DE102016219376A1 - Verfahren zum Befüllen einer Lamellenkupplung - Google Patents

Abstract

Der Füllausgleichsdruck einer Lamellenkupplung nach einer Schnellfüllphase wird kalibriert, in dem die Lamellenkupplung mehrfach nacheinander mit Druck befüllt wird und hierbei der Füllausgleichsdruck jeweils schrittweise erhöht wird und gleichzeitig die Drehzahldifferenz der Primärseite zur Sekundärseite der Lamellenkupplung überwacht wird.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befüllen einer Lamellenkupplung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
• Lamellenkupplungen werden typischerweise über zwei Phasen gefüllt; der Schnellfüllphase und der Ausgleichsphase. Zuerst wird mit einem hohen Druckniveau über einen bestimmten Zeitraum die Kupplung mit Fluid vorgefüllt, die sogenannte Schnellfüllphase. Anschließend wird das Druckniveau von dem hohen Schnellfülldruck auf den nachfolgenden Druck, den Füllausgleichsdruck, reduziert; die sogenannte Füllausgleichsphase. Der Füllausgleichsdruck sorgt dafür, dass die Kupplung befüllt bleibt und das Luftspiel im Lamellenpaket der Lamellenkupplung soweit reduziert wird, dass die Lamellenkupplung noch kein Drehmoment überträgt, jedoch die Lamellen kein Lamellenspiel mehr aufweisen. Zusätzlich dient der Füllausgleichsdruck auch dazu, um Befüllunterschiede auszugleichen, wodurch die entsprechenden Fehlmengen nachgefüllt werden.
• Insbesondere bei Reversierkupplungen, bei welchen aus einer Vorwärtsfahrtrichtung in eine Rückwärtsfahrtrichtung oder umgekehrt umgeschaltet wird, wie dies häufig bei Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Radlader, der Fall ist, wird der Füllausgleichsdruck durch eine automatische Kalibrierung der Kupplungen ermittelt. Hierbei wird der Rutschpunkt der Kupplung durch ein langsames Öffnen der Kupplung ausgehend von einer geschlossenen Kupplung bestimmt. Dies ist beispielsweise in der DE 10 2014 222 948 A1 offenbart. Diesem Rutschpunkt wird nun ein theoretischer Rutschdruck bzw. eine entsprechende Stromstärke, welcher den Druck einstellenden Ventils zugeteilt. Anhand dieser Stromstärke wird nun die gesamte Stromdruckkennlinie (I_P-Kennlinie) des Druckreglers entsprechend verschoben, wodurch der Füllausgleichsdruck korrekt eingestellt werden kann.
• Bei derartigen Befüllverfahren, um den Füllausgleichsdruck zu ermitteln, muss der Rutschpunkt ausgehend von einer geschlossenen Kupplung ermittelt werden. Aus diesem Grund wird häufig die Parametrierung des Füllausgleichsdrucks in allen Fahrzeugen höher als benötigt parametriert. Dies ist deshalb notwendig, weil sich durch eine zu leere Kupplung das Fahrverhalten speziell bei Reversierungen signifikant verschlechtert. Dies wiederum verstärkt den Nachteil, dass Fahrzeuge bei denen der Füllausgleichsdruck korrekt ermittelt wurde nun mit einem zu hohen Füllausgleichsdruck fahren. Durch diese erhöhte Kupplungsbelastung kann es zur Schädigung der Kupplung kommen. Wird die Kupplung jedoch mit einem zu niedrigen Füllausgleichsdruck betrieben, so kann die Kupplung wieder Füllmenge verlieren und im Extremfall leer laufen. Dies führt ebenfalls zur Schädigung des Antriebsstrangs.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Lamellenkupplung so zu befüllen, dass diese betriebssicher ohne Schädigung betrieben werden kann.
• Die Aufgabe wird mit einem auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen Verfahren zum Befüllen einer Lamellenkupplung gelöst.
• Erfindungsgemäß wird die Kupplung über das Verfahren zum Befüllen der Lamellenkupplung kalibriert. Die Kalibrierung erfolgt in der Regel automatisch, sie kann jedoch auch manuell ausgelöst werden. Erfolgt die Kalibrierung automatisch, so wird die automatische Kalibrierung dann ausgelöst, wenn bestimmte Randbedingungen erfüllt sind. Ist beispielsweise die Abtriebsdrehzahl unter einer zuvor definierten Drehzahl, wird das Verfahren zum Befüllen der Lamellenkupplung automatisch ausgelöst. Es besteht jedoch auch zusätzlich oder optional die Möglichkeit, das Verfahren dann auszulösen, wenn die Parkbremse betätigt ist, das Bremspedal betätigt ist, das Fahrpedal nicht betätigt ist, der Fahrtrichtungsschalter auf Neutral ist, eine zuvor definierte Wartezeit überschritten ist oder das Fahrzeug sich im Stillstand befindet. Erkennt eine Steuereinheit, dass eine oder mehrere dieser Bedingungen erfüllt sind, so führt die Steuereinheit das Verfahren zum Befüllen der Lamellenkupplung durch. Hierbei wird mehrmals nacheinander die Kupplung befüllt. Hierbei wird zuerst die Schnellfüllzeit (tSF) so gewählt, dass die Lamellenkupplung noch nicht komplett befüllt ist. Ebenso wird das Füllausgleichsniveau (PStart) bzw. der Füllausgleichsdruck, mit dem das Verfahren gestartet wird, so niedrig gewählt, dass der Füllausgleichsdruck nicht ausreicht, um die Kupplung anzulegen und das Lamellenspiel dadurch nicht vollständig reduziert wird und die Kupplung noch kein Drehmoment überträgt. Nach einer einstellbaren Wartezeit wird dieser Vorgang wiederholt, wobei bei jedem Schritt der Füllausgleichsdruck um eine einstellbare Schritthöhe erhöht wird. Das Verfahren wird solange fortgesetzt bis die Kupplung merkbar Drehmoment überträgt. Somit wird die Lamellenkupplung gezielt über die Höhe des Füllausgleichsdruckes befüllt. Dies wird solange fortgeführt bis der Füllausgleichsdruck ausreicht, um eine Reaktion an der Sekundär- bzw. Primärseite der Kupplung zu erkennen, indem die Kupplung Drehmoment überträgt. Hierbei wird die Relativbewegung der Sekundärseite zu der Primärseite der Kupplung überwacht. Als Bewertungskriterium kann beispielsweise der Differenzdrehzahlgradient der Kupplung oder das absolute Delta der Differenzdrehzahl verwendet werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit die Ist-Motordrehzahl der Antriebsmaschine oder den Gradienten der Ist-Motordrehzahl oder auch bei einem hydrostatisch mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebe, den Hochdruck als Erkennungsfunktion zu verwenden.
• Wird beispielsweise eine parametrierbare Schwelle für das Delta der Differenzdrehzahl in Kombination mit einem Differenzdrehzahlgradienten oder eine separate etwas höhere Schwelle für den Differenzdrehzahlabbau ohne Erfüllung der Differenzdrehzahlgradientenbedingung überschritten, wodurch erkannt wird, dass die Lamellenkupplung Drehmomente überträgt, so wird der in diesem Zyklus gestellte Soll-Füllausgleichsdruck dem theoretischen Füllausgleichsdruck oder dem durch Messungen an mehreren Getrieben ermittelten Füllausgleichsdruck zugeordnet, bei dem die Kupplung beginnt kraftschlüssig zu werden. Aus der Differenz zwischen dem gestellten Füllausgleichsdruck und dem zugeordneten Füllausgleichsdruck wird nun über ein Kennfeld ermittelt, um wieviel die Stromdruckkennlinie des Druckreglers oder alternativ direkt der Füllausgleichsdruck der entsprechenden Kupplung verschoben werden muss. Es kann zudem parametriert werden, ab welcher ermittelten Differenz der ermittelten Verschiebung der Kennlinie überhaupt eine Korrektur des Füllausgleichsdrucks vorgenommen wird. Es besteht auch die Möglichkeit ein Offset auf den ermittelten Wert zu addieren.
• Ist der kommandierte Solldruck des Füllausgleichsdrucks niedriger als der zugeordnete theoretische Füllausgleichsdruck, so ist der tatsächliche Füllausgleichsdruck höher als der kommandierte Füllausgleichsdruck. Damit muss die Stromdruckkennlinie des Druckreglers reduziert werden, damit für den gleichen kommandierten Füllausgleichsdruck weniger Strom am Druckregler gestellt wird oder alternativ kann der Füllausgleichsdruck direkt reduziert werden. Ist der kommandierte Füllausgleichsdruck höher als der zugeordnete theoretische Füllausgleichsdrucks, so heißt dies, dass der tatsächliche Füllausgleichsdruck niedriger ist als der kommandierte Füllausgleichsdruck. Damit muss die Stromdruckkennlinie erhöht werden, damit für den gleichen kommandierten Füllausgleichdruck mehr Strom am Druckregler gestellt wird oder alternativ der Füllausgleichsdruck erhöht werden.
• In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung kann das Adaptionsverfahren für mehrere Drehzahlen und Temperaturen durchgeführt werden. Diese werden automatisch einem Kennfeld zugeordnet. Somit kann ein gesamtes Kennfeld für die Stromdruckverschiebung der Druckregler- bzw. ein Kennfeld für die Füllausgleichsdruckverschiebung ermittelt werden. Dazu muss der theoretische Füllausgleichsdruck, welchem der gefundene Soll-Füllausgleichsdruck zugeordnet wird, zusätzlich temperatur- und drehzahlabhängig sein.
• In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung wird selbst bei mehrfacher Ausführung der Adaption, somit mehrfacher Durchführung des Verfahrens, die Erhöhung des Füllausgleichsdrucks nur um einen maximalen Wert korrigiert. Somit iteriert sich das Verfahren langsam an den korrekten Wert der Stromdruckverschiebung an. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit eine sofortige Korrektur des Füllausgleichsdrucks auf den ermittelten Wert durchzuführen.
• In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung werden nach dem erfolgreichen Durchführen des Verfahrens die ermittelten Werte in einem nicht flüchtigen Speicher (Eprom, EEprom) abgelegt, womit der optimierte Wert beim nächsten Klemmenwechsel sofort wieder zur Verfügung steht.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann manuell angestoßen werden, beispielsweise über ein Display. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Adaptionsverfahren automatisch durchzuführen, wenn im Betrieb das Fahrzeug eine definierte Zeit ohne Fahranforderung steht. Es besteht auch die Möglichkeit, das Adaptionsverfahren automatisch durchzuführen, wenn das Fahrzeug eine definierte Anzahl an Betriebsstunden absolviert hat. Es besteht auch die Möglichkeit das Adaptionsverfahren automatisch durchzuführen, wenn das Fahrzeug sich in Betrieb befindet und das Fahrzeug für eine definierte Zeit ohne Fahranforderung in Stillstand steht. Es besteht auch die Möglichkeit, dass eine Recheneinheit, beispielsweise nach einer definierten Anzahl von Betriebsstunden des Fahrzeugs, den Fahrer auffordert, das Adaptionsverfahren durchzuführen.
• In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung kann für eine sichere Zuordnung des gestellten Solldrucks des Füllausgleichsdrucks zum theoretischen Füllausgleichsdruck analog zur ersten Schwelle eine zweite Schwelle eingeführt werden. Wird die erste Schwelle überschritten, so wird der hier gestellte Solldruck gespeichert, aber die Adaption fortgeführt und der Sollfüllausgleichsdruck schrittweise weiter angehoben bis die zweite Schwelle ausgelöst wird. Ist die zweite Schwelle ausgelöst, so kann von dem dadurch gestellten Sollfüllausgleichsdruck eine Schrittweite abgezogen werden und dieser Sollfüllausgleichsdruck zu dem Sollfüllausgleichsdruck der ersten Schwelle addiert werden und daraus der Mittelwert gebildet werden. Der sich so ergebene Mittelwert wird dann dem theoretischen Füllausgleichsdruck zugeordnet und auf Basis des sich daraus ergebenen Druckdeltas die erforderliche Stromdruckkennlinie des Druckreglers entsprechend verschoben.
• Es könnte auch nach der Füllausgleichsadaption mit der gefundenen Stromdruckverschiebung der Druckreglerkennlinie ein Kontrollschritt durchgeführt werden, in dem der theoretische Füllausgleichsdruck kommandiert wird und dann geprüft wird, ob die erste Schwelle überschritten wurde. Ist dies der Fall so wird die Stromdruckverschiebung der Druckreglerkennlinie übernommen. Ansonsten wird der Wert verworfen und die Adaption wird erneut ausgeführt.
• Als weitere Variante wird die Füllausgleichsadaption mehrmals hintereinander durchgeführt und dann der ermittelte Mittelwert der Stromdruckverschiebung verwendet, um die Stromdruckkennlinie des Druckreglers entsprechend zu verschieben.
• Weist ein Getriebe mehrere Kupplungen auf welche zu adaptieren sind, können diese entweder nacheinander adaptiert werden oder zeitoptimiert adaptiert werden. Bei der zeitoptimierten Adaptierung wird die weitere Kupplung in der Wartezeit zwischen dem Drucklosschalten der ersten Kupplung und dem Wiederbefüllen der ersten Kupplung befüllt.
• In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung wird die Füllausgleichsadaption bzw. Kalibrierung nicht nur im Stillstand sondern auch während dem normalen Arbeitseinsatz durchgeführt. Hierbei wird die Kupplung bei einer Schaltung nach dem gleichen Prinzip befüllt, jedoch anschließend bleibt die Kupplung mit Druck beaufschlagt. Die Erhöhung des Füllausgleichsdrucks um den Offsetwert findet dann eben erst mit der nächsten Schaltung statt. Die Kupplung wird somit nicht direkt mehrmals hintereinander befüllt, sondern erst wenn der jeweilige Gang mit der Kupplung geschaltet wird.
• Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
• Es zeigen:
• 1 das erfindungsgemäße Verfahren bei Anwendung an einer einzigen Kupplung; und
• 2 das erfindungsgemäße Verfahren bei Anwendung in zeitoptimierten Verfahren bei zwei Kupplungen.
• Fig. 1:
• Die Linie 1 stellt die Drehzahldifferenz Δn der Primärseite zur Sekundärseite der Lamellenkupplung dar. Zuerst wird die Kupplung in der Schnellfüllphase mit dem Druck 4 für den Zeitraum der Schnellfüllphase t_SF mit Druck beaufschlagt. Anschließend wird der Druck auf den ersten Füllausgleichsdruck P_Start für den Zeitraum der Füllausgleichsphase t_halte reduziert. Anschließend wird die Kupplung drucklos geschaltet und solange drucklos gehalten bis die Wartezeit t_warte abgelaufen ist. Nun wird die Kupplung wieder mit dem Druck 4 in der Schnellfüllphase für den Zeitraum t_SF beaufschlagt. Anschließend wird der Druck abgesenkt auf den Druck P, welcher um einen Offsetdruck P_Offset höher ist als der erste Füllausgleichsdruck P_Start. Nach Ablauf des Zeitraums t_halte für die Füllausgleichsphase wird die Kupplung wieder drucklos geschaltet. Nach Ablauf einer Wartezeit t_warte wird die Kupplung wieder mit dem Druck 4 der Schnellfüllphase t_SF beaufschlagt und anschließend der Druck wieder abgesenkt, jedoch ist dieser Ausgleichsdruck P nun noch höher als der vorherige Füllausgleichsdruck, da er wiederum den Offsetdruck P_Offset erhöht wurde. Bei jeder Beaufschlagung der Kupplung mit Druck wird die Drehzahl der Primärseite und der Sekundärseite der Kupplung überwacht und der gestellte Soll-Druck P in Abhängigkeit der Drehzahldifferenz aufgezeichnet. Der Gradient 2 und/oder die Differenz 3 weist aus, dass die Kupplung Drehmoment überträgt, wodurch die Steigung des Gradienten 2 und/oder der Betrag der Differenz 3 in Abhängigkeit des angesteuerten Füllausgleichsdrucks P einen Aufschluss darüber gibt, wie der Füllausgleichsdruck korrigiert werden muss. Durch das hintereinander Pulsen, jeweils mit erhöhtem Füllausgleichdruck und gleichzeitigen Überwachen der Drehzahlen der Kupplung, kann die Kupplung auf den optimalen Füllausgleichsdruck P eingestellt werden, welches zu einer betriebssicheren Kupplung führt.
• Fig. 2:
• Die Kupplungen 5 und 6 der 2 werden nach dem gleichen Schema wie die einzelne Kupplung nach 1 beaufschlagt, jedoch wird die zweite Kupplung 6 erst dann beaufschlagt wenn sich die erste Kupplung 5 in drucklosem Zustand in der Wartezeit t_warte befindet. Dadurch kann, bei Vorhandensein von mehreren Kupplungen in einem Getriebe, zeitoptimiert der optimale Füllausgleichsdruck gefunden werden.
• Bezugszeichenliste

1

Linie

2

Gradient

3

Differenz

4

Druck

5

erste Kupplung

Δn

Differenzdrehzahl

P

Solldruck

t

Zeit

t_SF

Zeitraum Schnellfüllphase

t_halte

Zeitraumfüllausgleichsphase

P_Start

erster Füllausgleichsdruck

t_warte

Wartezeit

6

zweite Kupplung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102014222948 A1 [0003]

Claims (8)

1. Verfahren zum Befüllen einer Lamellenkupplung, wobei beim Betätigung der Lamellenkupplung Fluid in einen Kolbenraum geführt wird, wobei in einer Schnellfüllphase der Kolbenraum zuerst für einen Zeitraum mit einem höheren Druck als der nachfolgende Füllausgleichsdruck beaufschlagt wird und anschließend in der Füllausgleichsphase der Kolbenraum mit dem nachfolgenden Füllausgleichsdruck beaufschlagt wird, wobei der höhere Druck den Kolbenraum schneller befüllt und der nachfolgende Füllausgleichsdruck das Luftspiel im Lamellenpaket der Lamellenkupplung so reduziert, dass nahezu kein Drehmoment von der Lamellenkupplung übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung die Lamellenkupplung mehrmals nacheinander mit einer Schnellfüllphase und einer Füllausgleichsphase mit Fluid befüllt wird, wobei bei zumindest der ersten Befüllung der Zeitraum der Schnellfüllphase so gewählt wird, dass der Kolbenraum noch nicht vollständig befüllt ist und der nachfolgende Druck der Füllausgleichsphase so niedrig gewählt ist, dass die Lamellen der Lamellenkupplung noch nicht aneinander anliegen und der nachfolgende Füllausgleichsdruck der weiteren Befüllung um einen zuvor definierten Betrag erhöht wird, wobei so viele weitere Befüllungen mit weiteren Erhöhungen des nachfolgenden Füllausgleichsdruckes stattfinden bis erkannt wird, dass die Kupplung Drehmoment überträgt.
2. Verfahren zum Befüllen einer Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Befüllung erst nach einem Wartezeitraum möglich ist.
3. Verfahren zum Befüllen einer Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erkannt wird, dass die Lamellenkupplung Drehmoment überträgt, in dem ein Unterschied der Drehzahl der Primärseite der Lamellenkupplung zur Sekundärseite der Lamellenkupplung detektiert wird.
4. Verfahren zum Befüllen einer Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erkannt wird, dass die Lamellenkupplung Drehmoment überträgt, in dem ein Drehzahlgradient der Lamellenkupplung oder des Antriebsmodus überschritten wird.
5. Verfahren zum Befüllen einer Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwerte, bei welchen Drehmomente übertragen werden, mit weiteren Werten in eine Speichereinheit gespeichert wird.
6. Verfahren zum Befüllen einer Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Werte eine Antriebsdrehzahl und/oder eine Temperatur ist.
7. Verfahren zum Befüllen einer Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren automatisch gestartet wird, wenn die Abtriebsdrehzahl unter einem zuvor definierten Wert ist und/oder die Parkbremse betätigt ist und/oder das Bremspedal betätigt ist und/oder das Fahrpedal nicht betätigt ist und/oder das Getriebe sich in Neutral befindet und/oder das Fahrzeug sich im Stillstand befindet.
8. Verfahren zum Befüllen einer Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Lamellenkupplung befüllt wird, wenn die erste Lamellenkupplung drucklos ist und sich im Wartezeitraum zwischen der nächsten Befüllung und der Drucklosschaltung befindet.

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