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Die Erfindung betrifft ein Ventilsystem zur Steuerung einer Kupplung oder eines Gangstellers eines Kraftfahrzeuges, insbesondere von einer Trockenkupplung, mit mindestens einem Aktuator zur Betätigung der Kupplung, vzw. zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung, oder zur Betätigung des Gangstellers. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung mindestens einer Kupplung oder eines Gangstellers eines Kraftfahrzeuges, insbesondere von einer Trockenkupplung, wobei mindestens ein Aktuator zur Betätigung der Kupplung oder zur Betätigung des Gangstellers angesteuert wird, und wobei der Kupplungsdruck bzw. der Gangstellerdruck über den Verstellweg der Kupplung bzw. des Gangstellers variiert.
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Im Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, sind zur Steuerung insbesondere von Trockenkupplungen entsprechende „Drucksteuerungen” bekannt. Beispielsweise sind in Kraftfahrzeugen zur Ansteuerung von Trockenkupplungen Druckregelventile bzw. Druckschaltventile im Einsatz. Druckregelventile halten den Druck unabhängig von der Größe eines höheren Vordruckes bzw. Versorgungsdruckes konstant, wobei Druckschaltventile beim Erreichen eines bestimmten Einstelldruckes einen Stromweg für einen weiteren Arbeitsablauf freigeben. Über die Druckregelventile bspw. können die Kräfte so eingestellt werden, dass das Einlegen eines Ganges im Getriebe möglichst schonend für die Synchronringe einer Schaltvorrichtung erfolgt. Des weiteren ist im Stand der Technik bekannt, dass der Druck von Druckregelventilen über eine Stellschraube mit Kontermutter oder alternativ über eine elektrische und/oder elektronische Ansteuerung individuell beeinflußbar ist.
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Alternativ wird eine Wegregelung der Kupplungen eingesetzt, wobei der Aktuator in der Regel um einen definierten Betrag bewegt wird und sich damit – bei entsprechend steifen Bauteilen – eine relativ gut reproduzierbare Änderung der Kupplungskapazität einstellt. Die Durchflussventile regeln über eine Drosselwirkung die Bewegungsgeschwindigkeit des Strömungsmediums/Hydraulikmediums innerhalb des Hydraulikkreises und ermöglichen dadurch ein Schalten der Kupplungen.
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Aus der
DE 198 49 488 C2 ist eine hydraulische Betätigungseinrichtung eines Getriebes bekannt, bei dem zur Steuerung der Kupplung in einer Reihenschaltung ein einfaches Schaltventil mit einem Durchflussventil angeordnet ist. Das Durchflussventil ist auch für die Steuerung der Schaltgabelaktuatoren bestimmt und das Schaltventil dient hier lediglich zum Trennen des Kupplungsaktuators von dem Durchflussventil, wenn die Schaltgabelaktuatoren gesteuert werden. Es wird dann entsprechend wie schon beschreiben die Kupplung lediglich über den Durchfluss geregelt. Eine Regelung sowohl vom Druck als auch des Durchflusses ist nicht vorgesehen.
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Weiterhin ist aus der
DE 42 37 853 A1 ein hydraulischer Stellantrieb für eine Reibkupplung bekannt, bei dem in einer Reihenschaltung ein Druckregelventil mit einem einfachen Schaltventil angeordnet sind. Das Schaltventil ist ein einfaches 2/2-Ventil und wird während eines normalen Betriebs wird immer offen gehalten, wobei die Kupplung lediglich mittels des Druckregelventils geregelt wird. Parallel zu beiden diesen Ventilen ist ein weiteres Notbetrieb-Schaltventil angeordnet. Beim Ausfall des Druckregelventils wird das Schaltventil geschlossen, womit der Druckregelventil von der Kupplung abgeschaltet wird, und die Kupplung wird über das Notbetrieb-Schaltventil betätigt.
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Im Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, sind entsprechende Verfahren zur Steuerung von Trockenkupplungen mittels Drucksteuerungen oder Durchflussventilen bekannt. Hierzu wird bei den Durchflussventilen – wie schon erwähnt – eine Wegregelung der Kupplungen eingesetzt, wobei der Aktuator in der Regel um einen definierten Betrag bewegt wird und sich damit – bei entsprechend steifen Bauteilen – eine relative Änderung der Kupplungskapazität einstellt. Die verwendeten Durchflussventile regeln über eine Drosselwirkung das durchfließende Volumen des Strömungsmediums innerhalb des Hydraulikkreises.
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Die Ausbildung dieser im Stand der Technik bekannten Ventilsysteme zur Steuerung von Kupplungen, insbesondere von Trockenkupplungen ist noch nicht optimal. Durch Reibungseinflüsse aus Kupplungs- und Stellsystem besteht eine nicht zu vernachlässigende Differenz zwischen dem Schließ- und dem Öffnungsdruck in ein- und derselben Kupplungsposition, so dass eine feinfühlige Verstellung erschwert ist. Weiterhin nachteilig beim Einsatz von Druckregelventilen sind die variierenden existierenden Reibungskräfte an den Kupplungsscheiben, welche auch noch abhängig sind von der individuellen aktuellen Betriebssituation der Kupplung und in der Regel nicht schnell genug kompensiert werden können. Diese erhöhen den Einfluss auf den Verschleiß und damit wird die Lebensdauer einer Kupplung verkürzt sowie die Kosten für die Wartung erhöht. Der Nachteil bei den verwendeten Durchflussventilen ist, dass sich unterschiedliche Differenzdrücke bzw. Druckgefälle über dem Durchflussventil einstellen und dadurch der fließende Volumenstrom in Schließ- und Öffnungsrichtung unterschiedlich ist, was erneut eine Problematik hinsichtlich der Regelbarkeit mit sich zieht und wiederum negativen Einfluß auf den Verschleiß, die Lebensdauer sowie einhergehenden Kosten der Kupplung sowie des Getriebes des Kraftfahrzeuges verursacht. Des weiteren kann ein Ausfall oder eine Fehlfunktion/Störfall, insbesondere vom Durchflussventil eine Beeinträchtigung des Systemzustandes zur Folge haben, was insbesondere die Betätigung des Aktuators und damit die Betätigung der Kupplung oder des Gangstellers beeinträchtigen könnte und womöglich bis zu einem Fahrzeugstillstand führen kann, insbesondere weil die Kupplung sich nicht ohne weiteres öffnen lässt.
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Die bekannten Verfahren zur Steuerung von Trockenkupplungen, insbesondere für Trockenkupplungen eines Kraftfahrzeuges, mit mindestens einem Aktuator zur Betätigung der Kupplung und mit mindestens einem Tank zur Bereitstellung eines Hydraulikmediums haben ähnliche Nachteile. Die an den Ventilen anliegenden Differenzdrücke in Schließ- und Öffnungsrichtung der Kupplung sind stark unterschiedlich und üben dadurch negativen Einfluss auf die Regelbarkeit des Ventilsystems aus. Ebenso haben die im Stand der Technik bekannten Verfahren einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer eines Getriebes aufgrund der unter Umständen dann auch stark beanspruchten Synchronringe eines Getriebes, bspw. durch die entsprechende Betätigung der Gangsteller. Zusätzlich ist durch die nicht vorhandene optimale Regelung der Verschleiß von Kupplungen bzw. Synchronringen vergrößert und dadurch deren Lebensdauer verringert bzw. deren Kosten erhöht. Schließlich können Ausfälle oder eine Fehlfunktion bzw. ein Störfall eines eingesetzten Ventils zu beeinträchtigten Systemzuständen führen und womöglich einen Fahrzeugstillstand herbeiführen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dass eingangs genannte Ventilsystem bzw. das bekannte Verfahren zur Steuerung von Kupplungen oder von Gangstellern derart auszugestalten und weiterzubilden, dass Steuer- und/oder Regelprobleme, insbesondere hervorgerufen durch Krafthysteresen in nahezu jeder Betriebssituation vermieden werden, um einen Verschleiß der Kupplung sowie des Getriebes, insbesondere auch der Synchronringe zu verringern und dadurch deren Lebensdauer zu verlängern sowie nachfolgende Wartungskosten zu senken, wobei bei Ausfällen oder Fehlfunktionen/Störfällen von eingesetzten Ventilen Beeinträchtigungen des Systems vermieden werden.
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Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird nun für das Ventilsystem dadurch gelöst, dass mindestens ein Druckregelventil und mindestens ein Durchflussventil in Reihenschaltung vor dem Aktuator angeordnet sind und zusätzlich ein Sicherheitsventil vorgesehen ist, wobei das Sicherheitsventil parallel zum Durchflussventil und in der Reihenschaltung zum Druckregelventil angeordnet bzw. vorgesehen ist.
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Die Aufgabe für das Verfahren wird nun dadurch gelöst, dass durch Kombination mindestens eines Druckregelventils und mindestens eines Durchflussventils in Reihenschaltung das Druckregelventil und/oder das Durchflussventil derart gesteuert werden, dass der aktuell am Durchflussventil anliegende Versorgungsdruck in Abhängigkeit des sich über dem Verstellweg ändernden Kupplungsdruckes bzw. Gangstellerdruckes eingestellt wird und dass ein Sicherheitsventil derart angeordnet ist und/oder angesteuert wird, so dass bei einer Störung des Durchflussventils der im Aktuator existierende Druck abbaubar ist.
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Durch die Reihenschaltung mindestens eines Druckregelventils und mindestens eines Durchflussventils ist ein beliebiger und stufenloser Wechsel, je nach den momentanen Erfordernissen der Betriebsweise der „Gesamtkette” zwischen Druckregelventil und Durchflussventil möglich. Die so vorgesehene Zusammenstellung in Reihenschaltung beeinflußt die jeweiligen Größen „Druck” anhand des Druckregelventils und den „Volumenstrom” mit dem Durchflussventil in der jeweiligen aktuellen Kupplungssituation bzw. Kupplungsposition. Über das Ausbalancieren der Druckniveaus hinaus, sind situationsangepasste Einstellungen von Druckregelventil und Durchflussregelventil für explizite Betriebszustände der Kupplung bzw. des Ganstellers gegeben. Beispielsweise kann einerseits eine feinfühlige Verstellung des Aktuators mit geringen Druckdifferenzen und gedrosseltem Strömungsquerschnitt im Rahmen einer Mikroschlupfregelung eingestellt werden. Andererseits kann die Zustellbewegung der Kupplung oder des Gangstellers aber auch durch Anhebung des geregelten Drucks und zusätzlicher weiter Öffnung der Strömungsquerschnitte im Durchflussventil beschleunigt erfolgen, um schnell eine Änderung des an der Kupplung übertragbaren Momentes zu erreichen. Durch die Kombination von einem Druckregelventil mit einem Durchflussventil wird nicht nur bei Betätigung die Kupplung stufenlos angefahren und der Eingriffspunkt optimal getroffen, sondern auch der Schaltpunkt vorgegeben. Durch die Angleichung der Druckdifferenz hinsichtlich Schließ- und Öffnungsdruck aufgrund der Kombination von Druckregelventil und Durchflussventil ist ein optimales Steuerungsverhalten gewährleistet. Dadurch werden die Schaltvorgänge schonend und stufenlos ermöglicht mit verringertem Verschleiß und damit einhergehender höherer Lebensdauer der Komponenten. Hierdurch wird der Schaltkomfort verbessern und der Verschleiß der Kupplung, und des Getriebes verringert bzw. deren Lebensdauer erhöht und folglich die Kosten gemindert. Durch das zusätzlich angeordnete Sicherheitsventil werden mögliche Ausfälle, Fehlfunktionen oder Störfälle des eingesetzten Durchflussventils kompensiert und dadurch optimale Systemzustände gewährleistet, so dass das System jederzeit in den Systemzustand „Kupplung offen” überführt werden kann und damit auch Fahrzeugstillstände vermieden sind. Dadurch sind die eingangs genannten Nachteile vermieden.
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Es gibt nun unterschiedliche Möglichkeiten die Erfindung in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 bzw. dem Patentanspruch 16 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im folgenden soll jedoch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der folgenden Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine schematische Darstellung des Ventilsystems zur Steuerung von Kupplungen oder Gangstellern eines Kraftfahrzeuges ohne das zusätzliche Sicherheitsventil,
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2 eine schematische Darstellung der anliegenden Differenzdrücke beider Schließ- und Öffnungsrichtung eines Durchflussventils für eine Kupplung, in schematischer Darstellung, wie bereits bekannt,
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3 eine schematische Darstellung der anliegenden Differenzdrücke bei der Schließ- und Öffnungsrichtung eines Durchflussventil mit Druckvorsteuerung bzw. Nachführung mit Hilfe eines Druckregelventils gemäß dem erfindungsgemäßen Ventilsystem bzw. dem Verfahren,
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4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventilsystems zur Steuerung von Kupplungen oder Gangstellern eines Kraftfahrzeuges mit den wesentlichen Komponenten, hier jedoch dargestellt ohne die in 1 gezeigte Steuervorrichtung,
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5 eine schematische Darstellung eines Störfalles, nämlich mit Durchflussventil in Mittelstellung liegen bleibend ohne Sicherheitsventil,
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6 eine schematische Darstellung eines Störfalles, nämlich mit Durchflussventil in Mittelstellung liegen bleibend mit Reaktion eines Sicherheitsventils, das als Rückschlagventil ausgebildet ist,
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7 eine schematische Darstellung des Systems mit einem Sicherheitsventil als Schieberventil ausgebildet in geschlossener Stellung (mit Rückkopplung),
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8 eine schematische Darstellung des Störfalles, nämlich mit Durchflussventil in Mittelstellung liegen bleibend mit Reaktion des Sicherheitsventiles, das als Schieberventil ausgebildet ist, in geöffneter Stellung dargestellt,
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9 eine schematische Darstellung mit Sicherheitsventil als Schieberventil ausgebildet (ohne Rückkopplung) in geschlossener Stellung dargestellt, und
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10 eine schematische Darstellung des Störungsfalles mit Durchflussventil in Mittelstellung liegen bleibend mit Reaktion des Sicherheitselementes als Schieberventil ausgebildet (ohne Rückkopplung) in geöffneter Stellung dargestellt.
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In den 1 bis 10 ist – zumindest teilweise – ein Ventilsystem 1 zur Steuerung einer nicht dargestellten Kupplung, insbesondere von Trockenkupplungen eines Kraftfahrzeuges oder zur Steuerung eines nicht dargestellten Gangstellers eines Getriebes gezeigt. Das Ventilsystem 1 weist mindestens einen Aktuator 2 zur Ansteuerung der Kupplung bzw. des Gangstellers und einen – ersten – Tank 3 zur Bereitstellung eines Hydraulikmediums auf.
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Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass mindestens ein Druckregelventil 5 und mindestens ein Durchflussventil 6 in Reihenschaltung vor dem Aktuator 2 angeordnet sind und zusätzlich ein Sicherheitsventil vorgesehen ist.
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Zusätzlich ist eine Steuervorrichtung 4 mit mindestens einer steuertechnischen Verbindung zum Druckregelventil 5 und mindestens einer steuertechnischen Verbindung zum Durchflussventil 6 vorgesehen. Die Steuervorrichtung 4 ist zur Auswertung verschiedener Parameter ausgebildet. Eine Vielzahl von Parameter sind zur idealen Schaltung von Trockenkupplungen bzw. Gangstellern ermittelbar, vorzugsweise verarbeitet die Steuervorrichtung 4 die Motordrehzahl, die Getriebeübersetzung, die Fahrpedalstellung, das Motormoment, die Aktivitäten der Bremse, die Getriebetemperaturen, die Drücke bzw. Druckdifferenzen etc. Über entsprechende Sensoren werden der Steuervorrichtung 4 die einzelnen Parameterwerte zugeleitet.
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1 zeigt zur Verdeutlichung des Ventilsystems 1 das System zunächst ohne das Sicherheitsventil 12, wohingegen 4 das vereinfachte Ventilsystem 1, nämlich ohne die Darstellung der Steuervorrichtung 4 zeigt, jedoch mit entsprechend angeordnetem Sicherheitsventil 12. So kann die Steuervorrichtung 4 noch eine zusätzliche mögliche optionale Steuerverbindung zum Sicherheitsventil 12 aufweisen, falls dieses nicht als passives Element, insbesondere nicht als mechanisches automatisch druckabhängiges aktivierendes Sicherheitselement ausgebildet ist, sondern als aktives Element, das durch die externe elektronische Steuerungsvorrichtung 4 aktiviert wird oder sogar direkt als „stromlos öffnend” (bspw. bei Spannungsausfällen) ausgebildet ist.
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Wie 1 zeigt, weist das Druckregelventil 5 mindestens eine erste Entlastungsleitung 7 zum Tank 3 und, um immer einen entsprechenden Versorgungsdruck pV zur Verfügung zu haben, eine erste Druckleitung 8 zur Druckversorgung auf. Es ist eine weitere Verbindung zum Durchflussventil 6 durch eine zweite Druckleitung 9 vorgesehen. Durch eine Verbindung des Druckregelventils 5 mit dem Durchflussventil 6 ist immer der optimierte benötigte aktuelle Druck am Durchflussventil 6 für den jeweiligen situationsbedingten Schaltvorgang gewährleistet bzw. insbesondere durch die Steuervorrichtung 4 einstellbar.
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Das Durchflussventil 6 ist über die zweite Druckleitung 9 mit dem Druckregelventil 5 verbunden. Weiterhin ist eine zweite Entlastungsleistung 10 zum Tank 3 vorgesehen und eine dritte Druckleitung 11 zum Aktuator 2. Zusätzlich ist – wie 4- zeigt eine parallele vierte Druckleitung 13 – parallel zum Durchflussventil 6 – mit darin eingebundenen Sicherheitsventil 12 vorgesehen. Der Aktuator 2 betätigt direkt und/oder indirekt die Kupplung oder den Gangsteller des Kraftfahrzeuges, vorzugsweise über die entsprechende Verschiebung des hier in der 1 bzw. in der 4 jeweils im Aktuator 2 dargestellten Kolbens, wobei der Aktuator 2 bzw. die Anordnung des Kolbens in den 1 und 4 leicht variiert.
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Das Druckregelventil 5 ist in Reihenschaltung vor dem Durchflussventil 6 angeordnet. Entscheidend ist die Kombination von beiden Ventilcharakteristika in Reihenschaltung bzw. auch unter Berücksichtigung der Steuervorrichtung 4 zur idealen Abstimmung und die Anordnung des zusätzlich vorgesehenen Sicherheitsventils 12. Aufgrund dieser Tatsache kann das Druckregelventil 5 an der zweiten Druckleitung 9 des Durchflussventils 6 einen der Betriebssituation angepassten aktuellen Versorgungsdruck pV(S) bereitstellen und somit den Schaltvorgang bzw. die Ansteuerung des Aktuators 2 optimieren.
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In der hier dargestellten besonderen Ausführungsform stellt das Druckregelventil 5 in der zum Durchflussventil 6 führenden zweiten Druckleitung 9 einen der jeweiligen Betriebssituation angepassten spezifischen Versorgungsdruck pV(S) bereit. Das Druckregelventil 5 steuert und/oder regelt den in der zweiten Druckleitung 9 vorhandenen Versorgungsdruck pV(S) derart, dass dieser aktuell am Durchflussventil 6 anliegende Versorgungsdruck pV(S) in Abhängigkeit des sich über den Verstellweg s ändernden Kupplungsdruckes pK(S) bzw. ändernden Gangstellerdruckes eingestellt wird. Das Druckregelventil 5 weist vzw. eine Blende oder einen Schieber auf, über die der in der zweiten Druckleitung 9 anliegende Versorgungsdruck pV(S) entsprechend einstellbar ist. Vorzugsweise wird nun der am Durchflussventil 6 anliegende Versorgungsdruck pV(S) derart eingestellt, dass der Quotient aus den Differenzdrücken, nämlich aus der Differenz des aktuellen Versorgungsdruckes pV(S) und des aktuellen Kupplungsdruckes pK(S) und aus der Differenz des aktuellen Kupplungsdruckes pK(S) bzw. dem Gangstellerdruck und dem Tankdruck pT im wesentlichen über den Verstellweg s nahezu konstant ist. Dies soll anhand der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch näher beschrieben werden.
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Die 1 zeigt – wie bereits erwähnt – das Ventilsystem 1. Mit Hilfe dieses Ventilsystems 1 können nun entsprechende Kupplungen eines Kraftfahrzeuges angesteuert werden. Es ist aber auch möglich, mit dem hier dargestellten Ventilsystem 1 einen entsprechenden Gangsteller eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges entsprechend anzusteuern. Dies ist abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall. Entscheidend ist, dass mit Hilfe des hier dargestellten Aktuators 2, der mit dem Ventilsystem 1 angesteuert bzw. betätigt wird, entsprechende Kupplungen oder Gangsteller dann betätigt werden können.
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Im folgenden soll das Verfahren nun näher erläutert werden, allerdings „nur” anhand der Ansteuerung einer Kupplung. Die in den 2 und 3 dargestellten Kurven/Graphen gelten grundsätzlich auch für die Ansteuerung eines Gangstellers, wobei hier dann nicht der Kupplungsdruck pK(S), sondern eben der Gangstellerdruck dargestellt sein müsste. Mit den Bezeichnungen „Kupplungsdruck” bzw. „Gangstellerdruck” kann auch die entsprechend in der Kupplung bzw. im Gangsteller, vzw. auf den Aktuator 2 jeweilige wirkende Kraft gemeint sein, die über den Kolben des Aktuators 2 wirkt.
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In den 2 und 3 sind dargestellt der Versorgungsdruck pV, der Kupplungsdruck pK(S), der Tankdruck pT und der spezifisch eingestellte Versorgungsdruck pV(S). Es ist deutlich zu erkennen, dass sich insbesondere der Kupplungsdruck pK(S) in Abhängigkeit des Verstellweges s entsprechend ändert. Wie 2 zeigt, ist hier der Versorgungsdruck pV im wesentlichen konstant. Gleiches gilt für den Tankdruck pT. Dies ist im Vergleich zu 3 unterschiedlich, was im folgenden noch ausgeführt wird.
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In 2 sind – wie im Stand der Technik bekannt – die auftretenden Differenzdrücke hinsichtlich der Schließ- und Öffnungsrichtung eines Durchflussventils 6 schematisch, ohne dass ein Druckregelventil 5 in Reihe geschaltet ist, dargestellt. Deutlich erkennbar sind die unterschiedlichen Differenzdrücke zwischen den jeweiligen Schaltvorgängen. Hierin sind bspw. die sich einstellenden Druckdifferenzen δpV1, δpT1, δpV2 und δpT2 durch Pfeile gekennzeichnet. Es ist deutlich erkennbar, dass der Quotient aus den Differenzdrücken, nämlich δpV1/δpT1 > δpV2/δpT2, also die Quotienten aus den Differenzdrücken entsprechend unterschiedlich sind.
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3 zeigt nun die Steuerung gemäß dem Verfahren:
In 3 sind die Differenzdrücke in Schließ- und Öffnungsrichtung des Durchflussventil 6 mit Druckvorsteuerung bzw. Nachführung mit Hilfe des Druckregelventils 5 schematisch dargestellt. Hierin sind die sich einstellenden Differenzdrücke δpV1, δpT1, δpV2, δpT2 auch durch entsprechende Pfeile für unterschiedliche Verstellpunkte S1 und S2 gekennzeichnet.
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Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass die bisherigen Differenzdrücke des Schließ- und Öffnungsdruckes δpV1/δpT1 > δpV2/δpT2 in den jeweiligen Kupplungspositionen durch eine Druckvorsteuerung mittels mindestens eines Druckregelventils 5 in Kombination mit mindestens einem Durchflussventil 6 nun optimal ausbalanciert werden.
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Die Steuervorrichtung 4 kann die aktuell anstehenden Differenzdrücke auswerten und diese durch Steuerung/Regelung entsprechend den Betriebszuständen anpassen, wobei die Differenzdrücke – wie in 3 gezeigt – angeglichen werden zu δpV1/δpT1 = δpV2/δpT2, also die Quotienten der Differenzdrücke im wesentlichen konstant sind. Hierzu steuert und regelt die Steuervorrichtung 4 das Druckregelventil 5 und das Durchflussventil 6. Zusätzliche Parameter wie die Motordrehzahl, die Getriebeeingangsstellung, die Fahrpedalstellung, das Motormoment, die Aktivitäten der Bremse, die Getriebetemperaturen und andere Parameter können durch die Steuervorrichtung 4 berücksichtigt und verarbeitet werden. Die Steuervorrichtung 4 ist vzw. als elektrische/elektronische Steuervorrichtung 4 ausgebildet, weist vzw. einen entsprechenden Mikroprozessor auf. Die Steuervorrichtung 4 ist in der Lage, den in der dritten Druckleitung 11 vorhandenen aktuellen Kupplungsdruck pK(S) zu messen bzw. mit Hilfe des Druckregelventils 5 und des Durchflussventils 6, die beide vzw. entsprechende Blenden aufweisen, entsprechend einzustellen. Weiterhin ist der Volumenstrom durch das Durchflussventil 6 durch die Steuervorrichtung 4 entsprechend beeinflussbar. Denkbar ist auch eine entsprechende Änderung des Volumenstroms durch die Ansteuerung des Durchflussventils 6 durch die Steuervorrichtung 4, um entsprechende Druckdifferenzen optimal abzugleichen.
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Zur Vermeidung von Störfällen ist das erfindungsgemäße Ventilsystem 1 noch zusätzlich mit einem Sicherheitsventil 12 ausgeführt. In 4 ist das Sicherheitsventil 12 als Rückschlagventil 14 ausgeführt. Denkbar sind auch Ausführungen des Sicherheitsventils 12, nämlich als Schieberventil 15 mit Rückkopplung bzw. als Schieberventil 16 ohne Rückkopplung oder als aktive Elemente beispielsweise als Magnetventil. Die Ausführungsformen als Schieberventil 15, 16 sind in den 7 bis 10 dargestellt mit den jeweils unterschiedlichen Stellungen offen bzw. geschlossen, in den 9 und 10 explizit für das Schieberventil 16 ohne Rückkopplung.
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Das Sicherheitsventil 12 ist in einer parallelen vierten Druckleitung 13 zum Durchflussventil 6 in dieser Ausführungsform vorgesehen, also vzw. in einer Bypassleitung zum Druckflussventil 6 angeordnet. Vorstellbar aber nicht in der 4 dargestellt sind auch alternative Anordnungen, beispielsweise eine gänzlich separate und direkte Leitung zum Aktuator 2, um den Zylinder vom Öl im Störungsfall zu befreien.
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In der dargestellten Reihenschaltung stellt das Druckregelventil 5 den Druck entsprechend den Anforderungen dem Durchflussventil 6 situationsspezifisch zur Verfügung. Das Durchflussventil 6 stellt einen Öffnungsquerschnitt zur zweiten Druckleitung 9 oder zweiten Entlastungsleitung 10 her, so dass das Hydraulikmedium, vzw. Öl entsprechend gedrosselt dem Aktuator 2 zu- oder weggeführt wird. In der Mittelstellung des Durchflussventiles 6 ist der Arbeitsanschluss zu den oben genannten Leitungen abgeriegelt, so dass die Arbeitsanschlüsse abgeschlossen sind und das Öl im Zylinder des Aktuators 2 eingeschlossen ist. Solange der Druck im Teilkreis, also zwischen Druckventil 5 und Durchflussventil 6 höher ist als im Zylinder des Aktuators 2 hat das Sicherheitsventil 12 keinen Einfluß. Im Normalbetrieb ist somit das Sicherheitsventil 12 funktionslos und behindert durch Integration mittels der parallelen vierten Druckleitung 13 in keiner Weise den normalen Betrieb.
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Der Ausfall, eine Fehlfunktion also ein Störfall des Druckventils 5 oder des Durchflussventils 6 kann in den meisten Fällen vom jeweils noch funktionsfähigen anderen Ventil kompensiert werden, so dass das Ventilsystem 1 in den Zustand „Kupplung offen” überführt werden kann.
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Die 5 stellt insbesondere den Störfall dar, dass das Durchflussventils 6 in der „Mittelstellung” fest sitzt bzw. die Arbeitsanschlüsse abgeschlossen sind. Hier ist nun das Hydraulikmedium, vzw. Öl im Zylinder des Aktuators 2 eingeschlossen und kann nicht abgelassen werden. Da hier, insbesondere bei einem Doppelkupplungsgetriebe die zweite Kupplung dann nicht mehr verwendet werden kann und auch ein Gangwechsel auf die von der blockierten Kupplung bedienten Gänge nicht mehr möglich ist, kann dieser Störfall zu einem Stillstand des Kraftfahrzeuges führen.
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6 zeigt schematisch hierfür die Reaktion des Sicherheitsventiles 12, wobei nun der Teilkreisdruck der zweiten Druckleitung 9 vzw. auf Null abgesenkt wird und ein Druckgefälle zwischen dem Aktuator 2 und Sicherheitsventil 12 aufgebaut wird. Durch den Einsatz eines Sicherheitsventiles 12 mit der Ausführungsform als Rückschlagventil 14 geschieht nachfolgendes: Beispielsweise ist das Sicherheitsventil 12 als Rückschlagventil 14 mit einer federbelasteten Kugel ausgebildet. Hierdurch löst das Sicherheitsventil 12 als Rückschlagventil 14 nicht bei gleichem Druck auf beiden Seiten aus, sondern ein Hysteresebereich kann eingestellt werden, bei dem das Rückschlagventil 14 trotz leicht höherem Druck im Aktuatorteil weiterhin verschlossen bleibt. Dadurch werden unbeabsichtigte Öffnungen bei kleineren Druckspitzen aus dem Aktuator 2 vermieden. Gleichzeitig verhindert dies eine verhäufte unnötige Betätigung und verringert somit den Verschleiß am Dichtsitz und den Ölverlust. Außerdem wird hierdurch eine Verringerung des Systemwirkungsgrades vermieden. Weiterhin vorteilhaft ist die flexible Positionierung des Sicherheitsventils 12 als vzw. federbelastetes Rückschlagventil 14 aufgrund der weitgehenden Lageunabhängigkeit sowie die Vorteile der Beschleunigungsunempfindlichkeit der gewählten Anordnung. Wenn nun der Druck innerhalb der zweiten Druckleitung 9 auf Null abgesenkt wird, öffnet sich das Sicherheitsventil 12 bzw. das Rückschlagventil 14 und das Hydraulikmedium, vzw. das Öl fließt aus dem Aktuator 2 in den Teilkreis bzw. die zweite Druckleitung 9 zurück und die Kupplung wird geöffnet.
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Zu beachten ist bei der Einstellung des Hysteresebereiches des Sicherheitsventils 12 als Rückschlagventil 14 selbstverständlich die richtige Dimensionierung, welche einen minimal im Aktuator 2 zur Entleerung verfügbaren Druck und eine ausreichende Dynamik zur Aktuatorrückstellung ermöglicht. Bei einem Minimaldruck von 10 bar könnte beispielsweise eine Auslösedifferenz von 5 bar gewählt werden, um einen wirksamen und ausreichenden treibenden Differenzdruck für den Strom des Hydraulikmediums bzw. den Ölstrom zu erhalten.
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Weiterhin vorteilhaft ist für die in den 4 und 6 dargestellte Ausführungsform die einfache Funktionsprüfung. Hierzu muss nur der Störfall theoretisch nachgestellt werden, indem das Durchflussventil 6 auf Mittelstellung und eine Absenkung des Teilkreisdruckes der zweiten Druckleitung 9 vzw. auf Null eingestellt werden. Nachfolgend müßte sich dann der Kolben des Aktuator 2 – bei korrekter Funktion des Rückschlagventils 14 – mit einer bekannten Geschwindigkeit öffnen. Die Baugruppe kann demnach auf einfache Weise bei der Inbetriebnahme auf korrekte Funktion überprüft werden.
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Die 7 und 8 zeigen eine alternative schematische Darstellung des Störfalles mit dem Durchflussventil 6 in Mittelstellung liegen bleibend mit Reaktion des Sicherheitsventils 12 als Schieberventil 15 mit Rückkopplung ausgebildet. Aufgrund der technischen Eigenschaften eines Schieberventils 15 läßt sich dieses nicht leckagefrei bauen. Dies hat zur Folge, dass ständig vzw. ein geringer Ölstrom über das Schieberventil 15 geleitet wird sobald ein Differenzdruck anliegt. Im dargestellten Fall bedeutet dies einen ständigen Ölverlust aus der Leitung des Aktuators 2. Eine solche Anordnung findet bei Niederdruckanwendungen vermehrten Einsatz, da hier üblicherweise wegen einer großvolumig ausgelegten Pumpe ausreichend Drucköl zur Verfügung steht. Vorteilhaft ist bei diesem Einsatz, dass das Öl im Falle einer Aktivierung direkt auf eine Tankleitung in den zweiten Tank 17 abgelassen werden kann und nicht über das Druckregelventil 5 abströmen muss. Hierbei zeigt die 7 den geschlossenen und die 8 den geöffneten Zustand des Schieberventiles 15.
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Die 9 und 10 zeigen eine alternative schematische Darstellung des Störfalles mit dem Durchflussventil 6 in Mittelstellung liegen bleibend mit Reaktion des Sicherheitsventils 12 als Schieberventil 16 ausgebildet (ohne Rückkopplung), in 9 in geschlossener und in 10 in geöffneter Stellung. Hier wird auf eine Rückkopplung des Arbeitsdruckes auf die untere Seite des Schiebers verzichtet. Das Schieberventil 16 wird vom Druck gegen eine Feder in geschlossener Stellung gehalten unabhängig davon welcher Druck im Zylinder des Aktuators 2 ansteht. Tritt der oben schon erwähnte Störfall in Mittelstellung auf, so wird der Druck in der zweiten Druckleitung 9 abgesenkt und das Schieberventil 16 öffnet durch die Feder getrieben die Leitung 18 zum zweiten Tank 17. Es steht ein erhöhter Differenzdruck zur Verfügung, da keine Drosselwirkung überwunden werden muss und sich auch kein Rückstaudruck am Druckregelventil 5 entwickeln kann. Weiterhin vorteilhaft gegenüber den Sitzventilen mit größeren Federkräften und damit einhergehenden massiveren Federn ist, beispielsweise gegenüber dem Sicherheitsventil 12 als Rückschlagventil 14, dass der Öffnungsquerschnitt relativ groß gewählt werden kann, da eine Berücksichtigung der Schließkraft der Feder entfällt.
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Denkbar sind auch Ausführungen des Sicherheitsventils 12 als aktive Elemente, beispielsweise Magnetventile, welche dann direkt ohne Nutzung des Druckregelventils 5 ausgelöst werden. Beispielsweise können die Magnetventile dann stromlos öffnend ausgelegt werden und sich somit bei Spannungsausfall automatisch öffnen. Hierdurch ist auch eine Einsparung möglich, da diese Funktion bei dem Störfall „automatisch bzw. stromlos öffnend bei Spannungsausfall” bei den anderen Ventilen nicht mehr gegeben sein muss. Des weiteren kann zur externen Auslösung eines Sicherheitsventiles 12 ausgeführt als aktives Element, eine nicht dargestellte Steuerleitung vorgesehen sein, so dass die Steuervorrichtung 4 nach Auswertung verschiedenster Parameter und in diversen Störfällen das Sicherheitsventil 12 ausgeführt als aktives Element – auslöst und somit einen optimalen Systemzustand ermöglicht.
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Zu den 8 bis 10 darf noch bezüglich der „Rückkopplung” ausgeführt werden, dass das Schiebeventil 15 mit Rückkopplung in den 7 und 8 dargestellt ist und das Schiebeventil 15 ohne Rückkopplung in den 9 und 10, wobei hier gut erkennbar ist, dass über die Leitung 19 die untere Seite des Schiebers entsprechend druckentlastet ist, da diese mit dem zweiten Tank 17 verbunden ist.
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Bei dem Verfahren zur Steuerung mindestens einer Kupplung oder eines Gangstellers eines Kraftfahrzeuges, vzw. für das in 1 dargestellte Ventilsystems 1, wird nun der Aktuator 2 entsprechend angesteuert, um die Kupplung oder den Gangsteller zu betätigen. Hierbei wird mit Hilfe eines Tankes 3 ein Hydraulikmedium bereitgestellt, wobei der Kupplungsdruck pK(S) über den Verstellweg s der Kupplung bzw. der Gangstellerdruck variiert und der Tankdruck pT im wesentlichen konstant ist, so wie in den 2 und 3 gezeigt. Durch die Kombination des Druckregelventiles 5 und des Durchflussventiles 6, die in Reihe geschaltet sind, kann das Druckregelventil 5 und/oder das Durchflussventil 6 nun derart gesteuert werden, dass der aktuell an Durchflussventil 6 anliegende Versorgungsdruck pV(S), der vzw. in der zweiten Druckleitung 9 besteht, in Abhängigkeit des sich über den Verstellweg s ändernden Kupplungsdruckes pK(S) bzw. des Gangstellerdruckes eingestellt wird. Dieser Unterschied ist aus dem Vergleich der 2 und der 3 deutlich ersichtlich, da 2 das nicht angewendete Verfahren und 3 das angewendete erfindungsgemäße Verfahren zeigt.
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Wie die 3 gut zu erkennen lässt, wird nun der aktuelle am Durchflussventil 6 anliegende Versorgungsdruck pV(S) derart eingestellt, dass der Quotient (δpV1/δpT1 = δpV2/δpT2), nämlich der Quotient aus den jeweiligen Differenzdrücken, nämlich der Differenz des aktuellen Versorgungsdruckes pV(S) und des aktuellen Kupplungsdruckes pK(S) und der Differenz aus dem aktuellen Kupplungsdruck pK(S) und dem aktuellen Tankdruck pT im wesentlichen über den Verstellweg s nahezu konstant ist. Dadurch werden die eingangs beschriebenen Nachteile vermieden.
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Zusätzlich ist eine „Sicherheitsfunktion” realisiert. Für den Störfall, dass das Durchflussventil 6 nicht mehr ansteuerbar ist und in einer die zweite Druckleitung 9 mit der dritten Druckleitung 11 verbindenden Stellung steht, bspw. durch eine Verschmutzung oder bspw. durch eine nicht beabsichtigte Dauerbestromung aufgrund eines elektrischen Fehlers, wird dann mit Hilfe Druckregelventils 5 der spezifische Versorgungsdruck pV(S) abgebaut. Dies hat den Vorteil, dass der Aktuator 2 entlastet werden kann, ohne dass der Hauptdruck bzw. Versorgungsdruck pV abgeschaltet werden muss. Durch diese „Sicherheitsfunktion” kann nun der spezifische Versorgungsdruck pV(S) teilweise abgesenkt oder vollständig abgesenkt werden, ohne dass der Versorgungsdruck pV modifiziert werden muss. Bei aktiv schließenden Kupplungen kann das System so in den sicheren Zustand „Kupplung offen” überführt werden, ohne andere Teilfunktionen zu beeinträchtigen. Darüber hinaus könnte das System bei entsprechender Auslegung der Kupplungskraftkennlinie (bspw.: monoton steigend) als reine Drucksteuerung gefahren werden. Speziell bei Systemen mit nur einer Kupplung würde dies einen Notfahrbetrieb ermöglichen.
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Des weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch der Fall realisiert, dass für den Störfall, wenn das Durchflussventil 6 in der Mittelstellung stehen bleibt und der Arbeitsanschluss zu den anderen Leitungen abgeriegelt ist und dadurch ein Einschluss des Öles im Kolben des Aktuators 2 erfolgt, nun mit Hilfe des Sicherheitsventiles 12 in Verbindung mit einer parallelen vierten Druckleitung 13 auch hier das Öl im Aktuator 2 wegbefördert werden kann und der Zustand „Kupplung offen” realisiert wird. Dies geschieht durch eine Ausnutzung der Druckdifferenz zwischen dem Aktuator 2 und der zweiten Druckleitung 9, indem der entsprechende Teilkreisdruck vzw. auf Null gesenkt wird und durch das aufgebaute Druckgefälle in Kombination mit dem Sicherheitsventil 12 das Öl aus dem Zylinder des Aktuators 2 über das Sicherheitsventil 12 auslaufen kann und die Kupplung wieder geöffnet wird.
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Es gibt mehrere praktikable Ausführungsformen des Sicherheitsventil 12. Denkbar sind passive Elemente wie Rückschlagventile 14 oder Schieberventile 15, 16 aber auch aktive Elemente wie beispielsweise Magnetventile.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilsystem
- 2
- Aktuator
- 3
- Tank
- 4
- Steuervorrichtung
- 5
- Druckregelventil
- 6
- Durchflussventil
- 7
- erste Entlastungsleitung
- 8
- erste Druckleitung
- 9
- zweite Druckleitung
- 10
- zweite Entlastungsleitung
- 11
- dritte Druckleitung
- 12
- Sicherheitsventil
- 13
- vierte Druckleitung
- 14
- Rückschlagventil
- 15
- Schieberventil mit Rückkopplung
- 16
- Schieberventil ohne Rückkopplung
- 17
- zweiter Tank
- 18
- Leitung
- 19
- Leitung
- pV(S)
- spezifischer Versorgungsdruck
- pK(S)
- Kupplungsdruck in Abhängigkeit des Verstellweges
- pT
- Tankdruck
- pV
- Versorgungsdruck
- s
- Verstellweg