DE10035004A1 - Kupplung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Kupplung und ein Verfahren zur Betätigung der Kupplung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigbare Kupplung, insbe­ sondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Weiterhin betrifft die Erfin­ dung ein Verfahren zu deren Betätigung.

Derartige druckmittelbetätigbare Kupplungen können beispielsweise als Anfah­ relement in einem mit einem Automatikgetriebe ausgestatteten Kraftfahrzeug eingesetzt werden, wie es beispielsweise aus der DE 198 00 490 bekannt ist. Das Automatikgetriebe kann dabei ein Stufenautomat oder auch ein stufenlos verstellbares Getriebe (CVT), wie ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, sein. Auch kann die Kupplung mit einem manuell betätigbaren Getriebe Ver­ wendung finden.

Bei solchen druckmittelbetätigbaren Kupplungen besteht allgemein der Nach­ teil, daß ausgehend von einem drucklosen Zustand bei einem Betätigungsvor­ gang eine relativ lange Zeit vergeht, bis die Kupplung beginnt ein geringes Drehmoment bei dem Greifpunkt zu übertragen, da der Zylinder zur Betätigung der Kupplung erst gefüllt werden muß. Während dieser Zeitdauer können sich kritische Fahrzeugbedingungen oder Sicherheitsbedingungen einstellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung und ein Verfahren zur Betätigung der Kupplung zu schaffen, die bezüglich der Sicherheitsbedingungen verbessert sind.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 oder 4 an­ gegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im vorliegenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 Eine Kupplung nach der Erfindung in einer Schnittdarstellung;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes "B" der Lamel­ lenkupplung nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Hydraulikvorrichtung zur Betätigung einer Kupplung.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer Lamellen­ kupplung 1. An der Eingangsseite der Lamellenkupplung 1 ist eine in Fig. 1 nur teilweise dargestellte Welle 2 vorgesehen, die auch zur Aufnahme eines nicht dargestellten Planetenradsatzes oder eines Kegelscheibensatzes ausgebildet ist. Über ein Wälzlager 3 und ein nicht dargestelltes weiteres Wälzlager ist die Welle 2 in einem Gehäuse drehbar gelagert, von dem in Fig. 1 nur ein Deckel 4 dargestellt ist.

Die Lamellenkupplung kann mit einer weiteren Rückwärtsfahrkupplung verse­ hen sein, die gemäß DE 198 00 490 radial außerhalb der Kupplung 1 ange­ ordnet sein kann. Die Erfindung betrifft somit weiterhin die ältere Anmeldung DE 198 00 490, deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt der vorlie­ genden Patentanmeldung gehört.

Am Wälzlager 3 stützt sich in axialer Richtung ein mit einer Bohrung zur Auf­ nahme der Welle 2 versehener kreisringförmiger Flansch 5 ab, der an seinem Außenumfang von einem querschnittlich U-förmigen Blechbauteil 6 umgriffen wird. Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine Kugel bezeichnet, die als Verdrehsi­ cherung dient und eine axiale, nicht aber eine radiale Bewegung eines Innen­ lamellenträgers 8 relativ zu einer Druckplatte 9 gestattet. Die Druckplatte 9 kann auch als Kolben bezeichnet werden.

Die Lamellenkupplung wird an ihrem Außenbereich von einer Kupplungsglocke 10 umfaßt, die die Innenlamellen 11 und Außenlamellen 12 einschließt und in dem radial äußeren Bereich der Außenlamellen 12 gleichzeitig als Außenla­ mellenträger 13 mit einer Axialverzahnung 14 ausgebildet ist. In ähnlicher Wei­ se sind die Innenlamellen 11 auf einer als Axialverzahnung ausgebildeten Au­ ßenverzahnung 15 des Innenlamellenträgers 8 axial verschiebbar aufgenom­ men.

Eine als Ringkörper ausgebildete Nabe 16 weist eine Anlauffläche 17 auf, so daß die zwischen Randlamellen 18 angeordneten Innenlamellen 11 und Au­ ßenlamellen 12 zwischen der Anlauffläche 17 und einer entsprechenden An­ lauffläche 19 der Druckplatte 9 zur Drehmomentübertragung mit einer Normal­ kraft beaufschlagt werden können.

Fig. 1 zeigt einen mit dem Bezugszeichen 20 bezeichneten Ölteiler, der in sei­ nem radial äußerem Bereich eine mit dem Bezugszeichen 21 versehene Tel­ lerfeder übergreift. Ein Stützring 22 dient im Bereich des Außenumfanges der Welle 2 der axialen Fixierung einer näher anhand der Fig. 2 beschriebenen Membran 23.

Über eine nicht dargestellte Pumpe kann über einen in der Welle 2 angeord­ neten oder ausgebildeten Kanal 24 Druckfluid unter Druck eingebracht werden. Das Druckfluid erreicht nach dem Durchlaufen durch den Kanal 24 einen End­ bereich 25 in der Welle 2, von dem ein Radialkanal 26 abzweigt. Das Druck­ fluid tritt über den Kanal 26 in einen von dem Flansch 5 und der Membran 23 begrenzten ersten Druckraum 27 ein und beaufschlagt in diesem die Membran 23. Die Membran 23 liegt an ihrer dem ersten Druckraum 27 gegenüberliegen­ den Fläche an einem Kolben 28 an, an dessen der Tellerfeder 21 zugewand­ ten gegenüberliegenden Fläche ein ringförmiger Dichtwerkstoff 29 anliegt, der wiederrum an seiner der Tellerfeder 21 zugewandten Fläche von der Tellerfe­ der 21 beaufschlagt wird.

Der Druckraum 27 bildet zusammen mit dem Kolben 9 eine Kolben- /Zylindereinheit zur Betätigung der Kupplung.

Eine durch das in den ersten Druckraum 27 eingebrachte Druckfluid herbei­ geführte Druckerhöhung in diesem ersten Druckraum führt zu einer in der Zeichnungsebene nach rechts gerichteten Auslenkung der Membran 23, wor­ aufhin der Kolben 28 gegen die Vorspannkraft der Tellerfeder 21 in der Zeich­ nungsebene in Richtung nach rechts gedrückt wird. Der einstückig mit der Druckplatte 9 ausgebildete Kolben 28 sorgt bei der Druckbeaufschlagung des ersten Druckraumes 27 daher auch für eine in der Zeichnungsebene in Rich­ tung nach rechts gerichtete Verschiebung der Anlauffläche 19 der Druckplatte 9 und damit zu einer Beaufschlagung der Lamellen 11, 12, 18. Aufgrund der Ausbildung der Membran 23 mit zwei rollfaltenähnlichen umlaufenden Sicken 30 und der dünnen Ausbildung der Membran 23 führt die Druckbeaufschla­ gung des ersten Druckraumes 27 zu einer weitgehend reibungsfreien und da­ mit hysteresefreien Beaufschlagung des Kolbens 28.

Aufgrund dessen führt auch eine durch eine geringfügige Änderung des Druc­ kes im ersten Druckraum 27 herbeigeführte Beaufschlagung der Membran 23 zu einer weitgehend reibungsfreien axialen Verschiebung des Kolbens 28 und damit der die Lamellen 11, 12, 18 beaufschlagenden Anlauffläche 19 der Druckplatte 9. Es ist dabei zu beachten, daß bei der in Fig. 2 der Zeichnung gewählten Darstellung die Lamellenkupplung 1 offen dargestellt ist, sich die Anlauffläche 19 daher noch nicht in Anlage an der Randlamelle 18 angeordnet befindet. Es ist jedoch ohne weiteres ersichtlich, daß es bei einer Druckerhö­ hung in dem ersten Druckraum 27 zu einer entsprechenden Verschiebung des Kolbens 28 und damit der Druckplatte und der Anlauffläche 19 kommt, so daß eine entsprechende Normalkraft zwischen den Innenlamellen 11 und den Au­ ßenlamellen 12 als Reaktionskraft entsteht. Eine geringfügige Druckänderung in dem ersten Druckraum 27 zur Regelung des von der Lamellenkupplung 1 übertragbaren Drehmoments im Regelbereich von etwa 1 /10 des möglichen Verschiebeweges der Lamellen 11, 12, 18 führt zu einer entsprechend gering­ fügigen Axialverschiebung der Lamellen auf den Axialverzahnungen 14, 15 der Lamellenträger 8, 13.

Wenn eine geringfügige Veränderung des von der Lamellenkupplung 1 über­ tragenen Moments erwünscht ist, dann kann hierzu über eine Steuerung das dem ersten Druckraum 27 zugeführte Druckfluid hinsichtlich des Druckniveaus geringfügig verändert werden, wodurch sich über die Membran 23, den Kolben 28, die Druckplatte 9 und die Anlauffläche 19 eine entsprechende geringfügige axiale Verschiebung der Innenlamellen 11 und Außenlamellen 12 einstellt. Die Innenlamellen 11 und Außenlamellen 12 befinden sich dabei über die kom­ plementär zu der jeweiligen Axialverzahnung 14, 15 ausgebildeten Federzun­ gen 31, 32 in einem drehfesten Eingriff mit den Axialverzahnungen 14, 15 des Innenlamellenträgers 8 und Außenlamellenträgers 13. Die angesprochene geringfügige Druckänderung im ersten Druckraum 27 und die sich hieraus ergebende geringfügige axiale Verschiebung der Lamellen führt zu einer Ver­ änderung der zwischen den Lamellen auftretenden Normalkraft, ohne daß sich die in den Axialverzahnungen 14, 15 im Eingriff befindlichen Federzungen 31, 32 in Richtung der Verzahnung einer Verschiebebewegung unterziehen, so daß es bei einer gewünschten geringfügigen Momentenveränderung nicht mehr zu einer Relativbewegung zwischen den seitlichen Flanken 33 der Fe­ derzungen 31, 32 und der Axialverzahnung 14, 15 kommt. Mit 35 ist ein Kanal in der Welle bezeichnet.

Die Lamellenkupplung 1 wird im Betrieb einer Drehbewegung unterzogen, so daß das über den Kanal 24 in den ersten Druckraum 27 eingeleitete Druckfluid ebenfalls einer Drehbewegung unterzogen wird. Durch einen koaxial zum Ka­ nal 24 verlaufenden Kanal 35 und einen sich hieran anschließenden Zweigka­ nal 36 kann in einen Fluidraum 37 beispielsweise aus dem Druckfluidkreislauf, aus dem der erste Druckraum 27 gespeist wird, Fluid eingeleitet werden, wel­ ches über einen Durchlaß 38 im radial innenliegenden Bereich des Ölteilers 20 sowie einer Durchlaßöffnung 39 in der Nabe 16 bis in den Bereich der Lamel­ len 11, 12, 18 gelangen kann und dort zur Kühlung der aufgrund des Reibein­ griffs zwischen den Lamellen entstehenden Wärme eingesetzt werden kann.

Die Ölführung wird derart gestaltet, daß der Ölstrom ausgehend von Bohrung 36 bei beaufschlagter Kupplung zur Lamellenkupplung 1 geleitet wird oder bei nicht beaufschlagter Kupplung zur radial außen sitzenden Rückwärtsfahrtkupplung oder abgeleitet wird. Entsprechend wird bei der Kolbenstellung des Kolbens 9 das Fluid gemäß Pfeil 51 durch Bohrungen in den Teilen 20 und 16 und 13 ab­ geleitet. Das Bauteil 20 weist dabei eine relativ kleine Bohrung auf.

Wird der Kolben 9, 28 beaufschlagt öffnet sich ein Durchgang zwischen dem Kolben 28 und dem Sitz 52 radial innen, wobei der Durchgang radial weiter au­ ßen angeordnet ist als die Bohrung 38 im Teil 20. Dadurch strömt das Fluid gemäß Pfeil 50 in Richtung auf die Kupplung 1.

In Fig. 3 ist die Kupplung mit 120 bezeichnet. Üblicherweise weist diese ein Lamellenpaket 121 und einen Kolben 122 auf, der in einem Raum 123 eines Zylinders 124 durch einen hydraulischen Kupplungsdruck zum Einrücken der Anfahrkupplung 120 derart bewegbar ist, daß der Kolben 122 unter Vergröße­ rung des Raumes 123 die Lamellen des Lamellenpaketes 121 gegen die ent­ sprechenden Reibbeläge drückt. Je größer der Kupplungsdruck im Raum 123 ist, desto größer wird das von der Anfahrkupplung 120 übertragene Kupp­ lungsmoment. Der Raum 123 ist über eine Hydraulikleitung 125 mit einem Handschieber-Ventil 130 verbunden, das aus Sicherheitsgründen beim Schal­ ten in die Stellungen P und N eine schlagartige Entleerung des Raumes 123 bewirkt. In der Stellung D ist die Leitung 125 mit der Leitung 131 verbunden, die wiederum mit einem dem Handschieber-Ventil 130 nachgeschaltete Druckmin­ derventil 140 verbunden ist. Dieses besitzt einen Eingang E1 zur Aufnahme des Vorsteuerdruckes und einen Eingang E2 zur Aufnahme des von einer Pumpe 160 über die Leitung 162 bereitgestellten vollen Systemdruckes, sowie einen Eingang E3, der später näher erläutert wird und den Ausgang A, der mit der Leitung 131 verbunden ist und an dem der Kupplungsdruck bereitgestellt wird.

Der Eingang E1 ist über eine Leitung 151 mit einem elektromagnetischen Ventil 150, wie Schaltventil oder Proportionalventil, verbunden, das durch eine nicht dargestellte Steuereinheit durch Steuern des in seinem Magneten fließenden elektrischen Stromes zur Einstellung des Vorsteuerdruckes am Eingang E1 angesteuert wird. Der von der Pumpe 160 erzeugte Druck wird über die Leitung 161 an ein Druckminderventil 170 angelegt, das an der Leitung 163 einen kon­ stanten Druck von z. B. 5 bar anlegt, aus dem das Schaltventil 150 entspre­ chend seiner Ansteuerung den Vorsteuerdruck am Eingang E1 erzeugt.

Das Schaltventil 150 erzeugt stromabhängig aus dem vom Druckminderventil 170 bereitgestellten Druck (z. B. 5 bar) den Vorsteuerdruck (z. B. 0-5 bar) am Eingang E1. Dabei wird der Strom als Stellgröße für den Kupplungsdruck vor­ zugsweise mit der Hilfe einer Software anhand von Parametern, wie z. B. der Drosselklappenstellung etc., eingestellt. Je nach Stößelstellung des Schaltven­ tiles 150 wird der am Eingang E1 anstehende konstante Druck vom Druckmin­ derventil 170 durch Fluidabgabe zum Ausgang bzw. Sumpf 152 auf den der jeweiligen Stellgröße entsprechenden Vorsteuerdruck abgebaut.

Der Schieber des Druckminderventiles 140 ist mit 141 bezeichnet. Er wird er­ findungsgemäß durch eine Federeinrichtung 142, die vorzugsweise die Form einer Schraubenfeder aufweist, in der Fig. 3 nach rechts vorgespannt. Die Feder 142 drückt dabei gegen eine Stirnfläche 51 des Schiebers 141. Dabei wird vor Erreichen der Endstellung des Ventilschiebers 141 die Steuerkante 144 des Ventilschiebers 141 zum Eingang E2 verschoben, so daß der System­ druck vom Eingang E2 zum Ausgang A durchgeschaltet wird und über den Rückkopplungszweig 145 an den Eingang E3 gelangt und dort einen gegen die Feder 142 gerichteten Druck auf die Steuerfläche 52 ausübt, so daß der Ventil­ schieber 141 soweit nach links verschoben wird, bis die Verbindung der Steu­ erkante 144 zum Eingang E2 wieder unterbrochen wird. An der Anfahrkupplung 120 steht an ein dem Druck der Feder 142 plus dem Vorsteuerdruck am Ein­ gang E1 entsprechender Kupplungsdruck an.

Im folgenden wird nun die Arbeitsweise der beschriebenen Ansteuerungsein­ richtung näher erläutert. Im Bereich der Vorbefüllung oder der Entleerung des Raumes 123 der Anfahrkupplung 120 muß der Kupplungsdruck nicht exakt gesteuert werden. In diesem Bereich wird nämlich kein Moment übertragen. Das Druckminderventil 140 wird daher allein durch die Feder 142 so vorge­ spannt, daß der minimale Kupplungsdruck im Raum 123 dem von der Tellerfe­ der 129 aufgebrachten Druck entspricht. Der vom Schaltventil 150 eingestellte Vorsteuerdruck ist in diesem Falle Null.

Im normalen Fahrbetrieb wird dann durch entsprechendes Ansteuern des Schaltventiles 150 zum Einrücken der Anfahrkupplung 120 der Vorsteuerdruck am Eingang E1 vom Wert Null aus so erhöht, daß der Schieber 141 im Druck­ minderventil 140 so verschoben wird, daß der am Eingang E2 anliegende volle Systemdruck entsprechend dem Druck der Feder 142 plus dem Vorsteuerdruck zur Kupplung 120 übertragen wird. Sobald der gewünschte Kupplungsdruck erreicht ist, wird durch die über den Rückkopplungsweg 145 auf die Steuerflä­ che 52 aufgebrachte Kraft, die Verbindung E2-A unterbrochen. Somit kann der Vorsteuerdruck sofort ausgenutzt werden, um ein Moment zu übertragen. Beim Einkuppeln bzw. Gasgeben wird daher keine Zeit vergeudet, die beim Stand der Technik zum Befüllen des Raumes 123 erforderlich ist.

Im normalen Fahrbetrieb wird der Kupplungsdruck wegen der Wirkung der Feder 142 nur bis zum Druck zur Übertragung eines Kriechmomentes (Kriech­ druck) abgebaut, der im Bereich der Vorspannkraft der Tellerfeder liegt.

Zur Einstellung des von der Kupplung übertragbaren Drehmomentes wird das Drehmoment als Sollvorgabe gegeben. Entsprechend einer in der Computerein­ heit abgelegten Kennlinie wird der Druck durch ein Proportionalventil 150 einge­ stellt. Dazu wird dem Proportionalventil ein Strom i vorgegeben, der das Ventil derart betätigt, daß der Solldruck eingestellt wird. Die Erfindung besteht nun darin eine erste Zeit einen wesentlich höheren Strom einzustellen als dafür das eingestellte Drehmoment notwendig wäre. Dadurch wird der Raumbereich 125 vor der Blende 199 mit einem höheren Druck beaufschlagt und der Zylinder 123 wird schneller befüllt. Wenn der Solldruck im Zylinder 123 zumindest nahezu erreicht ist, wird wieder auf den dem Solldruck entsprechenden Stromwert i zur Steuerung des Proportionalventiles 150 umgeschaltet. Dieses Umschalten auf den geringeren Stromwert kann auch nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer erfolgen.

Die Abhängigkeit der Stromeinstellung zur Schnellbefüllung kann dabei von ver­ schiedenen Parametern wie beispielsweise der Temperatur, der Motor-, Getrie­ bedrehzahl oder der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Drosselklappenstellung bestimmt werden.

Der Kupplungsdruck kann dabei durch einen Drucksensor detektiert werden.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor­ schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rück­ bezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel(e) der Beschrei­ bung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abände­ rungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Be­ schreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrens­ schritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (4)

1. Druckmittelbetätigbare Kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit zumindest einer Kolben-/Zylindereinheit mit einem mit Druckfluid befüllbaren Zylinder und einem beaufschlagbaren Kolben zur Betätigung der Kupplung, mit einem Druckmittelversorgungseinheit mit zumindest einem Ventil, wobei bei zumindest nahezu drucklosem Zy­ linder zu Beginn der Betätigung eine schnellere Befüllung des Zylinders mittels eines erhöhten Druckes erfolgt und nach Erreichen eines Soll­ wertes des Druckes im Zylinder oder nach einer vorgebbaren Zeitdauer eine langsamere Befüllung erfolgt.

2. Druckmittelbetätigbare Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erhöhte Druck in einem Druckraum vor dem Zylinder eingestellt wird und der Zylinder mittels einer Blende mit dem Druckraum in Verbindung steht.

3. Druckmittelbetätigbare Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druck in dem Druckraum mittels eines Proportionalven­ tiles eingestellt wird.

4. Verfahren zur Steuerung einer Kupplung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3.