Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahr- zeugs, mit einem als Antriebselement wirkenden Drehmomenteingangsbauteil, z. B. zum Einleiten von Drehmoment einer Antriebsmaschine wie einer Verbrennungs- kraftmaschine oder einer elektrischen Maschine (E-Maschine), und mit einem als Ab- triebselement wirkenden Drehmomentausgangsbauteil, wie z.B. einer Getriebeein- gangswelle oder einer Abtriebswelle einer zweiten Antriebsmaschine, wobei das Drehmomenteingangsbauteil über eine schaltbare Kupplung drehmomentübertragend mit dem Drehmomentausgangsbauteil verbindbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Hybridmodul, beispielsweise für eine P2-Hybridanwendung oder eine Hybridan- wendung mit zwei elektrischen Maschinen und einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer ersten Antriebsmaschine, die permanent mit einer Getriebeeingangswelle dreh- momentübertragend verbunden ist, und einer zweiten Antriebsmaschine, die über eine erfindungsgemäße Kupplungseinheit schaltbar mit der Getriebeeingangswelle und/oder einer Abtriebswelle der ersten Antriebsmaschine drehmomentübertragend verbindbar ist. Das heißt also, dass die Kupplungseinheit vorzugsweise als eine Trennkupplung (K0) zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe oder einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine ein- gesetzt wird.

Aus dem Stand der Technik sind bereits sogenannte Trennkupplungen bekannt, die eingesetzt werden, um eine Antriebsmaschine mit dem Antriebsstrang zu verbinden oder von ihm abzukoppeln. Zum Beispiel offenbart die DE 10 2014 206 330 A1 eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für mittels eines Verbrennungsmotors und eines elektrischen Antriebs antreibbare Hybridfahrzeuge, die geeignet ist zur Anordnung in einem Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs zwischen dem Verbrennungsmotor und ei- nem Getriebe des Hybridfahrzeugs, mit dem elektrischen Antrieb, der einen insbeson- dere um eine Mittenlängsachse der Drehmomentübertragungsvorrichtung rotierenden Rotor aufweist; mit einer Trennkupplung zum Entkuppeln des Verbrennungsmotors vom Getriebe; und mit einem Fliehkraftpendel zum Dämpfen von Schwingungen; wo- bei das Fliehkraftpendel axial innerhalb des Rotors angeordnet ist. Als Trennkupplung werden dabei reibschlüssige Kupplungen, wie z.B. trockene Einscheibenkupplungen oder Mehrscheibenkupplungen sowie nasse Lamellenkupplungen, eingesetzt, die mit- tels einem Zentralausrücksystem, einer Drehdurchführung oder einer Magnetspule be- tätigt werden.

Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass solche reibschlüssigen Trennkupplungen einen hohen Verschleiß haben, sich stark erwärmen, so dass oft- mals eine Kühlung erforderlich ist, und die Betätigung der Kupplung bauraum- und kostenintensiv ist.

Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll eine Kupplungseinheit bereitgestellt werden, die die Funktionen einer Trennkupplung erfüllt und gleichzeitig hinsichtlich ihres Aufbaus, ihrer Ansteuerung und ihrer Aktuierung einfacher, kosten- günstiger und kompakter ausgebildet ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungs- gemäß dadurch gelöst, dass die Kupplung der Kupplungseinheit ein translatorisch verschiebbares Kupplungselement aufweist, das so ausgebildet und angeordnet ist, dass das Kupplungselement in einer Betätigungsstellung, d.h. in einer betätigenden Position, über einen Formschluss eine Drehmomentweitergabe von dem Drehmo- menteingangsbauteil an das Drehmomentausgangsbauteil ermöglicht.

Das heißt also, dass das Kupplungselement in der Betätigungsstellung das Drehmo- menteingangsbauteil mit dem Drehmomentausgangsbauteil formschlüssig zur Dreh- momentübertragung verbindet, so dass die Kupplung geschlossen ist, und dass das Kupplungselement, wenn es nicht in der Betätigungsstellung ist, kein Drehmoment überträgt, so dass die Kupplung geöffnet ist und das Kupplungselement in einer Ent- koppelstellung, also einer unbetätigenden Stellung, ist.

Dies hat den Vorteil, dass die Trennkupplung also nicht als eine Reibkupplung, son- dern als eine formschlüssige Kupplung ausgebildet ist, deren Betätigung bauraumspa- render und kostengünstiger umgesetzt werden kann. Außerdem werden oben ge- nannte Nachteile einer Reibkupplung hinsichtlich Verschleiß und erforderlicher Küh- lung vermieden.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und wer- den nachfolgend näher erläutert.

Zudem ist es zweckmäßig, wenn ein Elektromotor zum translatorischen Verfahren des Kupplungselements vorhanden ist. D.h., dass das Kupplungselement elektromotorisch durch den Betrieb/das Ansteuern des Elektromotors translatorisch verlagerbar ist. Die formschlüssige Kupplung ist also elektromotorisch betätigbar. So kann eine Betäti- gungs-Aktorik der Kupplung vorteilhafterweise mit einer geringen Anzahl an Bauteilen ausgebildet werden. Außerdem kann durch die elektromotorische Ansteuerung der Kupplung erreicht werden, dass die Zeitverzögerung zwischen der Ansteuerung der Betätigung und dem Schließen/Öffnen der Kupplung sehr gering ist. Ferner ist dadurch die translatorische Verschiebung des Kupplungselements präzise und in bei- de Richtungen (zum Betätigen und zum Entkoppeln) steuerbar.

Außerdem ist es von Vorteil, wenn der Elektromotor als ein Linearmotor ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der Elektromotor so ausgebildet, dass ein von ihm ange- triebenes Bauteil, also das Kupplungselement, nicht in eine drehende Bewegung, sondern in eine translatorische Bewegung versetzt wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein Stator des Elektromotors beispielsweise über einen Statorträger an einem festste- henden Gehäuse befestigt ist. Auch ist es bevorzugt, wenn das Kupplungselement, vorzugsweise fest, an einem Rotor des Elektromotors angebunden ist, so dass das Kupplungselement mit dem Rotor zusammen translatorisch verlagert wird.

Auch ist zweckmäßig, wenn der Rotor des Elektromotors und/oder der Stator des Elektromotors in Radialrichtung außerhalb des Kupplungselements angeordnet ist. SO kann der Elektromotor zu Betätigung der Kupplung platzsparend in den vorhandenen Bauraum integriert werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Drehmomenteingangsbauteil und das Drehmomen- tausgangsbauteil so ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine Dreh- zahl des Drehmomenteingangsbauteils und eine Drehzahl des Drehmomentaus- gangsbauteils synchronisierbar sind. Dadurch wird vorteilhafterweise ermöglicht, dass eine formschlüssige Kupplung als Trennkupplung eingesetzt werden kann, bei der schlagartig bei Eingehen des Formschlusses das Drehmoment des Drehmomentein- gangsbauteils auf das Drehmomentausgangsbauteil übertragen wird. Die Drehzahl des Drehmomenteingangsbauteils muss also mit der Drehzahl des Drehmomentaus- gangsbauteils übereinstimmen, wenn die Kupplung betätigt wird.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Kupplungselement als eine Schiebemuffe aus- gebildet ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Schiebemuffe in Umfangsrich- tung formschlüssige, leichtspielbehaftete Verbindungselemente zum formschlüssigen Verbinden des Drehmomenteingangsbauteils mit dem Drehmomentausgangsbauteil aufweist.

Auch ist es von Vorteil, wenn das Kupplungselement so gelagert und/oder geführt ist, dass es zwischen der Betätigungsstellung und der Entkoppelstellung, in der kein Drehmoment übertragen wird, in Axialrichtung verschieblich ist.

Zudem zeichnet sich ein günstiges Ausführungsbeispiel dadurch aus, dass das Dreh- momenteingangsbauteil und das Drehmomentausgangsbauteil koaxial angeordnet sind. So ist es in vorteilhafter Weise möglich, die beiden Bauteile ohne Zwischenstufe drehmomentübertragend miteinander zu koppeln.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn das Kupplungselement eine Verzahnung aufweist und wenn das Drehmomenteingangsbauteil und das Drehmomentausgangsbauteil je- weils eine Gegenverzahnung aufweisen, wobei die Gegenverzahnung bei Zusam- menwirken mit der Verzahnung der Kupplungselements Drehmoment überträgt. Das heißt also, dass die Verzahnung des Kupplungselements zum Übertragen von Dreh- moment gleichzeitig in die Gegenverzahnung des Drehmomenteingangsbauteils und in die Gegenverzahnung des Drehmomentausgangsbauteils eingreift. Wenn kein Drehmoment übertragen wird, ist die Verbindung zwischen der Verzahnung des Kupp- lungsbauteils und der Gegenverzahnung des Drehmomenteingangsbauteils und/oder zwischen der Verzahnung des Kupplungsbauteils und der Gegenverzahnung des Drehmomentausgangsbauteils gelöst. Mit anderen Worten wird das Kupplungsele- ment durch translatorische Verschiebung in einen Verzahnungseingriff mit dem Dreh- momenteingangsbauteil und dem Drehmomentausgangsbauteil zur Drehmomentüber- tragung gebracht.

Auch ist es von Vorteil, wenn die Gegenverzahnung des Drehmomenteingangsbau- teils und/oder die Gegenverzahnung des Drehmomentausgangsbauteils als eine Au- ßenverzahnung ausgebildet sind/ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Gegen- verzahnung des Drehmomenteingangsbauteils und/oder die Gegenverzahnung des Drehmomentausgangsbauteils als Stirnrad und/oder geradeverzahnt ausgebildet ist.

Außerdem ist es bevorzugt, wenn die Gegenverzahnung des Drehmomenteingangs- bauteils und die Gegenverzahnung des Drehmomentausgangsbauteils auf derselben axialen Höhe angeordnet sind. Das heißt, dass das Drehmomenteingangsbauteil und das Drehmomentausgangsbauteil denselben Verzahnungsdurchmesser aufweisen.

So ist es möglich, dass die Gegenverzahnungen in die gleiche Verzahnung (nämlich des Kupplungselements) zur Drehmomentübertragung eingreifen, so dass auf einfa- che Weise eine übersetzungsfreie Drehmomentübertragung von dem Drehmoment- eingangsbauteil an das Drehmomentausgangsbauteil sichergestellt wird.

Weiterhin zeichnet sich ein günstiges Ausführungsbeispiel dadurch aus, dass die Ver- zahnung des Kupplungselements als eine Innenverzahnung ausgebildet ist. Auch ist es bevorzugt, wenn die Innenverzahnung mit konstantem Verzahnungsdurchmesser ausgebildet ist, der dem Verzahnungsdurchmesser des Drehmomenteingangsbauteils und/oder dem Verzahnungsdurchmesser des Drehmomentausgangsbauteils ent- spricht. Ferner ist es möglich, andere Formschlusselemente zur formschlüssigen Kraftüber- tragung an dem Kupplungselement, dem Drehmomenteingangsbauteil und dem Drehmomentausgangsbauteil zu verwenden.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn eine Arretierung zur axialen Positionierung des Kupplungselements in der Betätigungsstellung und/oder der Entkoppelstellung vor- handen ist. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn an dem Kupplungselements und dem Drehmomenteingangsbauteil oder dem Drehmomentausgangsbauteil Arretie- rungselemente ausgebildet sind, die so miteinander Zusammenwirken, dass bei Errei- chen einer axialen Position (nämlich der Betätigungsstellung/Betätigungsposition oder der Entkoppelstellung/Entkoppelposition) des Kupplungselements relativ zu dem Drehmomenteingangsbauteil oder dem Drehmomentausgangsbauteil das Kupplungs- element nicht in Axialrichtung weiter translatorisch verlagert wird.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die Arretierungselemente als eine über eine Feder in Radialrichtung vorgespannte Kugel und als in Radialrichtung ausgebildete Ausneh- mungen, in die die Kugel in der Betätigungsstellung oder der Entkoppelstellung durch die Vorspannung der Feder gedrückt wird, ausgebildet sind.

Außerdem ist es bevorzugt, wenn ein Anschlag zum Begrenzen der axialen Verschie- bung des Kupplungselements vorhanden ist. So kann vorteilhafterweise verhindert werden, dass das Kupplungselement in Axialrichtung zu weit bzw. weiter als notwen- dig verfahren wird. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der Anschlag als ein radial nach innen von dem Kupplungselement vorstehendes vorzugsweise als Ringbauteil ausgebildetes Anschlagselement ausgebildet ist, das so angeordnet ist, dass es bei Erreichen der Betätigungsstellung an dem Drehmomenteingangsbauteil und bei Errei- chen der Entkoppelstellung an dem Drehmomentausgangsbauteil anliegt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Flybridmodul mit einer ersten An- triebsmaschine, die permanent mit einer Getriebeeingangswelle drehmomentübertra- gend verbunden ist, und einer zweiten Antriebsmaschine, die über eine solche Kupp- lungseinheit schaltbar mit der Getriebeeingangswelle und/oder einer Abtriebswelle der ersten Antriebsmaschine drehmomentübertragend verbindbar ist, gelöst.

Die Figuren werden nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kupp- lungseinheit in einer Entkoppelstellung, in der kein Drehmoment übertragen wird, und

Fig. 2 eine schematische Längsschnittdarstellung der Kupplungseinheit in einer Betä- tigungsstellung, in der Drehmoment übertragen wird.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver- ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungseinheit 1 für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Kupplungseinheit 1 weist ein Drehmomenteingangsbauteil 2 auf, das als ein Antriebselement beispielsweise einer nicht dargestellten Antriebsmaschine wirkt. Außerdem weist die Kupplungseinheit 1 ein Drehmomentausgangsbauteil 3 auf, das als ein Abtriebselement wirkt und beispielsweise eine Getriebeeingangswelle oder eine Abtriebswelle einer zweiten Antriebsmaschine ist. Das Drehmomenteingangsbau- teil 2 ist über eine schaltbare Kupplung/Trennkupplung 4 drehmomentübertragend mit dem Drehmomentausgangsbauteil 3 verbindbar.

Die Kupplung 4 weist ein Kupplungselement 5 auf, das durch translatorische Ver- schiebung in eine Betätigungsstellung oder eine Entkoppelstellung verlagert werden kann. In der Betätigungsstellung wird das Drehmoment des Drehmomenteingangs- bauteils 2 über eine formschlüssige Verbindung an das Kupplungselement 5 übertra- gen und von dort über eine formschlüssige Verbindung an das Drehmomentaus- gangsbauteil 4 übertragen. Die Kupplung 4 ist also in einer Betätigungsstellung des Kupplungselements 5 geschlossen. In der Entkoppelstellung ist die formschlüssige Verbindung zwischen dem Kupplungselement 5 und dem Drehmomenteingangsbau- teil 2 gelöst, so dass kein Drehmoment übertragen wird.

Die translatorische Verschiebung des Kupplungselements 5 wird durch einen Elekt- romotor 6, der als ein Linearmotor 7 ausgebildet ist, erwirkt. Bei Betrieb des Elektro- motors 6 wirken die Magnetfelder eines Stators 8 und eines Rotors 9 des Elektromo- tors 6 so aufeinander, dass der Rotor 9 relativ zu dem Stator 8 translatorisch in Axial- richtung verschoben wird. Das Kupplungselement 5 ist fest an dem Rotor 9 angebun- den, so dass das Kupplungselement 5 zusammen mit dem Rotor 9 bei Betrieb des Elektromotors 6 in Axialrichtung verschoben wird. Der Stator 8 ist über einen Stator- träger 10 fest mit einem feststehenden Gehäuse 11 verbunden.

Der Rotor 9 ist radial außerhalb des Kupplungselements 5 und koaxial zu dem Kupp- lungselement 5, dem Drehmomenteingangsbauteil 2 und/oder dem Drehmomentaus- gangsbauteil 3 angeordnet. Der Stator 8 ist koaxial zu und radial außerhalb des Ro- tors 9 angeordnet.

Das Kupplungselement 5 ist als eine Schiebemuffe 12 und ringförmig ausgebildet.

Das Drehmomenteingangsbauteil 2 weist eine Außenverzahnung 13 auf, die als in Umfangsrichtung drehmomentübertragende, spielbehaftete, geradverzahnte Verzah- nung ausgebildet ist. Das Kupplungselement 5 weist eine Innenverzahnung 14 auf, die auf einer radialen Innenseite des Kupplungselements 5 als in Umfangsrichtung drehmomentübertragende, spielbehaftete, geradverzahnte Verzahnung ausgebildet ist, die bei Zusammenwirken mit der Außenverzahnung 13 an dem Drehmomentein- gangsbauteil 2 Drehmoment von dem Drehmomenteingangsbauteil 2 an das Kupp- lungselement 5 überträgt. Das Drehmomentausgangsbauteil 3 weist eine Außenver- zahnung 15 auf, die als in Umfangsrichtung drehmomentübertragende, spielbehaftete, geradverzahnte Verzahnung ausgebildet ist und bei Zusammenwirken mit der Innen- verzahnung 14 an dem Kupplungselement 5 Drehmoment von dem Kupplungsele- ment 5 an das Drehmomentausgangsbauteil 3 überträgt. Wenn das Kupplungselement 5 in der Entkoppelstellung ist, steht es nur mit dem Drehmomentausgangsbauteil 3 in Verzahnungseingriff. Durch die axiale Verschiebung des Kupplungselements 5 in die Betätigungsstellung wird die Innenverzahnung 14 in die Außenverzahnung 13 geschoben, so dass das Kupplungselement 5 sowohl mit dem Drehmomentausgangsbauteil 3 als auch mit dem Drehmomenteingangsbauteil 2 in Eingriff steht. Das Kupplungselement 5 kann also nur in die Außenverzahnung 14 eingeschoben werden, wenn die Drehzahl des Drehmomenteingangsbauteils 2 mit der Drehzahl des Kupplungselements 5, also der Drehzahl des Drehmomentausgangs- bauteils 3, übereinstimmt. In der Betätigungsstellung steht die Innenverzahnung 14 über die gesamte Verzahnungslänge der Außenverzahnung 13 mit der Außenverzah- nung 13 im Zahneingriff. In der Entkoppelstellung steht die Innenverzahnung 14 über die gesamte Verzahnungslänge des Drehmomentausgangsbauteils 3 mit der Außen- verzahnung 15 im Zahneingriff.

In der Kupplungseinheit 1 ist es Arretierung 16 vorhanden, die zur axialen Positionie- rung des Kupplungselements 5 relativ zu dem Drehmomentausgangsbauteil 3 und damit zu dem Drehmomenteingangsbauteil 2 dient. Die Arretierung 16 wird durch zwei Ausnehmungen 17 in der radialen Innenseite des Kupplungselements 5 und eine Ku- gel 18 gebildet. Die Kugel 18 ist über eine Feder 19 in Radialrichtung vorgespannt und an dem Drehmomentausgangsbauteil 3 angebunden. Die Ausnehmungen 17 sind so in dem Kupplungselement 5 angeordnet, dass sich das Kupplungselement 5 entweder in der Betätigungsstellung oder in der Entkoppelstellung befindet, wenn die Kugel 18 in der ersten Ausnehmung 17 oder der zweiten Ausnehmung 17 liegt. Die Ausneh- mungen 17 haben einen dreieckigen Querschnitt, so dass bei axialer Verlagerung des Kupplungselements 5 die Kugel 18 aus den Ausnehmungen 17 herausgeführt wird.

An dem Kupplungselement 5 ist ein Anschlag 20 ausgebildet, der mit einer axialen Seite an dem Drehmomenteingangsbauteil 2 anliegt, wenn das Kupplungselement 5 in der Betätigungsstellung ist, oder mit der anderen axialen Seite an dem Drehmo- mentausgangsbauteil 3 anliegt, wenn das Kupplungselement 5 in der Entkoppelstel- lung ist. Der Anschlag 20 ist als ein Ringbauteil ausgebildet, das von dem Kupplungs- element 5 in Radialrichtung nach innen bis über die Innenverzahnung 14 hinaus her- vorsteht. Das Drehmomentausgangsbauteil 3 ist auf einer Hohlwelle 21 über eine Welle-Nabe- Verbindung 22 befestigt. Über die Hohlwelle 21 wird das Drehmoment beispielsweise an eine Getriebeeingangswelle oder eine Abtriebswelle einer Antriebsmaschine wei- tergegeben. Das Drehmomentausgangsbauteil 3 kann auch einstückig mit der Hohl- welle 21 ausgebildet sein.

Die Hohlwelle 21 ist über ein erstes Wälzlager 23 in dem Gehäuse 11 und über ein zweites Wälzlager 24 auf bzw. in dem Drehmomenteingangsbauteil 2 gelagert. Also ist auch das Drehmomentausgangsbauteil 2 über das erste Wälzlager 23 in dem Ge- häuse 11 über das zweite Wälzlager 24 auf bzw. in dem Drehmomenteingangsbauteil 2 gelagert.

Die Außenverzahnung 13 weist auf einer in Axialrichtung dem Drehmomentaus- gangsbauteil 3 zugewandten Seite eine Fase 25 auf. Auch weist die Innenverzahnung 14 auf einer in Axialrichtung dem Drehmomenteingangsbauteil 2 zugewandten Seite eine Fase 26 auf, die hinsichtlich Winkel und Größe der Fase 25 entspricht.

Bezuqszeichenliste Kupplungseinheit

Drehmomenteingangsbauteil

Drehmomentausgangsbauteil

Kupplung

Kupplungselement

Elektromotor

Linearmotor

Stator

Rotor

Statorträger

Gehäuse

Schiebemuffe

Eingangs-Außenverzahnung

Innenverzahnung

Ausgangs-Außenverzahnung

Arretierung

Ausnehmung

Kugel

Feder

Anschlag

Hohlwelle

Welle-Nabe-Verbindung

erstes Wälzlager

zweites Wälzlager

Fase

Fase