DE4142324A1 - (entspricht)verfahren zum steuern einer reibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer trennbaren Reibungskupplung und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Gattungen der Ansprüche 1 und 5.

Die herkömmlichen Reibungskupplungen bei Kraftfahrzeugen sind so ausgelegt, daß das Kupplungsübertragungsmoment größer ist als das maximale Antriebsmoment des Motors. In Verbindung mit dem höheren statischen Reibwert gegenüber den dynamischen und den anteiligen Rotationsmassen können bei Mißbrauch, z. B. seitlichem Wegziehen des Fußes vom getretenen Kupplungspedal, beim Anfahren oder Rückschal­ ten vom zweiten in den ersten Gang unzulässig hohe Dreh­ momentspitzen auftreten.

Die DE-OS 37 36 584 zeigt eine Möglichkeit, um derartige Drehmomentspitzen zu unterbinden. Bei dieser Vorveröf­ fentlichung liegt im Hydraulikkreis zwischen Geber- und Nehmerzylinder der Kupplungsbetätigung ein Rückschlagven­ til mit einem parallel geschalteten Drosselventil. Beim Durchtreten des Kupplungspedals, also beim Ausrücken der Kupplung, öffnet das Rückschlagventil und der Druck des Geberzylinder kann sich ungehindert zum Nehmerzylinder fortpflanzen. Die Kupplung trennt ungehindert. Beim Los­ lassen des Kupplungspedals sperrt das Rückschlagventil und die Hydraulikflüssigkeit muß nun durch das Drossel­ ventil zurückströmen. Die Einrückgeschwindigkeit wird da­ durch gedrosselt. Auf diese Weise werden auch bei einem schnellen Loslassen des Kupplungspedals die Drehmoment­ spitzen wenigstens auf ein erträgliches Maß herabgesetzt.

Bei der vorbekannten Lösung wird die Einrückgeschwindig­ keit von Anfang an gedrosselt. Dadurch ist ein dynami­ sches Schalten und Anfahren nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einerseits Drehmoment­ spitzen im Antriebsstrang zu verhindern, andererseits dem Fahrer des Kraftfahrzeuges das Gefühl zu geben, ein Fahr­ zeug in dynamischer Weise bewegen zu können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Verfahrensmerkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Aus­ gestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Ansprü­ chen 3 und 4.

Nach der Erfindung teilt sich die Einrückgeschwindigkeit der Reibungskupplung in zwei Abschnitte auf. Einem ersten Abschnitt mit beliebig hoher Geschwindigkeit, der unmit­ telbar nach Loslassen des Pedales einsetzt. Der zweite Abschnitt mit gedrosselter Geschwindigkeit erfolgt nach einem fest vorgegebenen Einrückweg zweckmäßigerweise beim Greifen der Kupplung. Dadurch lassen sich Drehmoment­ spitzen auf einen zulässigen Wert begrenzen. Die Länge des Einrückweges kann sich auch nach dem Pedalgefühl und nach den Bedingungen bei Tieftemperaturen richten.

Im einfachsten Falle wird die gedrosselte Einrückge­ schwindigkeit nach Erreichen eines bestimmten Wertes kon­ stant gehalten. Um das Pedalgefühl für den Fahrer zu erhöhen, kann es aber auch vorteilhaft sein, gegen Ende des Ausrückweges die Einrückgeschwindigkeit wieder zu erhöhen.

Ganz allgemein erreicht man durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Vermeidung von Drehmomentspitzen, die nor­ malerweise das Dreifache des Drehmomentes erreichen kön­ nen. Der Antriebsstrang kann kleiner dimensioniert werden mit der Folge einer wesentlichen Gewichts- und Kostenre­ duzierung.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in besonders vorteilhafter Weise mit einer Vorrichtung durchführen, wie sie im Anspruch 4 dargestellt ist. Danach läßt sich ein Ventilkörper in einem Gehäuse mit Dämpfungsmedium durch eine Kolbenstange verlagern. Der Ventilkörper steu­ ert bei seiner Verlagerung Überströmöffnungen unter­ schiedlichen Durchmessers, so daß das Dämpfungsmedium dem Ventilkörper je nach seiner Bewegungsrichtung einen unterschiedlichen Widerstand entgegensetzt. Um die beiden Geschwindigkeitsabschnitte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren für die Einrückung der Kupplung zu erhalten, sieht die Kolbenstange einen Ringbund vor, der erst nach einem gewissen Verschiebeweg den Ventilkörper beauf­ schlagt.

Der Ventilkörper ist als Scheibe ausgelegt und in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist er zusätzlich eine elastische Dichtlippe auf, die schräg in Richtung der Kolbenstange angestellt ist. Auf diese Weise läßt sich der Strömungsquerschnitt zusätzlich steuern mit dem Ziel eines sanften Übergangs zwischen den beiden Einrückge­ schwindigkeiten.

Der Ventilkörper sitzt zweckmäßigerweise im Geber- oder Nehmerzylinder einer hydraulischen Kupplungsbetätigung. Die Kolbenstange ist in diesem Fall entweder mit dem Kupplungspedal oder mit dem Ausrückmechanismus der Kupp­ lung verbunden.

Soweit die Kolbenstange am Kupplungspedal angelenkt ist, erfährt sie bei Betätigung ggf. eine Winkeländerung. Es ist zweckmäßig, den Lagersitz der Steuerscheibe auf der Kolbenstange in diesem Fall ballig auszuführen, um ein Verklemmen während des Verschiebens der Kolbenstange zu verhindern.

Weiter ist es vorteilhaft, zwischen dem Lagersitz der Steuerscheibe und der Kolbenstange wegabhängige Über­ strömöffnungen vorzusehen. Dadurch läßt sich beispiels­ weise ein erneutes Ansteigen der Einrückgeschwindigkeit gegen Ende des Einrückweges erzielen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der dazugehörigen Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Kupplungsbe­ tätigung für eine Reibungskupplung im Antriebs­ strang eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 2 und 3 in graphischer Darstellung der mögliche Verlauf der Kupplungseinrückgeschwindigkeit über dem Einrückweg,

Fig. 4 ein Geberzylinder für eine Kupplungsbetätigung nach Fig. 1 mit der erfindungsgemäßen Steuer­ einrichtung,

Fig. 5 eine Einzelheit A nach Fig. 4, in vergrößertem Maßstab und

Fig. 6 ebenfalls in vergrößertem Maßstab eine Über­ strömöffnung zwischen Steuerscheibe und Kolben­ stange.

Aus Fig. 1 läßt sich ein Kupplungspedal 1 entnehmen, das über einen Drehpunkt 1a an einem nicht näher dargestell­ ten Fahrzeugaufbau schwenkbar gelagert ist. Eine Kolben­ stange 2 eines insgesamt mit 3 bezeichneten Geberzylin­ ders greift gelenkig gelagert am Kupplungspedal 1 an. Vom Geberzylinder 3 führt eine Hydraulikleitung 4 zu einem Nehmerzylinder 5. Die Kolbenstange 6 des Nehmerzylinders 5 betätigt den Ausrückmechanismus einer üblichen und da­ her allgemein bekannten Reibungskupplung 7, die im An­ triebsstrang eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist.

Durch Niederdrücken des Kupplungspedals 1 in Richtung des Pfeiles 28 baut sich im Geberzylinder 3 ein Druck auf, der sich über die Hydraulikleitung 4 zum Nehmerzylinder 5 fortplanzt und dort die Kolbenstange 6 in Zeichnungsebene nach links verschiebt. Durch den Ausrückmechanismus wird die Reibungskupplung 7 gelöst. Die Kupplung befindet sich demnach nach vollendeter Pedalbetätigung in einem voll ausgerückten Zustand, in dem die treibenden und angetrie­ benen Teile der Reibungskupplung voneinander getrennt sind, ein Drehmoment also nicht mehr übertragen wird. Läßt der Fahrer das Kupplungspedal 1 wieder los, wird es aufgrund der Federmittel in der Reibungskupplung 7 und möglicherweise weiterer, nicht dargestellter Rück­ stellmittel entgegen der Pfeilrichtung 8 zurückver­ schwenkt. Die Kupplung kehrt in ihren voll eingerückten Zustand zurück. Die einzelnen Teile sind wieder miteinan­ der verbunden und übertragen das Motordrehoment auf ein nicht näher dargestelltes Wechselgetriebe.

Der Pedalrücklauf erfolgt entsprechend der Erfindung in zwei Geschwindigkeitsabschnitten. Fig. 4 zeigt eine Vor­ richtung, mit der diese unterschiedlichen Geschwindigkei­ ten erreicht werden. Hier ist der Geberzylinder 3 teil­ weise und im Längsschnitt dargestellt. Er weist ein Zy­ lindergehäuse 3a auf, in dem verschiebbar ein Doppelkol­ ben 8 gelagert ist. Die linke Kolbenhälfte 8a begrenzt einen mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckraum 9. Die rechte Kolbenhälfte 8b begrenzt einen mit Luft gefüllten Druckraum 10. Der Doppelkolben 8 wird von der Kolben­ stange 2 betätigt. Ihr Ende ist hierfür abgerundet und sitzt in einer kugelschalenförmigen Ausnehmung des Kol­ benbodens 8b. Diese Art der Lagerung ist gewählt, da die Kolbenstange 2 beim Niederdrücken des Kupplungspedals 1 (Fig. 1) eine Winkelbewegung erfährt, die in der Figur mit der Bezugsziffer 11 angedeutet ist.

Desweiteren trägt die Kolbenstange 2 einen Ringbund 12, der bei der in Fig. 4 gezeigten Ausgangslage der Kolben­ stange 2 (nicht betätigtes Kupplungspedal) außerhalb des Zylindergehäuses 3a liegt. Eine als Ventilkörper wirkende Steuerscheibe 13, die die Druckkammer 10 begrenzt, sitzt verschiebbar auf der Kolbenstange 2. Sie wird mit einer Druckfeder 14, die sich am Kolbenboden der Kolbenhälfte 8b abstützt, gegen eine Ringschulter des Zylindergehäuses 3a gepreßt. Dabei besteht die Ringschulter aus einer Ringscheibe, die über einen Sicherungsring 16 im Zylindergehäuse 3a gehalten ist. Der bereits erwähnte Ringbund 12 der Kolbenstange 2 befindet sich in einem de­ finierten, die unterschiedlichen Einrückgeschwindigkeiten der Reibungskupplung steuernden Abstand zur Steuerscheibe 13.

Den aus dem Zylindergehäuse 3a austretenden Abschnitt der Kolbenstange 2 überdeckt teilweise ein Faltenbalg 26. Er ist einerseits am Zylindergehäuse 3a befestigt und ge­ stattet an seinem anderen Ende über eine Gleitdichtung den Durchtritt der Kolbenstange 2 zum Kupplungspedal hin.

Im Mantel des Faltenbalgs 26 sind mehrere Entlüftungsöff­ nungen 27 vorgesehen.

Fig. 5 zeigt die in Fig. 4 durch den Kreis A gekennzeich­ nete Einzelheit in vergrößertem Maßstab. Die Kolbenstange 2 ist soweit eingefahren, daß ihr Ringbund 12 an der Steuerscheibe 13 anliegt. Die Steuerscheibe 13 selbst ist etwas von der Ringscheibe 15 gegen die Kraft der Druckfe­ der 14 abgehoben. Wie aus der Fig. 5 deutlich erkennbar ist, weist die Steuerscheibe 13 eine Überströmöffnung 13a auf; tatsächlich sind über den Umfang verteilt mehrere derartige Überströmöffnungen 13a vorgesehen. Desweiteren ist eine große zentrale Öffnung 15a in der Ringscheibe 15 erkennbar, durch die die Kolbenstange 2 hindurchführt. Zusätzlich weist die Ringscheibe 15 Überströmöffnungen 15b auf (in Fig. 5 wiederum nur eine dargestellt). Ferner trägt der Umfang der Steuerscheibe 13 einen elastischen Dichtungsring 16 mit einer Dichtlippe 16a, die in ihrer Ruhelage in Richtung der Kolbenstange 2 schräg angestellt ist. Die Dichtlippenkante ist dabei radial so weit nach innen angeordnet, daß die Überströmöffnungen 15b von der Dichtlippe, wie noch weiter unten dargestellt wird, ver­ schlossen werden können.

Schließlich ist in Fig. 5 deutlich der Lagersitz 13b zwi­ schen der Steuerscheibe 13 und der Kolbenstange 2 erkenn­ bar. Es ist ballig ausgeführt und aufgrund dieser Ballig­ keit lassen sich in einfacher Weise die zuvor erwähnten Winkeländerungen 11 bei Betätigen der Kolbenstange 2 bzw. des Kupplungspedals 1 ausgleichen.

Die Funktionsweise der Vorrichtung soll nun anhand der Fig. 1, 4 und 5 erläutert werden. Drückt der Fahrer das Kupplungspedal 1 nieder, wird der Doppelkolben 8 durch die Kolbenstange 2 in Zeichnungsebene nach links verscho­ ben. Der sich in der Druckkammer 9 aufbauende Druck der Hydraulikflüssigkeit planzt sich zum Nehmerzylinder 5 fort und rückt, wie bereits beschrieben, die Reibungs­ kupplung 7 aus.

Beim Betätigen des Kupplungspedals 1 fährt die Kolben­ stange 2 zunächst so weit in den Zylinder 3 ein, bis der Ringbund 12 gegen die Steuerscheibe 13 anstößt. Die Druckfeder 14 ist dabei so stark vorgespannt, daß sie auch nach dieser Verlagerung des Doppelkolbens 8 noch ausreichend Druckkraft aufweist, um die Steuerscheibe 13 gegen den Ringbund 12 zu drücken. Bei weiterer Einwärts­ bewegung hebt der Ringbund 12 die Steuerscheibe 13 von der Ringschulter 15 ab. Sie gibt dadurch deren Zentral­ öffnung 15a frei. Ein schnelles Trennen der Kupplung wird nicht beeinträchtigt, da durch die Volumenvergrößerung in der Druckkammer 10 dem entstehenden Unterdruck durch das Abheben der Steuerscheibe 13 nachgekommen wird. Sollte dies nicht ausreichen, kann im Gehäuse 3a ein Rückschlag­ ventil angeordnet werden, das bei dieser Auskuppelbetäti­ gung geöffnet ist. Die Ausrückbewegung der Kupplung ge­ schieht demnach mit einer von der Betätigungskraft des Fahrers abhängigen Geschwindigkeit.

Beim Einkuppeln, also wenn das Kupplungspedal 1 losgelas­ sen wird und es sich entgegen der Pfeilrichtung 8 zurück­ bewegt, liegt im ersten Abschnitt des Verschiebewegs die Steuerscheibe 13 gegen den Ringbund 12 wegen der auf sie drückenden Feder 14 an. Die Luft, die in der Druckkammer 10 durch das Zurückfahren des Kolbens 8 verdrängt wird, kann über die Zentralöffnung 15a der Ringscheibe 15 na­ hezu ungehindert entweichen. In diesem Wegeabschnitt also hängt die Einkuppelgeschwindigkeit bzw. die Geschwindig­ keit des zurückstellenden Kupplungspedals 1 allein davon ab, wie schnell der Fahrer seinen Fuß vom Kupplungspedal nimmt.

Nähert sich nunmehr die Steuerscheibe 13 der Ringscheibe 15, legt sich zunächst die Dichtlippe 17a an die Ring­ scheibe 15 an und verschließt die Zentralöffnung 15a. Der Druckausgleich kann jetzt lediglich noch über die Durch­ strömöffnungen 13a in der Steuerscheibe und 15b in der Ringscheibe erfolgen. Da der Durchflußquerschnitt hier insgesamt geringer ist, erfolgt die Rückstellbewegung we­ sentlich langsamer. Es ist eine Übergangsdämpfungsstufe erreicht.

Beim weiteren Zurückverlagern des Kupplungspedals und damit der Steuerscheibe 13 biegt sich die elastische Dichtlippe 17a in Richtung Steuerscheibe 13 und ver­ schließt schließlich auch die Durchströmöffnungen 15b in der Ringscheibe 15. Nunmehr ist lediglich noch ein Druck­ ausgleich über die Durchströmöffnungen 13a der Steuer­ scheibe 13 möglich. Die Folge ist ein erheblicher Dämpfungswiderstand, der sich in einer deutlich reduzier­ ten Einrückbewegung der Kupplung zeigt.

In den Fig. 2 und 3 sind nun diese Geschwindigkeitsver­ hältnisse in Kurvenform dargestellt. Auf der Abszisse 18 der beiden Diagramme ist jeweils der Verschiebeweg der Kolbenstange aufgetragen und zwar nach rechts in Richtung Auskuppeln. Auf der Abszisse 19 sind jeweils die Aus- bzw. Einrückgeschwindigkeiten der Kupplung aufgetragen.

In beiden Diagrammen ist eine gestrichelte Kurve 20 er­ kennbar. Sie gibt eine konstante Geschwindigkeit beim Auskuppeln der Reibungskupplung an.

Die mit durchgehenden Strichen dargestellte Kurve nach Fig. 2 zeigt die Einrückgeschwindigkeit der Kupplung und zwar beginnend beim Punkt 21 auf der Abszisse 18. Es ist zunächst ein steil ansteigender Kurvenabschnitt erkenn­ bar, der sich schnell einem Maximum nähert, das mit 22 auf der Abszisse gekennzeichnet ist. Ab diesem Punkt ver­ läuft die Geschwindigkeit nahezu konstant bis zu einem Punkt 23. Dieser Punkt 23 ist der Greifpunkt der Rei­ bungskupplung. Dies ist auch die Position, an der sich die Dichtlippe 17a (Fig. 5) an der Ringscheibe 15 anzule­ gen beginnt. Die Einrückgeschwindigkeit verringert sich aufgrund des erwähnten größeren Dämpfungswiderstandes, bis sie bei 24 wiederum in einen konstanten verringerten Wert übergeht. Ab hier hat die Dichtlippe auch die Über­ strömöffnungen 15b in der Ringscheibe 15 verschlossen und es findet nur noch ein Druckausgleich über die Durch­ strömöffnungen 13a in der Steuerscheibe 13 statt.

In Fig. 3 ist wiederum eine ähnliche Kurve für die Ein­ rückgeschwindigkeit erkennbar. Hier ist allerdings der Abfall der Einrückgeschwindigkeit vom ungedrosselten zum gedrosselten Wert etwas flacher, was bedeutet, daß die Kupplung insgesamt sanfter greift.

Desweiteren zeigt Fig. 3 ab dem Abszissenwert 25 wieder einen stetigen Anstieg der Einrückgeschwindigkeit bis zum Ende des Einrückvorgangs. Dies wird erreicht durch eine Kolbenstangenform wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Die hier mit 2′ bezeichnete Kolbenstange weist im Bereich der Steuerscheibe 13 eine Einschnürung 26 auf. Das hat zur Folge, daß eine Durchströmöffnung 29 sich beim Zurückver­ lagern der Kolbenstane 2′ öffnet. Es kann zusätzlich ein Druckausgleich erfolgen. Die Einrückgeschwindigkeit steigt wieder an. Dabei entspricht die Länge zwischen Ringbund 12 und Beginn der Einschnürung 26 dem Wegab­ schnitt 24′ bis 25 auf der Abszisse 18 nach Fig. 3.

Fig. 3 zeigt noch eine weitere Variante der Beeinflussung der Einrückgeschwindigkeit. Sie ist strichpunktiert ge­ zeichnet und gibt an, daß die Anfangsgeschwindigkeit schon früher, nämlich zum Punkt 22′ gedrosselt wird. Der Grund hierfür ist wieder ein sanfteres Eingreifen der Kupplung.

Claims (9)

1. Verfahren zum Steuern einer trennbaren Reibungskupp­ lung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, bei dem die Reibungskupplung zwischen einem die treiben­ den und die angetriebenen Teile der Kupplung mitein­ ander verbindenden, voll eingerückten Zustand und einem voll ausgerückten, die Kupplungsteile trennen­ den Zustand betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einrücken der Rei­ bungskupplung mit einer zunächst beliebig hohen An­ fangsgeschwindigkeit und ab einem vorgegebenen Ein­ rückweg mit einer gegenüber der Anfangsgeschwindig­ keit gedrosselten Einrückgeschwindigkeit erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Einrück­ weg durch den Greifpunkt der Kupplung bestimmt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gedrosselte Einrück­ geschwindigkeit einen konstanten Wert annimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gedrosselte Einrück­ geschwindigkeit im letzten Teilabschnitt des Ein­ rückweges wieder ansteigt.

5. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem ein Dämpfungsmedium enthaltenden Gehäuse, in dem ein bei Kupplungsbetätigung durch eine Kolbenstange ver­ schiebbarer Ventilkörper Überströmöffnungen unter­ schiedlichen Durchmessers steuert, wobei sich bei nicht betätigter Reibungskupplung der Ventilkörper federbelastet gegen eine Innenschulter des Gehäuses anlegt und eine Hauptströmöffnung verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper als eine auf der Kolbenstange (2) verschiebbar gela­ gerte, Durchströmöffnungen (13a) aufweisende Steuer­ scheibe (13) ausgelegt ist und daß die Kolbenstange (2) einen die Steuerscheibe (13) beaufschlagenden Ringbund (12) aufweist, der bei nicht betätigter Kolbenstange (2) im Abstand zur Steuerscheibe (13) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (13) eine elastische, in Richtung der Kolbenstangenachse schräg angestellte Dichtlippe (17a) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der ein mit einem Kupplungspedal betätigbarer Geberzylinder über eine Hydraulikleitung einen die Reibungskupplung ausrückenden Nehmerzylinder beaufschlagt und bei der sich der Ventilkörper im Geber- oder Nehmerzylinder befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (2) des Geber- oder Nehmerzylinders (3, 5) die Steuerscheibe (13) beaufschlagt und am Kupplungspedal (8) oder am Ausrückmechanismus der Reibungskupplung angelenkt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagersitz (13b) der Steuerscheibe (13) auf der Kolbenstange (2) ballig ausgeführt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (2) an seinem der Steuerscheibe (13) zugeordneten Verschie­ beabschnitt Querschnitte unterschiedlicher Größe (Einschnürung 26) aufweist.