifen Mitnahmeelements.
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Bevorzugt sind die Ringbauteile und der Druckkolben mit einem ein Drehmoment einleitenden Eingangsbauteil gekoppelt. Insbesondere sind die Ringbauteile mit den Innenlamellenträgern verbunden, wobei die Ausgangslamellenträger mit jeweils einem Ausgangsglied verbunden sind. Sind die Ringbauteile sowie der Druckkolben an einer Hohlwelle angeordnet, so ist diese mit dem Eingangsglied gekoppelt, beispielsweise mit dem Rotor eines Hybridmoduls, dem die Doppelkupplungseinrichtung zugeordnet ist, und in welchem Rotor die Doppelkupplungseinrichtung radial integriert ist. Die Ringbauteile tragen die beiden Innenlamellenträger, so dass zwangsläufig, wenn die Elektromaschine arbeitet, die Hohlwelle und damit auch die Ringbauteile sowie der Druckkolben und die Innenlamellen rotieren. Dies gilt ebenso, wenn der Verbrennungsmotor zugeschaltet ist, da dieser ebenfalls über die KO-Kupplung auf den rotorseitigen Eingang und damit auf die Hohlwelle gekoppelt werden kann. Die beiden Außenlamellenträger sind mit jeweils einem Ausgangsglied, üblicherweise ebenfalls einer zum Getriebe laufenden Hohlwelle, über eine entsprechende Verzahnungsverbindung gekoppelt, so dass entweder über das eine oder das andere Lamellenpaket respektive den zugeordneten Außenlamellenträger das über die Innenlamellenträger eingeleitete Drehmoment auf das eine oder andere Ausgangsglied und damit auf die eine oder andere Getriebestufe geleitet werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
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Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung 1, umfassend eine erste Teilkupplung 2 sowie eine zweite Teilkupplung 3. Die erste Teilkupplung 2 umfasst ein erstes Lamellenpaket 4 mit an einem Außenlamellenträger 5 angeordneten, axial beweglichen Außenlamellen 6, im vorliegenden Fall Reiblamellen, sowie an einem Innenlamellenträger 7 angeordnete, axial bewegliche Innenlamellen 8 in Form von Stahllamellen, wobei das erste Lamellenpaket an einem axial positionsfesten Widerlagerabschnitt 9 gegengelagert ist.
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Auch die zweite Teilkupplung 3 umfasst ein zweites Lamellenpaket 10, umfassend mehrere an einem Außenlamellenträger 11 axial bewegliche Außenlamellen 12, auch hier in Form von Reiblamellen, sowie an einem radial weiter innenliegenden Innenlamellenträger 13 angeordnete, axial bewegliche Innenlamellen 14, auch hier in Form von Stahllamellen. Auch dieses Lamellenpaket ist an einem axialen Widerlagerabschnitt 15 axial abgestützt.
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Die beiden Innenlamellenträger 7, 13 sind jeweils an einem Ringbauteil 16, 17 angeordnet, wobei die beiden Ringbauteile 16, 17 an einer Hohlwelle 18 positionsfest angeordnet sind. Diese Hohlwelle 18 ist wiederum mit einem Rotorträger 19, an dem ein hier nur angedeuteter Rotor 20 einer nicht näher gezeigten Elektromaschine eines Hybridmoduls angeordnet ist, verbunden, wobei hierzu der Widerlagerabschnitt 9 mit dem Rotorträger 19 verbunden ist und gleichzeitig aber auch mit dem Innenlamellenträger 7 verbunden ist, so dass eine drehfeste Verbindung zwischen Rotor 20 und Hohlwelle 18 und damit auch den Ringbauteilen 16, 17 und den Innenlamellenträgern 7 und 13 mit ihren Innenlamellen 8 und 14 gegeben ist. Dem Hybridmodul mit der Elektromaschine zugeordnet ist ein Verbrennungsmotor, der über eine nicht näher gezeigte Trennkupplung, auch KO-Kupplung genannt, zugeschaltet werden kann. Er ist dann in Wirkverbindung mit dem Rotorträger 19 geschaltet, so dass ein vom Verbrennungsmotor eingeleitetes Drehmoment ebenfalls auf die Hohlwelle 18 und damit die Innenlamellenträgeranordnung gegeben wird, ebenso wie ein über die Elektromaschine eingeleitetes Drehmoment.
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Die Doppelkupplungseinrichtung dient dazu, das eingeleitete Drehmoment bei Bedarf entweder über die eine oder andere Teilkupplung 2, 3 auf entsprechend gekoppelte Ausgangsglieder zu übertragen. Hierzu ist der Außenlamellenträger 5 über ein Koppelbauteil 21 mit einem Nabenbauteil 22, die mit einem nicht näher gezeigten Ausgangsglied in Verzahnungseingriff steht, verbunden, ebenso ist der zweite Außenlamellenträger 11 über ein Koppelbauteil 23 mit einem Nabenbauteil 24 verbunden, das über eine Verzahnung mit einem hier gezeigten Ausgangsglied 25 verbunden ist. Die entsprechend gekoppelten Ausgangsglieder sind ebenfalls entsprechende Hohlwellen, die dann zum Getriebe laufen. Die Hohlwelle 18 ist über entsprechende Radiallager 26, 27 auf dem Ausgangsglied 25 drehgelagert.
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Zum Betätigen des einen oder anderen Lamellenpakets 4, 10 ist eine hydraulische Betätigungseinrichtung 28 vorgesehen, umfassend einen Druckkolben 29, der zwischen den beiden Teilkupplungen 2, 3 respektive den Lamellenpaketen 4, 10 angeordnet ist. Er ist über ein Dichtelement 30 abgedichtet axial beweglich auf der Hohlwelle 18 geführt, so dass er entweder gegen das Lamellenpaket 4 oder gegen das Lamellenpaket 10 bewegt werden kann, um diese zusammenzudrücken und in Reibschluss zu bringen, um ein über den Innenlamellenträger 7 oder 13 eingeleitetes Drehmoment auf den jeweils zugehörigen Außenlamellenträger 5, 11 und über diese auf das jeweilige Ausgangsglied zu übertragen. Der Druckkolben 29 liegt hierfür mit entsprechenden Verbindungsabschnitten 31, 32 an der jeweils benachbarten Innenlamelle 8 bzw. 14 an, die bei einer axialen Verschiebung entweder nach rechts oder nach links gedrückt wird und darüber das Lamellenpaket 4 bzw. 10 zusammengedrückt wird.
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Um dies zu ermöglichen, sind beidseits des Druckkolbens 29 ein erster Primärdruckraum 33 und ein zweiter Primärdruckraum 34 vorgesehen, die radial nach innen über die Hohlwelle und axial über die Ringbauteile 16, 17 begrenzt werden. Die radiale Abdichtung erfolgt über ein Dichtelement 35, 36, wobei jedes Dichtelement 35, 36 als metallener Faltenbalg 37, 38 ausgeführt ist und demzufolge als Federelement ausgeführt ist. Dieser jeweilige Faltenbalg 37, 38 zieht den Druckkolben 29 stets in die Nullstellung respektive Mittenposition, das heißt, dass bei einer Axialverschiebung des Druckkolbens 29 in die eine oder andere Richtung der jeweilige Faltenbalg 37, 38 gedehnt wird und eine Rückstellkraft aufbaut, die bei einer Entlastung des Druckkolbens 29 den Druckkolben 29 wieder zurückstellt. Gleichzeitig ist der jeweilige Faltenbalg 37, 38 auch torsionsfest, das heißt, dass mit ihm ein Drehmoment vom jeweiligen Ringbauteil 16 bzw. 17 auf den Druckkolben 29 übertragen werden kann. Dies deshalb, da der Druckkolben 29 axial bewegbar auf der Hohlwelle 18 geführt ist, wobei in diesem Führungsbereich lediglich das Dichtelement 30, jedoch keine drehfeste Verzahnung oder dergleichen vorgesehen ist. Der Druckkolben 29 muss aber, nachdem über die Ringbauteile 16, 17 der Drehmomenteintrag erfolgt, zwangsläufig ebenfalls rotieren, was über die ihn mitnehmenden metallenen Faltenbalge 37, 38 sichergestellt ist.
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Vorgesehen sind des Weiteren zwei radial weiter außen liegende erste und zweite Sekundärdruckräume 39, 40, die über Dichtelemente 41, 42 bzw. 43, 44 radial nach innen und außen abgedichtet sind. Diese Dichtelemente sind bevorzugt ebenfalls metallene Faltenbalge 45, 46 bzw. 47, 48, das heißt, dass auch hierüber ein Federelement zusätzlich zum Dichtelement realisiert ist, das wiederum eine Rückstellkraft bei einer Verschiebung der benachbarten Innenlamellen 8, 14 aufbaut, wie aber auch eine drehfeste respektive torsionsfeste Kopplung zur jeweils benachbarten Innenlamelle 8, 14 gegeben ist. Die metallenen Faltenbalge 37, 38 bzw. 45 - 48 sind jeweils fest mit den benachbarten Bauteilen verbunden, beispielsweise durch entsprechende Schweißverbindungen oder Ähnliches.
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Die beiden Primärdruckräume 33, 34 kommunizieren in besonderer Weise mit den beiden Sekundärdruckräumen 39, 40. So kommuniziert der erste Primärdruckraum über einen oder mehrere erste Zuführkanäle 49 mit dem zweiten Sekundärdruckraum 40, wie durch den durchgezogenen Zuführkanal 49 dargestellt ist. Der zweite Primärdruckraum 34 kommuniziert demgegenüber mit dem ersten Sekundärdruckraum 39, wie durch den gestrichelt gezeigten Zuführkanal 50 dargestellt ist. Das heißt, dass die beiden Primärdruckräume 33, 34 mit den beiden Sekundärdruckräumen 39, 40 über Kreuz verschaltet sind. Die Zuführkanäle 49, 50 sind im Druckkolben 29 über entsprechende Bohrungen gebildet.
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Ein in den ersten Primärdruckraum 33 unter Druck eingebrachtes Arbeitsmedium, beispielsweise ein Öl, baut demzufolge im ersten Primärdruckraum 33 einen Druck auf, gelangt aber gleichzeitig über den oder die Zuführkanäle 49 auch in den zweiten Sekundärdruckraum 40, wo ebenfalls ein Druck aufgebaut wird. Dies ist durch die entsprechenden Strömungspfeile dargestellt. In gleicher Weise würde ein in den zweiten Primärdruckraum 34 eingebrachtes Arbeitsmedium einerseits dort einen Arbeitsdruck aufbauen, andererseits aber über den oder die zweiten Zuführkanäle 50 auch in den ersten Sekundärraum 39 gelangen und dort einen Druck aufbauen.
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Die Auslegung der Federelemente, hier also der metallenen Faltenbälge 37, 38 sowie 45 - 48 ist nun derart, dass die Faltenbälge 45 - 48 eine kleinere Federkonstante respektive Federsteifigkeit als die metallenen Faltenbälge 37, 38 aufweisen. Da sowohl zum axialen Verschieben des Druckkolbens 29 als auch zum axialen Verschieben der angebundenen benachbarten Innenlamellen 8 bzw. 14 jeweils ein Druck aufgebaut werden muss, der höher als die Rückstellkraft des jeweiligen Federelements, also des jeweiligen Faltenbalges 37, 38 bzw. 45 - 48 sein muss, und da die metallenen Faltenbalge 45 - 48 eine kleinere Federkonstante bzw. Federsteifigkeit aufweisen, folgt hieraus, dass bei Einbringen des Arbeitsfluids in den einen oder anderen Primärdruckraum 33, 34 im jeweils zugeordneten Sekundärdruck 39, 40 sehr schnell ein entsprechend hoher Druck gegeben ist, der bewirkt, dass die jeweils benachbarte Innenlamelle 8 bzw. 14 axial verschoben und damit das zugeordnete Lamellenpaket 4 bzw. 10 leicht zusammengedrückt und in geringe Reibanlage gebracht wird, so dass im Lamellenpaket 4, 10 ein Schleppmoment aufgebaut wird, mithin also die bis dato nicht rotierenden Außenlamellen 6 bzw. 12 mitgenommen werden und demzufolge auch das über den jeweiligen Außenlamellenträger 5 bzw. 11 gekoppelte Ausgangsglied, das bis dato nicht rotierte, andreht. Dies erfolgt bereits zu einem Zeitpunkt, zu dem der Druckkolben 29 noch nicht axial bewegt wurde, da im jeweiligen Primärdruckraum 33, 34 der entsprechende Arbeitsdruck noch nicht hoch genug ist, um die Rückstellkraft des jeweiligen, das Federelement bildenden metallenen Faltenbalg 37, 38 zu überwinden. Erst wenn der Arbeitsdruck hoch genug ist, wird der Druckkolben 29 auch axial gegen das entsprechende Lamellenpaket 4, 10 verschoben, so dass dieses endgültig zusammengedrückt wird und in vollen Reibschluss geht, während gleichzeitig das andere Lamellenpaket 4, 10 aufgrund der Kolbenbewegung entlastet wird, mithin also lüftet und diese Teilkupplung geöffnet wird. Es erfolgt also unter Aufbau eines definierten Vorsteuerdrucks, dessen Höhe durch die Auslegung der Federsteifigkeiten der beteiligten metallenen Faltenbalge 37, 38, 45 - 48 definiert wird, eine entsprechende Vorsteuerung der nachfolgend zuzuschaltenden, zu schließenden Teilkupplung, bevor die momentan noch zugeschaltete, aktive Teilkupplung geöffnet ist, so dass ein vollständiges unterbrechungsfreies Schalten und demzufolge ein Wechsel der Getriebestufen ohne jedwede Beeinträchtigung des Antriebs möglich ist.
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Es sei beispielsweise davon ausgegangen, dass die Teilkupplung 2 geschlossen ist, das heißt, dass im Primärdruckraum 34 ein hinreichend hoher Arbeitsdruck gegeben ist, der Druckkolben 29 nach rechts verschoben ist und das Lamellenpaket 4 im vollständigen Reibschluss ist, mithin also über den Außenlamellenträger 5 und das Nabenbauteil 22 das gekoppelte Ausgangsglied das beispielsweise über die Elektromaschine eingeleitete Drehmoment empfängt. Soll nun ein Wechsel der Getriebestufe erfolgen, also das Drehmoment auf das andere Ausgangsglied 25 geschaltet werden, so wird im ersten Primärdruckraum ein Arbeitsmedium unter Druck eingebracht, während gleichzeitig im zweiten Primärdruckraum 34 der Arbeitsdruck reduziert wird. Mit dem Einbringen des Arbeitsmediums in den Primärdruckraum 33 gelangt das Arbeitsmedium aber gleichzeitig auch in den zweiten Sekundärdruckraum 40 bzw. baut dort einen entsprechenden Arbeitsdruck auf, der aufgrund der Auslegung der Federsteifigkeit der metallenen Faltenbalge 47, 48 bereits sehr frühzeitig ausreicht, um die benachbarte Innenlamelle 14 axial zu verschieben und damit das Lamellenpaket 10 geringfügig zusammenzudrücken, noch bevor der Arbeitsdruck im ersten Primärdruckraum 33 so hoch ist, dass der Druckkolben 29 selbst aktiv verschoben wird. Es kommt zum Aufbau eines Schleppmoments in dem zweiten Lamellenpaket 10, so dass der Außenlamellenträger 11 in Rotation gebracht wird und mit ihm demzufolge auch das Ausgangsglied 25 andreht. Bei weiterer Druckerhöhung im ersten Primärdruckraum 33 und Druckerniedrigung im zweiten Primärdruckraum 34 wird der Kolben 29 sodann axial verschoben, das zweite Lamellenpaket 10 wird folglich zusammengedrückt und in vollen Reibschluss gebracht, so dass das vollständige Drehmoment nun über diese zweite, geschlossene Teilkupplung 3 übertragen wird, während gleichzeitig das erste Lamellenpaket 4 aufgrund des Druckabfalls entlastet und die erste Teilkupplung 2 geöffnet wird. Über die sich entspannenden Faltenbälge 45, 46 wird die benachbarte Innenlamelle 8 auch aktiv zurückgezogen und mithin das Lamellenpaket 4 auch aktiv gelüftet. Ein vollständiger, vollkommen unterbrechungsfreier Wechsel von der einen Teilkupplung 2 auf die andere Teilkupplung 3 ist hiermit erfolgt.
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Im erneuten Umschaltfall wird das Prozedere in umgekehrter Richtung durchgeführt, es wird das Arbeitsmedium unter Druck in den zweiten Primärdruckraum 34 eingebracht, so dass sich im gekoppelten ersten Sekundärdruckraum 39 ein entsprechender Vorsteuerdruck aufbaut, der dazu führt, dass das erste Lamellenpaket 4 vorgesteuert wird und in leichten Reibschluss gebracht wird, so dass wiederum das über den ersten Außenlamellenträger 5 gekoppelte, bis dato wiederum nicht rotierende Ausgangsglied andreht, während gleichzeitig der Druck im ersten Primärdruckraum 33 erniedrigt wird. Mit Erreichen des vollen Arbeitsdrucks im zweiten Primärdruckraum 34 wird sodann das erste Lamellenpaket 4 aktiv in vollen Reibschluss gedrückt und die Teilkupplung 2 geschlossen, während die Teilkupplung 3 dann vollständig geöffnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungseinrichtung
- 2
- Teilkupplung
- 3
- Teilkupplung
- 4
- Lamellenpaket
- 5
- Außenlamellenträger
- 6
- Außenlamelle
- 7
- Innenlamellenträger
- 8
- Innenlamelle
- 9
- Widerlagerabschnitt
- 10
- Lamellenpaket
- 11
- Außenlamellenträger
- 12
- Außenlamelle
- 13
- Innenlamellenträger
- 14
- Innenlamelle
- 15
- Widerlagerabschnitt
- 16
- Ringbauteil
- 17
- Ringbauteil
- 18
- Hohlwelle
- 19
- Rotorträger
- 20
- Rotor
- 21
- Koppelbauteil
- 22
- Nabenbauteil
- 23
- Koppelbauteil
- 24
- Nabenbauteil
- 25
- Ausgangsglied
- 26
- Radiallager
- 27
- Radiallager
- 28
- Betätigungseinrichtung
- 29
- Druckkolben
- 30
- Dichtelement
- 31
- Verbindungsabschnitt
- 32
- Verbindungsabschnitt
- 33
- Primärdruckraum
- 34
- Primärdruckraum
- 35
- Dichtelement
- 36
- Dichtelement
- 37
- Faltenbalg
- 38
- Faltenbalg
- 39
- Sekundärdruckraum
- 40
- Sekundärdruckraum
- 41
- Dichtelement
- 42
- Dichtelement
- 43
- Dichtelement
- 44
- Dichtelement
- 45
- Faltenbalg
- 46
- Faltenbalg
- 47
- Faltenbalg
- 48
- Faltenbalg
- 49
- Zuführkanal
- 50
- Zuführkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009059944 A1 [0004]
- DE 102007008946 A1 [0005]
