Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
MOMENTUM STARTER CLUTCH ASSEMBLY AND DRIVE TRAIN UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/219594
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a momentum starter clutch assembly (3) for arranging between an internal combustion engine (2) and a centrifugal mass device (4), comprising a friction clutch (8) and a dog clutch (9), the output side of the friction clutch being connectable to the input side of the dog clutch.

More Like This:
Inventors:
KUNTH, Michael (Bischofsbergweg 6, Mellrichstadt, 97638, DE)
PAONE, Alessio (Schloßgarten 7, Werneck, 97440, DE)
BARTHA, Alexander (Ebertsklinge 6 a, Würzburg, 97074, DE)
ROHM, Axel (Mainblick 3, Schonungen, 97453, DE)
KUNDERMANN, Wolfgang (Blasiusstraße 38, Dornburg-Dorndorf, 65599, DE)
RÖSSNER, Monika (Zu d. Weinbergen 26, Donnersdorf, 97499, DE)
VIERNEKES, Gerald (Pfarrer-Kraiß-Str. 8, Hassfurt, 97437, DE)
SCHMITT, Guido (Am Höhrieth 25, Oerlenbach, 97714, DE)
Application Number:
EP2018/061747
Publication Date:
December 06, 2018
Filing Date:
May 08, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG (Löwentaler Straße 20, Friedrichshafen, 88046, DE)
International Classes:
F16D11/10; B60K6/40; F16D23/04
Foreign References:
DE102015211436A12016-01-28
DE102015201931A12016-08-04
Other References:
None
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1 . Schwungstartkupplungsanordnung (3) zur Anordnung zwischen einem Verbrennungsmotor und einer Schwungmasseneinrichtung, mit einer Reibungskupplung (8) und einer Klauenkupplung (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsseite der Reibungskupplung (8) mit der Eingangsseite der Klauenkupplung (9) verbindbar ist.

2. Schwungstartkupplungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsseite (44) der Klauenkupplung (9) mit der Schwungmasseneinrichtung (4) koppelbar ist.

3. Schwungstartkupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klauenelement (28) der Klauenkupplung (8) mit der Reibungskupplung (8) mit Spiel koppelbar ist.

4. Schwungstartkupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klauenelement (28) der Klauenkupplung (9) mit dem Ausgang (44) der Klauenkupplung (9) spielfrei koppelbar ist.

5. Schwungstartkupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenkupplung (9) in Richtung Einrücken vorbelastet ist.

6. Schwungstartkupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenkupplung (9) radial außen eine erste Verzahnung (36) zur spielfreien Kopplung und eine zweite Verzahnung (38) zur Kopplung mit Spiel aufweist.

7. Schwungstartkupplungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzahnung (36), insbesondere die erste Verzahnung (36), radial weiter innen angeordnet ist.

8. Schwungstartkupplungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klauenelement (28) der Klauenkupplung (9) radial innen wenigstens eine, insbesondere eine einzige, Verzahnung (34) aufweist.

9. Schwungstartkupplungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (32) der Reibungskupplung (8) mit der radial inneren Verzahnung (34) der Klauenkupplung (9) mit Spiel koppelt.

10. Schwungstartkupplungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (40) des Ausgangs (44) der Klauenkupplung (9) mit der radial äußeren Verzahnung (38) des Klauenelementes (28) mit Spiel koppelt.

11. Schwungstartkupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere Verzahnung (34) des Klauenelementes (28) der Klauenkupplung (9) in Richtung Einrücken zuerst mit der Verzahnung (32) der Reibungskupplung (8) koppelt.

12. Schwungstartkupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (8) einen Reibkonus aufweist.

13. Schwungstartkupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenkupplung (9) einen Betätigungskolben (16) aufweist.

14. Schwungstartkupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (10) der Klauenkupplung (9) ein Betätigungslager (18) aufweist.

15. Schwungstartkupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (10) der Klauenkupplung (28) einen Druckraum (12) aufweist.

Description:
Schwunqstartkupplunqsanordnung sowie Antriebsstranqeinheit

Die Erfindung betrifft eine Schwungstartkupplungsanordnung zur Anordnung zwischen einem Verbrennungsmotor und einer Schwungmasseneinrichtung, mit einer Reibungskupplung und einer Klauenkupplung.

Bei hybridisierten Antriebssträngen besteht das Problem, den Verbrennungsmotor nach dem Ausschalten wieder zu starten. In einer bekannten Ausgestaltung sitzt dabei zwischen einer Schwungmasseneinrichtung und dem Elektromotor eine sogenannte Trennkupplung. Diese trennt den Elektromotor, der das Getriebe antreibt, von der Schwungmasse und dem Verbrennungsmotor, so dass bei rein elektromotorischem Betrieb der Verbrennungsmotor nicht mitgeschleppt werden muss.

Bei dieser Ausgestaltung muss der Elektromotor eine Energiereserve vorhalten, um mit dieser bei Bedarf den Verbrennungsmotor zu starten. Um dieses Problem zu umgehen, ist es bekannt, zwischen dem Verbrennungsmotor und der Schwungmasseneinrichtung eine Schwungstartkupplungsanordnung vorzusehen. Dadurch kann der Elektromotor mit der Schwungmasse verbunden bleiben, so dass die Schwungmasse als Energiespeicher genutzt wird. Statt also über eine Energiereserve den Verbrennungsmotor zu starten wird während des Betriebes der Elektromaschine ein für geringerer Anteil Energie in Rotationsenergie einer Schwungmasseneinrichtung gesteckt.

Dabei besteht Bedarf an einer möglichst effizient arbeitenden Schwungstartkupplungsanordnung.

Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass die Ausgangsseite der Reibungskupplung mit der Eingangsseite der Klauenkupplung verbindbar ist.

Als Kern der Erfindung wird angesehen, dass die Reibungskupplung und die Klauenkupplung zeitweise in Reihe geschaltet betrieben werden können. Es handelt sich hierbei uns einen Zeitabschnitt während des Einkuppeins der Klauenkupplung. Die Reibungskupplung kann daher auch als Synchronisierkupplung bezeichnet werden. Vorzugsweise kann die Ausgangsseite der Klauenkupplung mit der Schwungmasseneinrichtung koppelbar oder gekoppelt sein. Insbesondere kann die Ausgangsseite der Klauenkupplung mit der Schwungmasseneinrichtung verschraubt oder vernietet sein.

Vorteilhafterweise kann ein Klauenelement der Klauenkupplung mit der Reibungskupplung mit Spiel koppelbar sein. In diesem Zeitabschnitt stellt das Klauenelement die Eingangsseite der Klauenkupplung dar.

Vorteilhafterweise kann ein Klauenelement der Klauenkupplung mit dem Ausgang der Klauenkupplung spielfrei koppelbar sein. An dieser Stelle sind zwei Merkmale zu definieren. Als Ausgang der Klauenkupplung wird dabei alles angesehen, was auf das Klauenelement folgt. Es können also ein oder mehrere Bauteile den Ausgang der Klauenkupplung bilden. Eine spielfreie Kopplung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dann spielfrei, wenn die Verzahnung mit geringstmöglichem Spiel ausgebildet ist. Völlig spielfrei kann die Verzahnung nicht ausgestaltet werden, da eine Axialbewegung des Klauenelements gegenüber dem Ausgang möglich sein muss. Eine spielfreie Kopplung oder Verzahnung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist zumindest eine Kopplung, die weniger Spiel aufweist, als eine Kopplung mit Spiel. Bei der Klauenkupplung sind also zwei verschiedene Kopplungen, eine mit mehr Spiel und eine mit weniger Spiel, realisiert. Die mit weniger Spiel wird als spielfrei bezeichnet.

Vorzugsweise kann die Klauenkupplung in Richtung Einrücken vorbelastet zu sein. Sie ist also als sogenannte normally-closed-Kupplung ausgelegt.

Vorzugsweise kann das Klauenelement radial außen eine erste Verzahnung zur spielfreien Kopplung und eine zweite Verzahnung zur Kopplung mit Spiel aufweisen. Wie weiter unten geschildert, bedarf es keiner zweier verschiedenen Verzahnungen auf Seiten des Klauenelementes, um eine Kopplung mit und ohne Spiel herzustellen. Diese Ausgestaltung ist aber bevorzugt. Vorzugsweise kann der Ausgang des Klauenelementes eine Verzahnung radial weiter innen aufweisen als eine weitere Verzahnung. Insbesondere kann die erste Verzahnung radial weiter innen angeordnet sein als die zweite Verzahnung. Durch diese Anordnung kann die erste Verzahnung mit der Gegenverzahnung der zweiten Verzahnung überlappen, ohne in diese einzugreifen. Dadurch kann die zweite Verzahnung axial gegenüber der Verzahnung verschoben werden, ohne dass die andere Verzahnung mit der Gegenverzahnung in Berührung kommt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Verzahnung weiter innen spielfrei ausgelegt ist und ein Eingreifen dieser Verzahnung mit der Gegenverzahnung der ersten Verzahnung dann zur Folge hätte, dass das Klauenelement gegenüber dem Ausgang spielfrei festgelegt ist, was unerwünscht ist.

Vorzugsweise kann ein Klauenelement der Klauenkupplung radial innen wenigstens eine, insbesondere eine einzige, Verzahnung aufweisen.

Insbesondere kann die Verzahnung des Klauenelementes radial innen mit der Reibungskupplung mit Spiel koppeln. D. h., dass die Reibungskupplung radial außen eine Verzahnung aufweist, die mit der Verzahnung radial innen des Klauenelementes in Eingriff bringbar ist. Dementsprechend ist die Reibungskupplung auch radial innerhalb des Klauenelementes angeordnet.

Vorteilhafterweise kann die Verzahnung des Ausgangs der Klauenkupplung mit dem Klauenelement mit Spiel koppeln. Dementsprechend sind die beiden Verzahnungen, die beim Einrücken zuerst miteinander in Eingriff stehen, nämlich die Verzahnung zwischen Klauenelement und Reibungskupplung, sowie zwischen Klauenelement und Ausgang der Klauenkupplung, mit Spiel. Die Verzahnung zwischen dem Eingang der Klauenkupplung und dem Ausgang der Klauenkupplung sind dagegen spielfrei, was dadurch ermöglicht wird, dass wie bereits beschrieben auf der Ausgangsseite des Klauenelements zwei unterschiedliche Verzahnungen angeordnet sind.

Vorteilhafterweise kann die radial innere Verzahnung des Klauenelements in Richtung Einrücken zuerst mit der Verzahnung der Reibungskupplung koppeln. Dadurch kann die Reibungskupplung als Synchronisierkupplung arbeiten. Insbesondere wird dadurch beim Einrücken zuerst die Reibungskupplung aktiv und danach erst die Klauenkupplung in dem Sinne, dass zuerst die Reibungskupplung und dann die formschlüssige Kupplung eingekoppelt werden.

Vorteilhafterweise kann die Reibungskupplung einen Reibkonus aufweisen.

Vorteilhafterweise können das Eingangsteil der Klauenkupplung und der Reibkegel an einem einzigen Bauteil ausgebildet sein. Dieses ist damit Eingangsteil für die Reibungskupplung und für die Klauenkupplung.

Vorzugsweise kann die Klauenkupplung einen Betätigungskolben aufweisen. Dieser kann vorzugsweise mit dem Klauenelement verbunden sein. Weiterhin kann die Betätigungseinrichtung der Klauenkupplung ein Betätigungslager aufweisen. Dieses kann insbesondere die Drehbewegung zwischen dem Betätigungskolben und dem Betätigungszylinder entkoppeln. Weiterhin kann die Bestätigungsrichtung vorzugsweise einen Druckraum aufweisen.

Vorzugsweise kann der Druckraum im Eingangsteil der Klauenkupplung ausgebildet sein. Ist dies ebenfalls das Eingangsteil der Reibungskupplung ergibt sich eine extrem kompakte Bauweise der Sprungstartkupplungsanordnung.

Daneben betrifft die Erfindung eine Antriebsstranganordnung mit einer

Schwungstartkupplungsanordnung, und zumindest einem Teil einer Schwungmasseneinrichtung. Die Antriebsstranganordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schwungstartkupplungsanordnung wie beschrieben ausgebildet ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Antriebsstranganordnung,

Fig. 2 eine Schwungstartkupplungsanordnung in einer ersten Betriebsposition, Fig. 3 eine Schwungstartkupplungsanordnung in einer zweiten Betriebsposition,

Fig. 4 eine Schwungstartkupplungsanordnung in einer dritten Betriebsposition, und

Fig. 5 eine Antriebsstranganordnung in einer detaillierten Ansicht.

Figur 1 zeigt einen Antriebsstrang 1 mit einem Verbrennungsmotor 2, einer

Schwungstartkupplungsanordnung 3, einer Schwungmasseneinrichtung 4, einer Trennkupplung 5, einem Elektromotor 6 und einem Getriebe 7. Der Elektromotor 6 kann dabei als Einzelelektromotor oder als in Reihe geschaltete Elektromotoren ausgestaltet sein, wesentlich ist hier, dass der Elektromotor 6 vor dem Getriebe 7 am Antriebsstrang 1 angreift.

Die Schwungstartkupplungsanordnung 3 zeichnet sich durch ihre Lage vor der Schwungmasseneinrichtung 4 aus. Dieses liegt an der besonderen Funktion der Schwungstartkupplungsanordnung 3, die lediglich dem Hochreisen des Verbrennungsmotors 2 dient und ansonsten das Drehmoment des Verbrennungsmotors 2 überträgt. Durch das Vorsehen der Schwungstartkupplungsanordnung 3 ist es möglich, den Elektromotor 6 mit geringeren Leistungsreserven auszugestalten, wodurch dieser günstiger herstellbar ist. Dabei trennt die Schwungstartkupplungsanordnung 3 den Verbrennungsmotor 2 vom Rest des Antriebsstrangs bei rein elektronischem Betrieb, der Elektromotor 6 treibt bei rein elektromotorischem Betrieb also auch die Schwungmasseneinrichtung 4 als Energiespeicher an. Die Zusatzleistung, die der Elektromotor 6 hierfür im rein elektromotorischem Betrieb aufbringen muss ist aber geringer als die Leistungsreserve die von Nöten wäre, wenn der Elektromotor 6 zum Starten des Verbrennungsmotors nicht nur diesen sondern auch die Schwungmasseneinrichtung 4 beschleunigen müsste.

Insgesamt gesehen ist während des Betriebs des Elektromotors 6 also geringfügig mehr Leistung vorzusehen, um die Schwungmasseneinrichtung 4 am Laufen zu halten. Dafür kann der Elektromotor 6 aber insgesamt schwächer ausgelegt werden, da die in der Schwungmasseneinrichtung 4 gespeicherte Energie dann zum Starten des Verbrennungsmotors 2 verwendet werden kann.

Die Schwungstartkupplungsanordnung 3 ist insbesondere keine Anfahrkupplung, da sie nicht verwendet wird, um das Kraftfahrzeug in Bewegung zu versetzen. Unabhängig davon, ob das Kraftfahrzeug bereits in Bewegung ist oder nicht, dient die Schwungstartkupplungsanordnung 3 lediglich dazu, den Verbrennungsmotor 2 zu starten. Sie ist daher von der Auslegung her beispielsweise in Bezug auf den Abtransport von Wärme anders auslegbar als eine Anfahrkupplung. Insofern macht sich die unterschiedliche Funktion beispielsweise in der Materialmenge der Anpressplatte bemerkbar.

Die Figur 2 zeigt die Schwungstartkupplungsanordnung 3 in ausgerücktem Zustand. Dabei sind sowohl die Reibungskupplung 8 als auch die Klauenkupplung 9 ausgerückt. Das Ausrücken wird durch die Betätigungseinrichtung 10 realisiert, wobei Drucköl in einem Druckraum 12 den Betätigungszylinder 14 in axialer Richtung verschiebt und der Betätigungszylinder 14 einen Betätigungskolben 16 hierdurch ebenfalls axial verschiebt. Zwischen dem Betätigungszylinder 14 und dem Betätigungskolben 16 ist ein Betätigungslager 18 angeordnet.

Der Druckraum 12 ist dabei in der Eingangsnabe 20 angeordnet, die gleichzeitig das Eingangsteil in der Reibungskupplung 8 wie auch in der Klauenkupplung 9 ist. Mit der Eingangsnabe 20 ist der Kupplungskörper 22 fest verbunden, der den einen Teil 24 der Konuskupplung aufweist.

Der Kupplungskörper 22 umfasst ebenfalls eine Verzahnung 26, die mit dem

Klauenelement 28 in Eingriff bringbar ist. Die Reibungskupplung 8 umfasst neben dem Kupplungskörper 22 auch noch den zweiten Teil 30, der ebenfalls einen Halbkonus aufweist und der zusätzlich mit einer Verzahnung 32 ausgestattet ist.

Das Klauenelement 28 weist drei Verzahnungen auf, und zwar die Verzahnungen 34, 36 und 38. In Figur 2 steht lediglich die Verzahnung 38 mit ihrer Gegenverzahnung 40 in Eingriff. Die Gegenverzahnung 40 ist wie die Gegenverzahnung 42 am Aus- gang 44 der Klauenkupplung angeordnet. In Figur 2 sind die Kupplungen 8 und 9 ausgerückt, weswegen die Verzahnung 36 und 34 mit keiner Verzahnung in Eingriff stehen. Die Verzahnung 38 des Klauenelementes 28 steht mit der Verzahnung 40 in Eingriff, und zwar mit Spiel. Der Ausgang 44 der Klauenkupplung 9 umfasst zwei Hauptteile, nämlich den Zähne tragenden, axialen Teil 46 und den radialen Teil 48. Der radiale Teil 48 ist mit dem Eingang 50 eines Zweimassenschwungrades vernietet. Zwischen dem Betätigungskolben 16 und dem Ausgang 44 ist eine Vorlastfeder 52 angeordnet, die die Kupplungen 8 und 9 in Richtung Einrücken vorspannt.

Figur 3 zeigt die Schwungstartkupplungsanordnung 3 nach Figur 2 in einer ersten Einrückungsposition. Dabei sind der Übersichtlichkeit halber einige Bezugszeichen weggelassen worden, jedoch entsprechen sich die Schwungstartkupplungsanord- nungen 3 gemäß den Figuren 2 und 3 nach Bauteilen vollständig, weswegen vollumfänglich auf Figur 2 verwiesen wird. Der Unterschied zu Figur 2 ist lediglich durch ein Vermindern des Betätigungsdruckes, weswegen der Betätigungskolben 16 durch die Vorlastfeder 52 in Richtung Einrücken bewegt worden ist, wobei zuerst die Verzahnung 34 des Klauenelementes 28 mit der Verzahnung 32 des Teils 30 der Reibungskupplung 8 in Eingriff kommt. Dadurch ist in der Position nach Figur 3 die Reibungskupplung 8 geschlossen, während die Klauenkupplung 9 noch geöffnet ist. Die Verzahnungen 32 und 34 sind ebenfalls mit Spiel belegt, weswegen in Figur 3 nur Verzahnungen mit Spiel in Eingriff stehen. Dies sind die radial innere Verzahnung 34 des Klauenelements 28 mit der Verzahnung 32 des Teils 30, wobei die Verzahnung 32 radial außen liegt.

Weiterhin sind die Verzahnung 38 und die Gegenverzahnung 40 in Eingriff, wobei dieser ebenfalls mit Spiel in Eingriff stehen. Die Verzahnung 38 ist radial außen am Klauenelement 28 angeordnet und die Gegenverzahnung 40 radial innen am Ausgang 44.

Der Drehmomentpfad 54 läuft dementsprechend über die Reibungskupplung 8, wobei die Pfeile in umgekehrter Richtung dargestellt sind. Figur 4 zeigt die Schwungstartkupplungsanordnung 3 in vollständig eingerückter Position. Dabei tritt die Verzahnung 36 mit der Gegenverzahnung 42 in Eingriff und die Verzahnung 34 mit der Verzahnung 36. Diese Verzahnungseingriffe sind spielfrei in dem Sinne, dass sie mit geringerem Spiel als die Verzahnungen in Figur 3 in Eingriff stehen. Vorzugsweise mit dem geringstmöglichem Spiel, das eine axiale Bewegung des Klauenelements 28 zulässt.

Figur 4 zeigt den Drehmomentweg 56, der nunmehr von der Eingangsnabe 20 über den Kupplungskörper 22 und von dort von der Verzahnung 26 über die Verzahnung 34 und das Klauenelement 28 sowie die Verzahnung 36 auf die Verzahnung 38 und damit auf den Ausgang 44 der Klauenkupplung führt. Von dort geht das Drehmoment auf den Eingang der Schwungmasseneinrichtung in Form des Zweimassenschwungrades und dort zuerst auf den Eingang 50. Auch in Figur 4 sind die Pfeile des Drehmomentpfades 56 in umgekehrter Richtung zu sehen.

Figur 5 zeigt die Schwungstartkupplungsanordnung 3 mit weiteren Komponenten des Antriebsstrangs und insbesondere ausgehend von der Kurbelwelle 58 über eine Flexplateanordnung 60. Auf die Schwungstartkupplungsanordnung 3 folgt wie beschrieben ein Zweimassenschwungrad 62, dessen Eingang 50 wie beschrieben mit der Schwungstartkupplungsanordnung 3 verbunden ist. Weiterhin weist der Antriebsstrang 1 einen Tilger 64 und einen zweiten Torsionsschwingungsdämpfer 66 auf.

Bezuqszeichen Antriebsstrang

Verbrennungsmotor

Schwungstartkupplungsanordnung Schwungmasseneinrichtung

Trennkupplung

Elektromotor

Getriebe

Reibungskupplung

Klauenkupplung

Bertätigungseinrichtung

Druckraum

Betätigungszylinder

Betätigungskolben

Betätigungslager

Eingangsnabe

Kupplungskörper

Teil

Verzahnung

Klauenelement

Teil

Verzahnung

Verzahnung

Verzahnung

Verzahnung

Gegenverzahnung

Gegenverzahnung

Ausgang

Teil

Teil

Eingang

Vorlastfeder Drehmomentpfad

Drehmomentpfad

Kurbelwelle

Flexplateanordnung

Tilger

Torsionsschwingungsdämpfer