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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausrückeinrichtung zum Betätigen einer Trennkupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Hybridantriebsstrang mit einer Trennkupplung und einer derartigen Ausrückeinrichtung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Hybridfahrzeug mit einem derartigen Antriebsstrang.
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Gattungsgemäße Ausrückeinrichtungen sind Bestandteil nahezu jedes modernen Kraftfahrzeugs und insbesondere moderner Hybridfahrzeuge, bei welchen die Ausrückeinrichtung eine zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor gelegene Trennkupplung betätigt. Die Ausrückeinrichtung bzw. deren Innenteil ist dabei drehfest an einem Gehäuse festgelegt, wogegen das Außenteil relativ zum Innenteil in Axialrichtung verschieblich gelagert ist. Zwischen dem Außenteil der Ausrückeinrichtung und einer durch diese zu betätigende Tellerfeder der Trennkupplung ist ein Lager angeordnet. Die Tellerfeder rotiert mit einem Rotor des Elektromotors, so dass das Lager eine Drehzahldifferenz zwischen Ausrückeinrichtung und Rotor ausgleicht. Soll dabei die Trennkupplung geöffnet werden, wird üblicherweise das Außenteil in Axialrichtung bewegt und drückt über einen Innenring des Lagers auf dessen Außenring und über eine fest mit dem Außenring verbundene erste Anlagefläche gegen die Tellerfeder, die dann die Anpresskraft an den Reibbelägen der Trennkupplung zurücknimmt. Nachteilig bei derart bekannten Ausrückeinrichtungen ist jedoch, dass die erste Anlagefläche stets an der Tellerfeder anliegt und dadurch mit der Drehzahl des Rotors des Elektromotors mit rotiert, da die Tellerfeder ihrerseits mit dem Rotor verbunden ist. Hierin liegt eine hohe und zugleich unnötige Belastung für ein Lager der Ausrückeinrichtung begründet.
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Aus der
DE 10 2008 027 908 A1 ist eine Drehmomentenstützen-Anordnung für ein Ausrückelement einer Kupplung eines Hybridfahrzeugs mit mindestens einer Drehmomentspitze bekannt, die an einem ersten Bereich mit dem axial bewegbar angeordneten Ausrückelement verbunden ist und mit einem zweiten Bereich an dem Kupplungsgehäuse angeordnet ist. Verschleiß, Wartung und Kostenaufwand sollen dabei dadurch verringert werden, dass die Drehmomentenstützen-Anordnung derart ausgebildet ist, dass eine dynamisch radiale und/oder eine dynamisch axiale Bewegung des ersten Bereichs der Drehmomentenstütze durch die Drehmomentenstützen-Anordnung selbst aufgenommen bzw. kompensiert werden kann.
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Aus der
DE 195 40 417 A1 ist eine trennbare Tellerfederkupplung bekannt, bei welcher die Tellerfeder über elastische Längen im Kupplungsgehäuse oder an einer Druckplatte festgelegt ist. Auf diese Weise soll ein Verschleiß an Befestigungspunkten der Tellerfeder weitgehend vermieden, zumindest aber reduziert werden.
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Aus der
WO 96/23984 ist eine gattungsgemäße Ausrückeinrichtung zum Betätigen einer Trennkupplung mit einem Außenteil, welches über ein Lager gegenüber einem Innenteil gelagert ist, bekannt. Das Außenteil wirkt dabei über eine erste Anlagefläche mit einer Tellerfeder der Trennkupplung zusammen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ausrückeinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine geringere Belastung eines Lagers der Ausrückeinrichtung während des Betriebs auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten Ausrückeinrichtung zum Betätigen einer Trennkupplung mit einem Außenteil und einem Innenteil, ein mit einer Tellerfeder der Trennkupplung zusammenwirkenden Greifelement vorzusehen, das sowohl die Übertragung von Zugkräften als auch die Übertragung von Druckkräften auf die Tellerfeder erlaubt und das derart ausgebildet ist, dass das Greifelement von der Tellerfeder drehentkoppelbar ist. Das Außenteil der Ausrückeinrichtung ist dabei in Axialrichtung gegenüber dem Innenteil der Ausrückeinrichtung verstellbar, wobei drehfest am Außenteil ein Innenring eines Lagers angeordnet ist, das insbesondere als Kugellager ausgebildet ist. Ein Außenring des Lagers ist dabei mit dem Greifelement fest verbunden. Durch die Möglichkeit, das Greifelement hinsichtlich einer Drehung von der Tellerfeder zu entkoppeln, wird das Lager deutlich weniger beansprucht, da insbesondere bei nicht aktivierter Ausrückeinrichtung das Greifelement nicht mit der Tellerfeder und über diese bspw. mit einem Rotor eines Elektromotors mitrotiert. Die erfindungsgemäße Lösung besteht somit darin, das Greifelement der Ausrückeinrichtung nicht immer drehfest mit der Tellerfeder zu verbinden, wie dies bei bisherigen Ausrückeinrichtungen der Fall war. Mit der erfindungsgemäßen Lösung reduziert sich insbesondere die Lagerbetriebszeit deutlich, vor allem in denjenigen Bereichen, in denen aufgrund eines Hochdrehzahlkonzepts einer Brennkraftmaschine hohe Drehzahlen von bis zu 9.000 U/min. zu erwarten sind. Zusätzlich ist durch das erfindungsgemäß vorgesehene Greifelement nicht nur die Übertragung einer Druckkraft, sondern vielmehr auch die Übertragung einer Zugkraft auf die Tellerfeder der Trennkupplung möglich, wobei die Tellerfeder diese Kräfte weiterleitet und dadurch die an der Trennkupplung anliegende Anpresskraft zwischen zwei Reibbelägen verstärkt. Mit dieser Verstärkung der Anpresskraft durch die erfindungsgemäße Ausrückeinrichtung muss die Tellerfeder nicht allein die maximale Anpresskraft an der Trennkupplung erzeugen und kann dadurch kleiner dimensioniert werden. Verbunden damit sinken wiederum auch die Betätigungskräfte der Ausrückeinrichtung, sofern diese beim Öffnen der Trennkupplung die Federkraft der Tellerfeder überwinden muss. Mit der erfindungsgemäßen Ausrückeinrichtung ist es somit konstruktiv einfach und vergleichsweise kostengünstig möglich, die Lagerbetriebszeit der Ausrückeinrichtung deutlich zu verringern, Tellerfedern mit flacherer Federkennlinie einzusetzen, die üblicherweise auch leichter sind. Vor allem aber wird die Belastung für das Lager der Ausrückeinrichtung erheblich reduziert. Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht somit darin, das Greifelement der Ausrückeinrichtung drehentkoppelbar zur mit bspw. dem Rotor des Elektromotors mitdrehenden Tellerfeder auszubilden, wobei durch die Ausbildung des Greifelements zugleich ein Aufbringen einer Zugkraft auf die Tellerfeder möglich ist und eine Drehmomentübertragungsfähigkeit an der Trennkupplung verstärkt werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Greifelement eine nach außen offene Ringnut auf, in welche die Tellerfeder eingreift und wobei die erste Anlagefläche zwischen Nut-Schenkeln und gleichzeitig einer zweiten Anlagefläche gegenüberliegend angeordnet ist. Die beiden Anlageflächen sind somit durch die sich gegenüberliegenden Innenflächen der Nut-Schenkel gebildet. Dabei weist die erste Anlagefläche einen so großen Abstand von der zweiten Anlagefläche auf, dass die dazwischen angeordnete Tellerfeder weder mit der ersten noch mit der zweiten Anlagefläche in drehmomentenübertragenden Kontakt treten muss. Das Greifelement, welches drehfest mit dem Außenteil der Ausrückeinrichtung verbunden ist, kann somit durch eine einfache Axialverstellung derart verstellt werden, dass es entweder mit seiner ersten Anlagefläche in Druckkontakt mit der Tellerfeder, mit seiner zweiten Anlagefläche in Zugkontakt mit der Tellerfeder oder mit keiner der Anlageflächen überhaupt in Kontakt mit der Tellerfeder tritt. Im ersten beschriebenen Zustand wird im vorliegenden Fall die Trennkupplung geöffnet, bzw. eine Drehmomentübertragung reduziert, wogegen im zweiten Zustand des vorliegenden Falls die Drehmomentübertragungsfähigkeit an der Trennkupplung verstärkt wird. Dieser Wirkzusammenhang zwischen dem Zustand der Ausrückeinrichtung und deren Wirkung auf die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Trennkupplung kann selbstverständlich auch die umgekehrte Ausprägung annehmen, so dass im ersten beschriebenen Zustand die Trennkupplung geschlossen bzw. eine Drehmomentübertragungsfähigkeit gesteigert wird, wogegen diese im zweiten beschriebenen Zustand reduziert wird. Im dritten Zustand, in welchem keine der beiden Anlageflächen in Kontakt mit der Tellerfeder tritt, ist die Kupplung geschlossen und dadurch das Greifelement der Ausrückeinrichtung drehentkoppelt von der Tellerfeder. In diesem Fahrzustand wirkt sich die erfindungsgemäße Drehentkopplung besonders lagerfreundlich aus.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Ausrückeinrichtung elektromechanisch betätigbar. Eine derartige elektromechanische Betätigung gewährleistet ein präzises Öffnen bzw. Schließen der Trennkupplung, wobei selbstverständlich prinzipiell auch andere Betätigungseinrichtungen zum Betätigen der Ausrückeinrichtung, bspw. hydraulische oder pneumatische, denkbar sind.
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Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine derartige in den vorherigen Absätzen beschriebene Ausrückeinrichtung bei einem Hybridantriebsstrang eines Hybridfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor einzusetzen, wobei zwischen der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor die Trennkupplung mit der Ausrückeinrichtung angeordnet ist. Da insbesondere zwischen dem Elektromotor und der Brennkraftmaschine oft hohe Drehzahldifferenzen auftreten, die bisher vom Lager der Ausrückeinrichtung kompensiert werden mussten, kann die erfindungsgemäße Ausrückeinrichtung hier besonders sinnvoll eingesetzt werden, da das Greifelement durch die Drehentkopplung von der Tellerfeder während bspw. des rein elektromotorischen Fahrens nicht mehr mitdreht, so dass das zwischen dem Greifelement und dem Außenteil der Ausrückeinrichtung gelegene Lager, bspw. ein Kugellager, eine deutliche kürzere Betriebszeit und damit eine deutlich längere Lebensdauer aufweist. Ein wesentlicher Vorteil ist auch, dass mit der erfindungsgemäßen Ausrückeinrichtung sowohl Druck- als auch Zugkräfte mit vergleichsweise geringem Bauraumbedarf erzeugt werden können.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen jeweils schematisch,
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1 eine erfindungsgemäße Ausrückeinrichtung zum Betätigen einer Trennkupplung in einem Hybridantriebsstrang,
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2 eine Detaildarstellung der erfindungsgemäßen Ausrückeinrichtung.
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Entsprechend der 1, dient eine erfindungsgemäße Ausrückeinrichtung 1 zum Betätigen einer Trennkupplung 2, wobei die Trennkupplung 2 generell zwischen einem Elektromotor 3 bzw. einem Rotor desselben und einer Brennkraftmaschine 4 in einem Hybridantriebsstrang angeordnet sein kann. Die Ausrückeinrichtung 1 ist dabei fest an einem Gehäuse 5 angeordnet. Der Rotor des Elektromotors 3 hingegen ist drehfest mit einer Getriebeeingangswelle 6 verbunden und gegenüber einer Motorausgangswelle 7 der Brennkraftmaschine 4 gelagert. Betrachtet man nun die erfindungsgemäße Ausrückeinrichtung 1 gemäß der 2 näher, so kann man erkennen, dass diese ein Innenteil 16 und ein axial dazu verschiebbares Außenteil 16’ aufweist. Das Außenteil 16’ wiederum ist drehfest mit einem Innenring 10 eines Lagers 9, insbesondere eines Kugellagers, verbunden wogegen ein Außenring 8 des Lagers 9 drehfest mit einem Greifelement 13 verbunden ist. Das Greifelement 13 wirkt dabei über eine erste Anlagefläche 11 mit einer Tellerfeder 12 der Trennkupplung 2 zusammen (vgl. die 1 und 2). Erfindungsgemäß erlaubt nun das Greifelement 13 sowohl die Übertragung von Druckkräften, als auch die Übertragung von Zugkräften auf die Tellerfeder 12 erlaubt und ist derart ausgebildet, dass das Greifelement 13 und mit diesem der Außenring 8 des Lagers 9 von der Tellerfeder 12, die üblicherweise mit dem Rotor des Elektromotors 3 mitrotiert, drehentkoppelbar ist.
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Das Greifelement 13 ist wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, im Querschnitt U-förmig ausgebildet, das heißt es weist eine nach außen offene Ringnut auf, wobei die erste Anlagefläche 11 zwischen Nut-Schenkeln 14 und 14‘ und einer zweiten Anlagefläche 15 gegenüberliegend angeordnet ist. Wird somit das Außenteil 16’ der Ausrückeinrichtung 1 und zusammen mit diesem das Greifelement 13 gemäß der 2 nach rechts bewegt, tritt die Tellerfeder 12 in Kontakt mit der ersten Anlagefläche 11, und erfährt über diese eine Druckkraft, woraufhin die Drehmomentübertragungsfähigkeit an der Trennkupplung 2 abnimmt, bis diese schließlich öffnet. In entgegengesetzter Richtung, das heißt bei einer Bewegung des Greifelements 13 nach links, tritt die Tellerfeder 12 irgendwann mit der zweiten Anlagefläche 15 des Greifelements 13 in Kontakt, woraufhin dieses eine Zugkraft auf die Tellerfeder 12 ausübt und dadurch die Drehmomentübertragungsfähigkeit an der Trennkupplung 2 verstärkt. Durch die Möglichkeit, nicht ausschließlich Druckkräfte, sondern zusätzlich auch Zugkräfte auf die Tellerfeder 12 zu übertragen und damit die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Trennkupplung 2 zu verstärken, kann generell eine schwächere und damit auch kostengünstigere und leichtere Tellerfeder 12 zum Einsatz kommen, da diese nicht mehr allein für ein Zusammenpressen von Reibbelägen an der Trennkupplung 2 verantwortlich ist, sondern zusätzlich durch ein Ziehen vom Greifelement 13 unterstützt werden kann.
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Zwischen dem Anliegen der Tellerfeder 12 an der ersten Anlagefläche 11 oder der zweiten Anlagefläche 15 gibt es auch einen Zustand, der bspw. gemäß der 2 dargestellt ist, in welchem die Tellerfeder 12 weder an der ersten Anlagefläche 11 noch an der zweiten Anlagefläche 15 anliegt, wodurch das Greifelement 13 der Ausrückeinrichtung 1 drehentkoppelt zu der mit dem Rotor des Elektromotors 3 mitrotierenden Tellerfeder 12 ist. Hierzu weist die erste Anlagefläche 11 einen so großen Abstand von der zweiten Anlagefläche 15 auf, dass die dazwischen angeordnete Tellerfeder 12 weder mit der ersten noch mit der zweiten Anlagefläche 11, 15 in drehmomentübertragenden Kontakt treten muss. Hierdurch kann insbesondere die Lagerbetriebszeit des Lagers 9 der Ausrückeinrichtung 1 deutlich reduziert und damit dessen Lebensdauer gesteigert werden, da beim normalen Fahren das Außenteil nicht mehr mit der Tellerfeder 12 mit rotiert. Selbstverständlich ist dabei die Einstellung eines Spiels am Außenteil 16’ und damit am Greifelement 13 sowohl in Druckrichtung, hier also nach rechts, als auch in Zugrichtung, hier also nach links, möglich.
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Generell ist das Verwenden der erfindungsgemäßen Ausrückeinrichtung
1, das heißt eine Drehentkopplung des Greifelements
13 von der Tellerfeder
12 in den in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Betriebszuständen möglich. Eine Drehzahldifferenz, die zwischen dem Greifelement
13 und damit dem Außenring
8 des Lagers
9 und dem Innenring
10 auftreten kann ist dabei als n
Diff bezeichnet, wobei bei denjenigen Betriebszuständen, bei denen die Drehentkopplung des Greifelements
13 möglich ist, die Drehzahldifferenz eingeklammert ist.
| Brennkraftmaschine | Elektromotor | Differenzdrehzahl nDiff | Trennkupplung | Kraft am Greifelement |
| AUS | EIN | 3000 | OFFEN | Druckkraft |
| EIN | EIN | (9000) | GESCHLOSSEN | Zugkraft |
| START | EIN | (3000) | SCHLIESST | Zugkraft |
| EIN | AUS | (9000) | GESCHLOSSEN | Zugkraft |
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Aus der vorstehenden Tabelle ist zu erkennen, dass die Drehentkopplung des Außenrings 8 insbesondere bei hohen Drehzahldifferenzen möglich ist, wodurch die Lagerbelastung erheblich gesenkt werden kann, da nicht nur die Betriebszeit sinkt, sondern auch diejenigen Betriebzustände des Lagers reduziert werden, in denen hohe Drehzahldifferenzen auftreten.
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Um eine Position zu ermitteln, an welcher keine Kraft von dem Greifelement 13 auf die Tellerfeder 12 einwirkt, sind prinzipiell unterschiedliche Verfahren möglich:
- 1. Die Trennkupplung 2 wird betätigt, bspw. von einem geöffneten Zustand in einem geschlossenen Zustand, wobei bei konstanter Verstellgeschwindigkeit eine Leistungsaufnahme, bspw. eine Stromaufnahme, ermittelt wird. Wird keine Kraft vom Greifelement 13 auf die Tellerfeder 12 ausgeübt, ist die Leistungsaufnahme minimal.
- 2. Bei einer konstanten Leistungsabgabe wird die Verstellgeschwindigkeit ermittelt, wobei in demjenigen Bereich, in dem die Geschwindigkeit ihr Maximum erreicht, keine Kraft vom Greifelement 13 auf die Tellerfeder 12 übertragen wird und dadurch eine Drehentkopplung vorliegt.
- 3. Die Kraft auf das Greifelement 13 der Ausrückeinrichtung 1 kann direkt, bspw. mittels Dehnungsmessstreifen gemessen werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausrückeinrichtung 1 ist es möglich, die Lebensdauer des Lagers 9 deutlich zu steigern und zugleich eine kostengünstigere und leichtere Tellerfeder 12 einzusetzen, da mit der erfindungsgemäßen Ausrückeinrichtung 1 erstmals nicht nur reine Druckkräfte sondern auch Zugkräfte auf die Tellerfeder 12 und damit auf die Trennkupplung 2 zur Steigerung der Drehmomentübertragungsfähigkeit übertragen werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027908 A1 [0003]
- DE 19540417 A1 [0004]
- WO 96/23984 [0005]