WO2006128637A1 - Reibungskupplung mit hydraulischem aktuator und antriebseinheit mit mindestens einer solchen - Google Patents

Reibungskupplung mit hydraulischem aktuator und antriebseinheit mit mindestens einer solchen Download PDF

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WO2006128637A1
WO2006128637A1 PCT/EP2006/005027 EP2006005027W WO2006128637A1 WO 2006128637 A1 WO2006128637 A1 WO 2006128637A1 EP 2006005027 W EP2006005027 W EP 2006005027W WO 2006128637 A1 WO2006128637 A1 WO 2006128637A1
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WO
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pressure
friction clutch
pressure chamber
line
clutch according
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PCT/EP2006/005027
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Quehenberger
Dieter Schmidl
Original Assignee
Magna Powertrain Ag & Co. Kg
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Priority to US11/921,338 priority patent/US7832540B2/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D25/00—Fluid-actuated clutches
    • F16D25/06—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch
    • F16D25/062—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces
    • F16D25/063—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces with clutch members exclusively moving axially
    • F16D25/0635—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces with clutch members exclusively moving axially with flat friction surfaces, e.g. discs
    • F16D25/0638—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces with clutch members exclusively moving axially with flat friction surfaces, e.g. discs with more than two discs, e.g. multiple lamellae
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D48/00—External control of clutches
    • F16D48/02—Control by fluid pressure
    • F16D48/04—Control by fluid pressure providing power assistance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D48/00—External control of clutches
    • F16D48/02—Control by fluid pressure
    • F16D2048/0257—Hydraulic circuit layouts, i.e. details of hydraulic circuit elements or the arrangement thereof
    • F16D2048/0284—Hydraulic circuit layouts, i.e. details of hydraulic circuit elements or the arrangement thereof characterised by valve arrangements supplying fluid to a two chamber- cylinder

Definitions

  • the invention relates to a friction clutch with actuator, which friction clutch includes a disk set and a single-acting hydraulic actuator, with which the disk pack against the force of a spring in frictional connection can be brought, wherein the actuator is a Koben- cylinder unit, which via valves with a Pressure fluid source is controllably connected.
  • the clutch can act both to lock a differential and to control the torque assigned to an axle or wheel.
  • the coupling can also be part of a manual transmission, in particular a dual-clutch transmission.
  • the actuator acts in the closing direction of the clutch, in ⁇ fmungsraum acts the spring.
  • a generic friction clutch is known for example from WO 2004/040158 A2. It has as a source of pressurized fluid a controllable motor-pump unit and as a valve quick release valve. This achieves a quick release of the clutch. If this or any other generic clutch is to be engaged from the fully disengaged position, the actuator must travel a certain distance (the so-called "pre-stroke") until the clutch begins to grip All the more so, as the clutch in disengaged condition should have as few friction losses as possible when there is a large difference in rotational speed between the two coupling halves, because then the forward stroke and thus the dead time are considerable.
  • the response and thus the control characteristics of the clutch should be significantly improved with the least possible effort.
  • the piston-cylinder unit has a stepped piston whose first stage small attack surface (at usual circular attack surface also: small diameter) with its cylinder a first pressure chamber and its stage larger attack surface with its cylinder limits a second pressure chamber, wherein the first pressure chamber via a pressure line to the second pressure chamber is connectable when in the first pressure chamber, a certain pressure is reached or when the stepped piston has traveled a certain way, and wherein the second pressure chamber further via a drain and a second check valve containing suction line with the pressure fluid reservoir is connectable. Since only the force of the spring is to be overcome during the pre-stroke, a small piston area is sufficient, which results in an increased engagement speed and thus fast passage of the preliminary stroke with the same fluid flow.
  • first stage small attack surface at usual circular attack surface also: small diameter
  • a first check valve opens (claim 2).
  • the second pressure chamber is further connectable via a discharge to the low-pressure side of the pressure fluid source, wherein the flow connection is made by a valve unit, which may be designed differently in the context of the invention.
  • a simplification of the valve unit can be achieved if the derivative is connected via a third check valve to the pressure line (claim 3) (Fig. 2).
  • a compensation line is provided with a throttle point, which bypasses the third check valve (claim 4) in a further development of the invention (Fig. 3).
  • a particularly accurate feedback signal is obtained when a pressure sensor is attached to the drain between the second pressure chamber and the third check valve (claim 5) ( Figure 3). This also takes into account the pressure prevailing in the first pressure chamber.
  • the pressure line is arranged in the interior of the stepped piston and ends at the periphery of the first stage of the stepped piston at a position which opens after a certain way of the stepped piston with the second pressure chamber out (claim 6) (Fig. 6).
  • the pressure line is arranged in the cylinder of the piston-cylinder unit (ie fixed to the housing) and ends at the circumference of the first stage at a location which is released after a certain way of the stepped piston of this (claim 7) (Fig. 7).
  • a further throttle point is provided in the same channel (claim 8) (FIG. 6, 7).
  • the pressure difference between the first and second pressure chambers is increased and the opening pressure of the first check valve can be made smaller. This reduces errors in the measurement of the pressure and thus the contact force in the stationary state. Furthermore, temperature-induced increased suction resistances in the second check valve can thus be compensated.
  • Pressure fluid source and valves for control can be designed very different in the invention.
  • the source of pressurized fluid is a controllable motor-pump unit which can be connected to the pressure line and the outlet by means of a quick-release valve and a fourth non-return valve (claim 9). It is thus on the control of the electric motor, which can be very fast and accurate, the clutch operated.
  • the hydraulic transmission takes place via the Self-controlling valve unit, which ensures that the clutch can be opened quickly without external control and returns automatically to its safe (disengaged) position if the electrical system fails. Because the valve opens when the pump pressure drops or disappears.
  • the self-regulating valve unit on a quick dump valve, which acts on the prevailing on the side facing him the pump pressure.
  • the quick release valve consists of a sleeve and a spring-assisted slide therein, which sleeve has at least one first opening through which pressure medium can flow out of the cylinder-piston unit, and which slider between a first position in which he the opening releases and a second position in which it obscures the opening, is displaceable (claim 10) (Fig.1,2). In the first position of the slider, the force of the spring and in the second position the force exerted on it by the pressure medium predominate (claim 11) (FIG. 1, 2).
  • the discharge line according to claim 3 is connected via a third check valve to the pressure line. This ensures that the quick release valve opens the clutch completely, including the clearance.
  • the pressure fluid source is a controllably moved master piston in a master cylinder, which is connected to the pressure line and the discharge line (claim 13) (FIG. 3).
  • the master piston is then speaking activated moved.
  • the piston must release the vent hole, so that the vent path can be traversed when opening.
  • the pressure fluid source is conventionally connected (for example with a constant pump and a pressure accumulator) and via a control valve to the pressure line and the discharge, which control valve is suitable for controlling the fluid flow (mass flow) in both directions (claim 14) (FIG 4).
  • the invention also relates to a drive unit for controlling the torque distribution on two output shafts, for which the inventive friction clutch is particularly suitable.
  • this drive unit two friction clutches according to the invention, each for an output shaft, are provided, which are supplied by a common source of pressurized fluid, which is a reversible motor-pump unit (claim 15) (FIG. 6). They are commanded by a common control unit 17, wherein either the one or the other friction clutch is acted upon by reversal, the clutches are thus operated in opposite directions.
  • the discharges of both clutches can be connected to one another via a further valve (claim 16).
  • the other valve is a safety valve that ensures that in case of system failure or power failure, the effective pressure and thus the torque transmitted initially remains the same on both sides (so that the vehicle does not sideways off the road) and is consequently dismantled symmetrically as well.
  • the safety valve In undisturbed operation, the safety valve is kept closed against spring force. In the event of a fault or power failure, it opens. For example, if one of the two quick release valves jams, the mutual pressure reduction can be done via the other quick release valve.
  • FIG. 1 a first embodiment of the coupling according to the invention
  • FIG. 2 a modification of FIG. 1
  • FIG. 3 a third embodiment with a variant of the pressure source;
  • FIG. 5 shows a drive unit with two couplings according to the invention
  • FIG. 6 shows a fifth embodiment in a drive unit according to FIG. 5,
  • FIG. 6 shows a fifth embodiment in a drive unit according to FIG. 5, FIG.
  • FIG. 7 shows a detail variant of FIG. 6.
  • a coupling 1 is indicated only by its hydraulic actuator 2 and a plate pack 3.
  • the actuator 2 is a piston-cylinder unit which can be acted upon by a pressure fluid provided by a pressure source 4.
  • the actuator 2 includes a stepped piston 5, both stages of which have different effective diameters.
  • a first stage 6 of the stepped piston has a small diameter and defines with the housing or cylinder a first pressure chamber 8.
  • the second stage 7 of the stepped piston has a large diameter and defines a second pressure chamber 9.
  • the first stage with the small effective area serves to overcome the pre-stroke only against the force of a spring 10, the second stage in addition to the compression of the disk set 3, to produce a frictional engagement.
  • the pressurized fluid source 4 is a reversible pump 15 which is driven by an electric motor 16 and draws the fluid to be pumped from a reservoir 18.
  • the electric motor 16 is controlled by a control unit 17 with respect to the direction of rotation and speed, so that the pump 15 in both streams tion directions variable fluid flows can demand.
  • a control valve unit 12 which consists of a quick dump valve 13 and parallel to this and immediately a main check valve 14.
  • From the pressure line 20 upstream of the first check valve 22 performs a branch line 21 without interposed valve in the first pressure chamber 8.
  • a derivative 23 the connection from the second Pressure chamber 9 to the quick-release valve 12 ago, which allows reversing the rotational sense of the pump 15, a particularly rapid lowering of the pressure in the second pressure chamber 9.
  • a suction line 24 is provided with a second check valve 25, is sucked through the fluid in the second pressure chamber 9, as long as the stepped piston 2 is moved only by filling the first pressure chamber.
  • a pressure gauge 26 is connected, which provides the control unit 17 with a pressure signal as a feedback signal.
  • the quick-release valve 13 essentially corresponds to the quick-release valve described in the cited WO 2004/040158 A2. It consists of a sleeve 30 in which a slide 31 is guided. On the slider acts on the one hand (in Fig.l from below) the pressure generated by the pump 15, on the other side of the slide 31 acts a spring 34.
  • the pressure line 21 opens into a second opening 32 in the sleeve 30, the Discharge 23 in a first opening 33.
  • the quick release valve is in its deepest Position, the deflation position. In this fluid can flow from the discharge line 23 through the second opening 32 into the reservoir 18 '.
  • the slider 31 With increasing delivery pressure of the pump 15, the slider 31 is lifted against the force of the spring until it covers the two openings 32, 33.
  • the main check valve 14 opens and pressurized fluid enters the pressure line 20.
  • FIG. 2 differs therefrom only in that the discharge line 23 'opens into the pressure line 20 via a third check valve 35. This allows a simplification of the Schnellablbleventiles 13 ', it only needs a second opening 32'.
  • FIG. 3 differs from the preceding ones by the type of pressure fluid source and in that the third check valve 35 in the discharge line 23 'is bypassed by a compensation line 37 with a throttle position 38. At this point, the manometer 25 'is attached.
  • the equalization line 37 compensates for the pressure difference between the two chambers 8, 9 in approximately steady-state operating states and thus gives a very accurate value for the pressure exerted by the stepped piston 5 on the plate pack 3 via the pressure measured by the manometer 25 '.
  • the source of pressurized fluid here is a master cylinder 40, in which a master piston 41 is set in motion by an only indicated mechanical or hydraulic drive.
  • This drive 42 is controlled by the control unit 17 by means of a signal 43.
  • a position sensor 44 provides the control unit with a position signal which can also be processed by the controller here.
  • the master cylinder 40 is connected via a vent hole 46 and a connecting line 45 to the reservoir 18.
  • the donor Ben 41 limited pressure chamber 47 is connected via an outlet 48 with the pressure line 20 in connection.
  • FIG. 4 differs from the previous one in that a constant-displacement pump 51 and a pressure equalization vessel 52 serve as the pressure fluid source 50, and further in that the control of the coupling takes place by means of an ordinary solenoid valve 53, which in the usual way pressure and / or flow rate in the pressure line 20 controls.
  • Fig. 5 shows a possible application of the coupling according to the invention in a drive unit of a motor vehicle, said drive unit can be arranged both between the wheels of an axle and between two axes.
  • the drive unit 60 whose housing is indicated by dashed lines, is arranged here between the two wheels 61, 62 of an axle.
  • a drive shaft 63 with a pinion drives a differential cage 64 via the ring gear.
  • the actual differential located in the differential case 64 here a conventional bevel gear differential 65 distributes the torque initially to the two wheel shafts 66, 67.
  • the differential carrier 64 drives with its first gear 68 via a countershaft 70 with its second gear 69 and third gear 71 each have a fourth gear 72 on each side.
  • the mutual gears 72, 72 ' are each connected to a clutch outer 74, 74'.
  • FIG. 6 shows the activation of the drive unit described with reference to FIG. 5, for example.
  • the two clutches 1, 1 'and their actuators are the same on both sides, and for parts already described also their reference 5 characters used.
  • a fifth and a sixth check valve 80, 81 are provided in the suction pipes 82, 83. Of these opens depending on the direction of the pump pump one of the two check valves 80, 81 and the other
  • the first check valve 22 is not fixed to the housing here, but accommodated in the stepped piston 105. It connects the first pressure chamber 8 via a pressure line
  • FIG. 7 differs from FIG. 6 in that the connecting line 220 is not arranged here in the piston but in the cylinder, ie fixed to the housing.
  • the connection of the two pressure chambers 8,9 is established when the edge 206 'of the stepped piston 206, the mouth 220' of

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Abstract

Reibungskupplung (1 ) mit einfachwirkendem hydraulischem Aktuator (2), welcher eine Kolben-Zylindereinheit ist, die mit einer Druckfluidquelle (4) steuerbar in Verbindung stehen. Um einen Vorhub bis zum Anliegen der Kupp lung schnell durchfahren zu können, hat die Kolben-Zylindereinheit (2) einen Stufenkolben (5), dessen erste Stufe (6) kleinen Durchmessers mit seinem Zylinder einen ersten Druckraum (8) und dessen zweite Stufe (7) größeren Durchmessers mit seinem Zylinder einen zweiten Druckraum (9) begrenzt, wobei eine Druckleitung (20) mit dem ersten Druckraum (8) und über ein bei einem bestimmten Druck öffnendes erstes Rückschlagventil (22) mit dem zweiten Druckraum (9) in Verbindung steht, und wobei der zweite Druckraum (9) weiters über eine Ableitung (23) und eine ein zweites Rückschlagventil (25) enthaltende Saugleitung (24) mit dem Fluidreservoir (18) verbindbar ist. Eine Antriebseinrichtung mit solchen Kupplungen ist auch beschrieben.

Description

REIBUNGSKUPPLUNG MIT HYDRAULISCHEM AKTUATOR UND ANTRIEBSEINHEIT MIT MINDESTENS EINER SOLCHEN
Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit Aktuator, welche Reibungskupplung ein Lamellenpaket und einen einfachwirkenden hydraulischen Aktuator enthält, mit welchem das Lamellenpaket gegen die Kraft einer Feder in reibschlüssige Verbindung bringbar ist, wobei der Aktuator eine KoI- ben-Zylindereinheit ist, die über Ventile mit einer Druckfluidquelle steuerbar in Verbindung steht. Die Kupplung kann sowohl zum Sperren eines Differentiales als auch zur Steuerung des einer Achse oder einem Rad zugewiesenen Drehmomentes handeln. Die Kupplung kann aber auch Teil eines Schaltgetriebes, insbesondere eines Doppelkupplungsgetriebes, sein. Der Aktuator wirkt in Schließrichtung der Kupplung, in Öfmungsrichtung wirkt die Feder.
Die Anforderungen an die Steuerbarkeit von Reibungskupplungen sind bei Anwendungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges sehr hoch, sowohl hinsichtlich der Genauigkeit der Einstellung eines bestimmten Drehmomentes als auch hinsichtlich der Geschwindigkeit beziehungsweise des verzögerungsfreien Ansprechens der Steuerung beim Einrücken oder Lösen der Kupplung. Dazu kommt noch die Forderung nach Eigensicherheit. Das bedeutet, dass sich bei Systemausfall der sicherste Zustand (meist ist das die gelöste Kupplung) von selbst einstellen soll.
Eine gattungsgemäße Reibungskupplung ist zum Beispiel aus der WO 2004/ 040158 A2 bekannt. Sie hat als Druckfluidquelle eine steuerbare Motor-Pumpeneinheit und als Ventil ein Schnellablassventil. Damit wird ein schnelles Lö- sen der Kupplung erreicht. Soll diese oder irgend eine andere gattungsgemäße Kupplung aus der ganz gelösten Stellung eingerückt werden, muss der Aktuator einen gewissen Weg (den sogenannten „Vorhub") zurücklegen, bis die Kupplung zu greifen beginnt. Die dabei vergehende Totzeit steht einer schnellen und feinfühligen Steuerung der Kupplung im Wege. Das umso mehr, als die Kupp- lung im ausgerückten Zustand bei großer Drehzahldifferenz zwischen den beiden Kupplungshälften möglichst wenig Reibungsverluste haben soll. Dann nämlich ist der Vorhub und damit die Totzeit erheblich.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Aktuator so auszubilden, dass der Vor- hub möglichst schnell durchfahren werden kann. Das Ansprechverhalten und damit die Steuercharakteristik der Kupplung soll so mit möglichst geringem Aufwand erheblich verbessert werden.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass die Kolben-Zylindereinheit einen Stufenkolben aufweist, dessen erste Stufe kleiner Angriffsfläche (bei wie üblich kreisförmiger Angriffsfläche auch: kleinen Durchmessers) mit ihrem Zylinder einen ersten Druckraum und dessen Stufe größerer Angriffsfläche mit ihrem Zylinder einen zweiten Druckraum begrenzt, wobei der erste Druckraum über eine Druckleitung mit dem zweiten Druckraum verbindbar ist, wenn im ersten Druckraum ein bestimmter Druck erreicht ist oder wenn der Stufenkolben einen bestimmten Weg zurückgelegt hat, und wobei der zweite Druckraum weiters über eine Ableitung und eine ein zweites Rückschlagventil enthaltende Saugleitung mit dem Druckfluidreservoir verbindbar ist. Da während des Vorhubes nur die Kraft der Feder zu überwinden ist, genügt eine kleine Kolbenfläche, was bei gleichem Fluidstrom eine erhöhte Einrückgeschwindigkeit und damit ein schnelles Durchfahren des Vorhubes ergibt. Um das nicht zu behindern, kann der die zweite Stufe bildende Teil des Kolbens durch die Saugleitung bei geöffnetem zweiten Rückschlagventil Fluid in die sich vergrößernde zweite Druckkammer saugen. Sobald das Lamellenpaket soweit zusammengedrückt ist, dass es mit der Übertragung eines Drehmomentes beginnt, steigt entweder die zu überwindende Kraft, oder der Kolben hat einen bestimmten Weg zurückgelegt, wodurch der Weg zum zweiten Druckraum frei wird. Im ersteren Fall öffnet sich ein erstes Rückschlagventil (Anspruch 2).
Der zweite Druckraum ist weiters über eine Ableitung mit der Niederdruckseite der Druckfluidquelle verbindbar, wobei die Strömungsverbindung durch eine Ventileinheit hergestellt ist, welche im Rahmen der Erfindung verschieden aus- gestaltet sein kann. Eine Vereinfachung der Ventileinheit ist erreichbar, wenn die Ableitung über ein drittes Rückschlagventil mit der Druckleitung verbunden ist (Anspruch 3) (Fig. 2).
Wenn die Steuerung der Kupplung die auf die Kupplungslamellen ausgeübte Kraft als Rückführsignal benutzt, ist in Weiterbildung der Erfindung eine Ausgleichsleitung mit einer Drosselstelle vorgesehen, die das dritte Rückschlagventil umgeht (Anspruch 4) (Fig. 3). Ein besonders genaues Rückführsignal wird erhalten, wenn ein Drucksensor an der Ableitung zwischen dem zweiten Druckraum und dem dritten Rückschlagventil angebracht ist (Anspruch 5) (Fig. 3). So wird auch der im ersten Druckraum herrschende Druck berücksichtigt.
Soll bei der Ansteuerung der Kupplung der Übergang zum zweiten Druckraum geöffnet werden, wenn der Stufenkolben einen bestimmten Weg zurückgelegt hat, so gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder ist die Druckleitung im Inneren des Stufenkolbens angeordnet und endet am Umfang der ersten Stufe des Stufenkolbens an einer Stelle, welche nach einem bestimmten Weg des Stufenkolbens mit zum zweiten Druckraum hin öffnet (Anspruch 6) (Fig. 6). Oder die Druckleitung ist im Zylinder der Kolben-Zylindereinheit (also gehäusefest) an- geordnet und endet am Umfang der ersten Stufe an einer Stelle, welche nach einem bestimmten Weg des Stufenkolbens von diesem freigegeben wird (Anspruch 7) (Fig. 7). So kann am ersten Druckraum ein höherer Druck wirken und, wenn auch ein erstes Rückschlagventil vorhanden ist, kann dieses auf einen kleineren Öffhungsdruck ausgelegt werden. Dadurch entsteht im zweiten Druckraum zunächst ein höherer Unterdruck, sodass über das zweite Rückschlagventil wegen der größeren Druckdifferenz mehr Fluid schneller nachgesogen wird.
In Weiterbildung dieser Abwandlung ist in dem nämlichen Kanal eine weitere Drosselstelle vorgesehen (Anspruch 8) (Fig. 6,7). Dadurch wird die Druckdifferenz zwischen erster und zweiter Druckkammer erhöht und der Öffhungsdruck des ersten Rückschlagventils kann kleiner gewählt werden. Das vermindert Fehler bei der Messung des Druckes und damit der Anpresskraft im stationären Zustand. Weiters können damit temperaturbedingt erhöhte Saugwiderstände im zweiten Rückschlagventil ausgeglichen werden.
Druckfluidquelle und Ventile zur Steuerung können im Rahmen der Erfindung sehr verschieden ausgebildet sein. In einer ersten Variante, entsprechend der WO 2004/ 040158 A2, ist die Druckfluidquelle eine steuerbare Motor-Pumpe- Einheit, die mittels eines Schnellablassventils und eines vierten Rückschlagventils mit der Druckleitung und der Ableitung verbindbar ist (Anspruch 9). Es wird also über die Steuerung des Elektromotors, die sehr schnell und exakt sein kann, die Kupplung betätigt. Die hydraulische Übertragung erfolgt über die selbststeuernde Ventileinheit, die ohne Ansteuerung von außen sicherstellt, dass die Kupplung schnell zu öffnen ist und bei Ausfall der Elektrik von selbst in ihre sichere (ausgekuppelte) Stellung zurückkehrt. Denn das Ventil öffnet, wenn der Pumpendruck ab- oder wegfallt. Dazu weist die selbststeuernde Ventileinheit ein Schnellablassventil auf, auf das der auf der ihm zugekehrten Seite der Pumpe herrschende Druck einwirkt.
In einer Weiterbildung der ersten Variante besteht das Schnellablassventil aus einer Büchse und einem darin federunterstützten Schieber, welche Büchse zumindest eine erste Öffnung hat, durch die Druckmedium aus der Zylinder- Kolben-Einheit abströmen kann, und welcher Schieber zwischen einer ersten Stellung, in der er die Öffnung freigibt und einer zweiten Stellung, in der er die Öffnung verdeckt, verschiebbar ist (Anspruch 10) (Fig.1,2). Dabei überwiegt in der ersten Stellung des Schiebers die Kraft der Feder und in der zweiten Stellung die von dem Druckmedium auf ihn ausgeübte Kraft (Anspruch 11) (Fig. 1,2).
Bei der ersten Variante kann auch unter der ersten Öffnung eine zweite Öffnung vorgesehen sein, die mit dem ersten Druckraum in Verbindung steht und von dem Schieber bei nachlassendem Druck der Druckfluidquelle nach (=später als) der ersten Öffnung freigegeben wird (Anspruch 12) (Fig. 1). In diesem Fall ist die Ableitung gemäß Anspruch 3 über ein drittes Rückschlagventil mit der Druckleitung verbunden. Damit ist erreicht, dass das Schnellablassventil die Kupplung ganz öffnet, einschließlich des Lüftspieles.
In einer zweiten Variante ist die Druckfluidquelle ein steuerbar bewegter Geberkolben in einem Geberzylinder, welcher mit der Druckleitung und der Ableitung verbunden ist (Anspruch 13) (Fig. 3). Der Geberkolben wird dann ent- sprechend angesteuert bewegt. In diesem Fall muss der Kolben die Lüftbohrung freigeben, damit beim Öffnen der Lüftweg durchfahren werden kann.
In einer dritten Variante ist die Druckfluidquelle konventionell (zum Beispiel mit einer Konstantpumpe und einem Druckspeicher) und über ein Steuerventil mit der Druckleitung und der Ableitung verbunden, welches Steuerventil den Fluidstrom (Massenstrom) in beiden Richtungen zu steuern geeignet ist (Anspruch 14) (Fig. 4).
Die Erfindung handelt auch von einer Antriebseinheit zur Steuerung der Dreh- momentverteilung auf zwei Ausgangswellen, für die sich die erfindungsgegenständliche Reibungskupplung besonders eignet. Bei dieser Antriebseinheit sind zwei erfindungsgemäße Reibungskupplungen, jede für eine Ausgangswelle, vorgesehen, welche von einer gemeinsamen Druckfluidquelle versorgt werden, die eine umsteuerbare Motor-Pumpe-Einheit ist (Anspruch 15) (Fig. 6). Sie werden von einer gemeinsamen Steuereinheit 17 kommandiert, wobei durch Umsteuerung entweder die eine oder andere Reibungskupplung beaufschlagt wird, die Kupplungen somit gegensinnig betätigt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Antriebseinheit sind die Ableitungen beider Kupplungen über ein weiteres Ventil miteinander verbindbar (Anspruch 16). Das weitere Ventil ist ein Sicherheitsventil, das sicherstellt, dass bei Systemstörungen oder Stromausfall der wirksame Druck und damit das übertragene Drehmoment zunächst auf beiden Seiten gleich bleibt (damit das Fahrzeug nicht seitlich von der Fahrbahn abkommt) und in der Folge ebenso symmetrisch ganz abgebaut wird. Bei ungestörtem Betrieb ist das Sicherheitsventil gegen Federkraft geschlossen gehalten. Bei einer Störung oder bei Stromausfall öffnet es. Wenn zum Beispiel eines der beiden Schnellablassventile klemmt, kann der beiderseitige Druckabbau über das jeweils andere Schnellablassventil erfolgen. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar, schematisch:
Fig. 1 : Eine erste Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Kupplung, Fig. 2: Eine Abwandlung der Fig. 1, Fig. 3 : Eine dritte Ausfuhrungsform mit einer Variante der Druckquelle,
Fig. 4: Eine vierte Ausfuhrungsform mit einer weiteren Variante der
Druckquelle,
Fig. 5: Eine Antriebseinheit mit zwei erfindungsgemäßen Kupplungen, Fig. 6: Eine fünfte Ausfuhrungsform in einer Antriebseinheit gemäß Fig. 5,
Fig. 7: Eine Detail - Variante zu Fig. 6.
In Fig. 1 ist eine Kupplung 1 nur durch ihren hydraulischen Aktuator 2 und ein Lamellenpaket 3 angedeutet. Der Aktuator 2 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit, die mit einem von einer Druckquelle 4 bereitgestellten Druckfluid beaufschlagbar ist. Der Aktuator 2 enthält einen Stufenkolben 5, dessen beide Stufen verschiedene wirksame Durchmesser haben. Eine erste Stufe 6 des Stufenkolbens hat einen kleinen Durchmesser und begrenzt mit dem Gehäuse beziehungsweise Zylinder einen ersten Druckraum 8. Die zweite Stufe 7 des Stufenkolbens hat einen großen Durchmesser und begrenzt einen zweiten Druckraum 9. Die erste Stufe mit der kleinen wirksamen Fläche dient der Überwindung des Vorhubes nur gegen die Kraft einer Feder 10, die zweite Stufe zusätzlich dem Zusammenpressen des Lamellenpaketes 3, um einen Reibschluss herzustellen.
Die Druckfluidquelle 4 ist hier eine von einem Elektromotor 16 angetriebene umsteuerbare Pumpe 15, welche das zu pumpende Fluid aus einem Reservoir 18 ansaugt. Der Elektromotor 16 wird von einer Steuereinheit 17 hinsichtlich Drehrichtung und Drehzahl gesteuert, so dass die Pumpe 15 in beiden Strö- mungsrichtungen variable Fluidströme fordern kann. Zwischen der Druckfluid- quelle 4 und der Kupplung 1 ist eine Steuerventileinheit 12, die hier aus einem Schnellablassventil 13 und parallel dazu und dieses umgehend einem Hauptrückschlagventil 14 besteht. Von dem Schnellablassventil 13 führt eine Druckleitung 20 über ein erstes Rückschlagventil 22 in den zweiten Druckraum 9. Von der Druckleitung 20 stromaufwärts des ersten Rückschlagventils 22 fuhrt eine Zweigleitung 21 ohne zwischengeschaltetes Ventil in den ersten Druckraum 8. Weiters stellt eine Ableitung 23 die Verbindung vom zweiten Druckraum 9 zum Schnellablassventil 12 her, das bei Umsteuern des Drehsinnes der Pumpe 15 ein besonders schnelles Absenken des Druckes im zweiten Druck- räum 9 ermöglicht.
Schließlich ist noch eine Saugleitung 24 mit einem zweiten Rückschlagventil 25 vorgesehen, durch die Fluid in den zweiten Druckraum 9 eingesogen wird, solange der Stufenkolben 2 nur durch Füllen des ersten Druckraumes bewegt wird. Wenn der Druck in der Druckleitung 20 und in der Zweigleitung 21 eine bestimmte Größe erreicht hat, öffnet das erste Rückschlagventil 22 zur Beaufschlagung des zweiten Druckraumes 9. Gleichzeitig schließt das zweite Rückschlagventil 25. An der Saugleitung 24 zwischen dem zweiten Druckraum 9 und dem zweiten Rückschlagventil 25 ist ein Manometer 26 angeschlossen, das der Steuereinheit 17 ein Drucksignal als Rückmeldesignal zur Verfügung stellt.
Das Schnellablassventil 13 entspricht im wesentlichen dem in der eingangs zitierten WO 2004/040158 A2 beschriebenen Schnellablassventil. Es besteht aus einer Büchse 30, in der ein Schieber 31 geführt ist. Auf den Schieber wirkt ei- nerseits (in Fig.l von unten) der von der Pumpe 15 erzeugte Druck, auf die andere Seite des Schiebers 31 wirkt eine Feder 34. Die Druckleitung 21 mündet in eine zweite Öffnung 32 in der Büchse 30, die Ableitung 23 in eine erste Öffnung 33. In der gezeigten Stellung ist das Schnellablassventil in seiner tiefsten Stellung, der Ablassstellung. In dieser kann Fluid aus der Ableitung 23 durch die zweite Öffnung 32 hindurch in das Reservoir 18' abfließen. Bei ansteigendem Förderdruck der Pumpe 15 wird der Schieber 31 gegen die Kraft der Feder angehoben, bis er die beiden Öffnungen 32, 33 verdeckt. Ungefähr gleichzeitig öffnet das Hauptrückschlagventil 14 und Druckfluid gelangt in die Drucklei- tung 20.
Die Variante der Fig. 2 unterscheidet sich davon nur dadurch, dass die Ableitung 23' über ein drittes Rückschlagventil 35 in die Druckleitung 20 mündet. Das erlaubt eine Vereinfachung des Schnellablaßventiles 13', es braucht nur mehr eine zweite Öffnung 32'.
Die Ausfuhrungsform der Fig. 3 unterscheidet sich von den vorhergehenden durch die Art der Druckfluidquelle und dadurch, dass das dritte Rückschlagventil 35 in der Ableitung 23' von einer Ausgleichsleitung 37 mit einer Drosselstel- Ie 38 umgangen ist. An dieser Stelle ist auch das Manometer 25' angebracht. Die Ausgleichsleitung 37 gleicht in angenähert stationären Betriebszuständen dem Druckunterschied zwischen den beiden Kammern 8, 9 aus und ergibt so über den vom Manometer 25' gemessenen Druck einen sehr genauen Wert für die vom Stufenkolben 5 auf das Lamellenpaket 3 ausgeübte Kraft.
Die Druckfluidquelle ist hier ein Geberzylinder 40, in dem ein Geberkolben 41 von einem nur angedeuteten mechanischen oder hydraulischen Antrieb in Bewegung versetzt wird. Dieser Antrieb 42 wird von der Steuereinheit 17 mittels eines Signales 43 gesteuert. Ein Positionssensor 44 stellt der Steuereinheit ein Positionssignal zur Verfügung, das hier ebenfalls von der Steuerung verarbeitet werden kann. Der Geberzylinder 40 ist über eine Lüftbohrung 46 und eine Verbindungsleitung 45 an das Reservoir 18 angeschlossen. Der von dem Geberkol- ben 41 begrenzte Druckraum 47 steht über eine Auslassöffhung 48 mit der Druckleitung 20 in Verbindung.
Die Ausfuhrungsform der Fig. 4 unterscheidet sich von den vorherigen dadurch, dass als Druckfluidquelle 50 eine Konstantpumpe 51 und ein Druckaus- gleichsgefäß 52 dienen, und weiters dadurch, dass die Steuerung der Kupplung mittels eines gewöhnlichen Magnetventiles 53 erfolgt, welches in der üblichen Weise Druck und/oder Durchflussmenge in der Druckleitung 20 steuert.
Fig. 5 zeigt eine mögliche Anwendung der erfindungsgemäßen Kupplung in einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges, wobei diese Antriebseinheit sowohl zwischen den Rädern einer Achse als auch zwischen zwei Achsen angeordnet sein kann. Die Antriebseinheit 60, deren Gehäuse strichliert angedeutet ist, ist hier zwischen den beiden Rädern 61, 62 einer Achse angeordnet. Eine Antriebswelle 63 mit einem Ritzel treibt einen Differentialkorb 64 über dessen Tellerrad. Das im Differentialkorb 64 befindliche eigentliche Differential, hier ein gewöhnliches Kegelraddifferential, 65 verteilt das Drehmoment zunächst auf die beiden Radwellen 66, 67. Um die Drehmomentverteilung beeinflussen zu können, treibt der Differentialkorb 64 mit seinem ersten Zahnrad 68 über eine Vorgelegewelle 70 mit ihrem zweiten Zahnrad 69 und dritten Zahnrad 71 je ein viertes Zahnrad 72 auf jeder Seite. Die beiderseitigen Zahnräder 72, 72' sind jeweils mit einem Kupplungsaußenteil 74, 74' verbunden. Deren Kupplungsinnenteile 76, 76' sitzen auf den Radwellen 66, 67 und können so wegen der von den Zahnrädern 68, 69, 71, 72 Übersetzung ein zusätzliches Drehmoment auf die beiden Radwellen übertragen.
Fig. 6 zeigt die Ansteuerung der anhand der Fig.5 beispielsweise beschriebenen Antriebseinheit. Hier sind die beiden Kupplungen 1, 1 ' und deren Aktuatoren auf beiden Seiten gleich und für bereits beschriebene Teile auch deren Bezugs- 5 zeichen eingesetzt. Beide Kupplungen 1, 1 ' haben eine gemeinsame Druckflu- idquelle 15, 16, die je nach Drehsinn entweder der einen oder der anderen Seite Druckfluid liefert. Dazu sind in den Saugrohren 82, 83 ein fünftes und ein sechstes Rückschlagventil 80, 81 vorgesehen. Von diesen öffnet je nach Förderrichtung der Pumpe eines der beiden Rückschlagventile 80, 81 und das andere
10 81, 80 schließt. Weiters sind die beiden Kupplungen 1, 1 ' über eine Kurzschlussleitung 86 mit einem Sicherheitsventil 85 miteinander verbunden, sodass bei Abfallen des Druckes die Ableitung 23 der rechten Seite nicht über das Schnellablaßventil 13, sondern über das Sicherheitsventil 85 auf die Seite mit dem Schnellablaßventil 13' strömt und dort gegebenenfalls gleich in die zweite
15 Druckkammer 9'.
In Fig. 6 ist auch eine weitere Abwandlung der Erfindung zu sehen. Das erste Rückschlagventil 22 ist hier nicht gehäusefest, sondern im Stufenkolben 105 untergebracht. Es verbindet den ersten Druckraum 8 über eine Druckleitung
20 120, in der eine Drossel 121 vorgesehen ist mit dem zweiten Druckraum 9'; aber erst dann, wenn deren Mündung die Kante 125 überschreitet und sie zum zweiten Druckraum 9' hin geöffnet ist. Damit wird erreicht, dass die Beaufschlagung des zweiten Druckraumes 9' nicht nur druck-, sondern auch oder gegebenenfalls nur weggesteuert ist.
25
Die Detail-Variante der Fig. 7 unterscheidet sich von der Fig. 6 dadurch, dass die Verbindungsleitung 220 hier nicht im Kolben sondern im Zylinder, also gehäusefest, angeordnet ist. Die Verbindung der beiden Druckräume 8,9 wird hergestellt, wenn die Kante 206' des Stufenkolbens 206 die Mündung 220' der
30 Verbindungsleitung 220 überstreicht und freigibt.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Reibungskupplung (1) mit Aktuator, welche Reibungskupplung ein Lamellenpaket und einen einfachwirkendem hydraulischem Aktuator (2) enthält, mit welchem das Lamellenpaket gegen die Kraft einer Feder in reibschlüssige Verbindung bringbar ist, wobei der Aktuator eine Kolben-Zylindereinheit ist, die über Ventile mit einer Druckfluidquelle (4) steuerbar in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Kolben-Zylindereinheit (2) einen Stufenkolben (5; 105) aufweist, dessen erste Stufe (6) kleiner Angriffsfläche mit ihrem Zylinder einen ersten Druckraum (8) und dessen zweite Stufe (7) größerer Angriffsfläche mit ihrem Zylinder einen zweiten Druckraum (9) begrenzt, b) wobei der erste Druckraum (8) über eine Druckleitung (20';120;220) mit dem zweiten Druckraum (9) verbindbar ist, wenn im ersten Druckraum (8) ein bestimmter Druck erreicht ist oder wenn der Stufenkolben einen bestimmten Weg zurückgelegt hat, c) und wobei der zweite Druckraum (9) weiters über eine Ableitung (23;23') und eine ein zweites Rückschlagventil (25) enthaltende Saugleitung (24) mit dem Fluidreservoir (18) verbindbar ist.
2. Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den ersten Druckraum (8) mit dem zweiten Druckraum (9) verbindende Druck- leitung (20'; 120) ein erstes Rückschlagventil aufweist, das bei einem bestimmten Druck auf seiner dem zweiten Druckraum (9) abgewandten Seite öffnet.
3. Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ableitung (23') über ein drittes Rückschlagventil (35) mit der Druckleitung (20; 120) verbunden ist (Fig. 2, 3).
4. Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgleichsleitung (37) mit einer Drosselstelle (38) das dritte Rückschlagventil
(35) umgeht (Fig. 3).
5. Reibungskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Ableitung (23') zwischen dem zweiten Druckraum (9) und dem dritten Rückschlagventil (35) ein Drucksensor (26') angebracht ist, welcher einer Steuereinheit (17) ein Drucksignal zur Verfügung stellt. (Fig. 3)
6. Reibungskupplung nach Anspruch 1, wobei die Verbindung zwischen dem ersten (8) und dem zweiten Druckraum (9) hergestellt wird, wenn der Stu- fenkolben einen bestimmten Weg zurückgelegt hat dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (120) im Inneren des Stufenkolbens (105) angeordnet ist und am Umfang der ersten Stufe (106) des Stufenkolbens (105) an einer Stelle (120) endet, welche nach einem bestimmten Weg des Stufenkolbens (105) mit zum zweiten Druckraum (9) hin öffnet. (Fig. 6)
7. Reibungskupplung nach Anspruch 1, wobei die Verbindung zwischen dem ersten (8) und dem zweiten Druckraum (9) hergestellt wird, wenn der Stufenkolben einen bestimmten Weg zurückgelegt hat dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (220) im Zylinder der Kolben-Zylindereinheit (2) ange- ordnet ist und am Umfang der ersten Stufe (106) an einer Stelle (220') endet, welche nach einem bestimmten Weg des Stufenkolbens (105) von diesem freigegeben wird (Fig. 7)
8. Reibungskupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kanal (120;220) eine weitere Drosselstelle (121;221) vorgesehen ist. (Fig. 6,7)
9. Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfluidquelle eine steuerbare Motor-Pumpe-Einheit (15,16) ist, die mittels eines Schnellablassventils (13; 13') und eines vierten Rückschlagventils (14) mit der Druckleitung (20; 120) und der Ableitung (23;23') verbindbar ist. (Fig.1,2)
10. Reibungskupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnellablassventil (13; 13') aus einer Büchse (30) und einem darin federunterstützten Schieber (31) besteht, welche Büchse (30) zumindest eine erste Öffnung (33) hat, durch die Druckfluid aus dem Druckraum (9) abströmen kann, und welcher Schieber (31) zwischen einer ersten Stellung, in der er die erste Öffnung (33) freigibt und einer zweiten Stellung, in der er die erste Öffnung (33) verdeckt, verschiebbar ist. (Fig.1,2)
11. Reibungskupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stellung des Schiebers (31) die Kraft der Feder (34) und in der zwei- ten Stellung die von dem Druckfluid auf ihn ausgeübte Kraft überwiegt. (Fig. 1,2).
12. Reibungskupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass unter der ersten Öffnung (33) eine zweite Öffnung (32) vorgesehen ist, die mit dem ersten Druckraum (8) in Verbindung steht und von dem Schieber (31) bei nachlassendem Druck der Druckfluidquelle (4) nach der ersten Öffnung (33) freigegeben wird. (Fig. 1)
13. Reibungskupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Druckfluidquelle ein steuerbar bewegter Geberkolben (41) in einem Geberzylinder (40) ist, welcher mit der Druckleitung (20; 120) und der Ableitung (23;23') verbunden ist. (Fig. 3)
14. Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfluidquelle (50) über ein Steuerventil (53) mit der Druckleitung (20; 120) und der Ableitung (23;23') verbunden ist, welches Steuerventil (53) den Fluidstrom in beiden Richtungen zu steuern geeignet ist. (Fig. 4)
15. Antriebseinheit (60), zur Steuerung der Drehmomentverteilung auf zwei Ausgangswellen, , dadurch gekennzeichnet, dass sie über zwei Reibungskupplungen (1,1 ') nach Anspruch 1 und Anspruch 7 verfügt, welche von einer gemeinsamen Druckfluidquelle (15,16) versorgt werden, die eine umsteuerbare Motor-Pumpe-Einheit ist. (Fig.5).
16. Antriebseinheit zur Steuerung der Drehmomentverteilung auf zwei Ausgangswellen nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitungen (23,23') beider Kupplungen (1,1 ') über ein weiteres Ventil (85) miteinander verbindbar sind. (Fig.6)
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