DE102004033439C5 - Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Antriebsstrang
(22) für
ein Kraftfahrzeug (20), mit einer Reibkupplung (12) zur Übertragung von
Antriebsmoment für
das Kraftfahrzeug (20) und mit einer Aktuatoranordnung (10) zur
Betätigung
der Reibkupplung (12), wobei die Aktuatoranordnung (10) einen ersten Aktuator
(56, 54) und einen zweiten Aktuator (62, 54) aufweist, wobei der
erste Aktuator (56, 54) eine erste Pumpe (56), die für ein schnelles
Schließen
der Reibkupplung (12) bei geringem Kraftaufwand ausgelegt ist, und
der zweite Aktuator (62, 54) eine zweite Pumpe (62) aufweist, die
für eine
Betätigung
der Reibkupplung (12) mit einer großen Kraft bei einem geringen
Hub ausgelegt ist, wobei die Pumpen (56, 62) unterschiedliche hydraulische Übersetzungen aufweisen
und mit der Reibkupplung (12) direkt verbindbar sind, wobei die
erste Pumpe (56) und die zweite Pumpe (62) durch einen einzelnen
Motor (60) gemeinsam angetrieben sind, der eine Ausgangswelle (58)
aufweist, wobei der Ausgang der ersten Pumpe (56) und der Ausgang
der zweiten Pumpe (62) an...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einer Reibkupplung zur Übertragung von Antriebsmoment für das Kraftfahrzeug und mit einer Aktuatoranordnung zur Betätigung der Reibkupplung.
- Die Verwendung von Reibkupplungen in Antriebssträngen ist seit langem bekannt. In herkömmlichen Handschaltgetrieben werden seit Jahren Trocken-Reibkupplungen als Anfahr- bzw. Trennkupplung verwendet, um ein Beispiel zu nennen.
- Seit einigen Jahren geht ferner ein Trend hin zu automatisierten Antriebssträngen, bei denen Reibkupplungen automatisiert geöffnet bzw. geschlossen werden. Dies betrifft zum einen die Anfahr- und Trennkupplungen von automatisierten Schaltgetrieben (ASGs). Die so genannten Doppelkupplungsgetriebe verwenden in der Regel nasslaufende Lamellenkupplungen für die zwei Trennkupplungen.
- Ferner finden Reibkupplungen verstärkt in Allradsystemen Verwendung. Bei allradgetriebenen Fahrzeugen unterscheidet man zwischen kupplungsgesteuerter und differentialgesteuerter Drehmomentverteilung. Bei kupplungsgesteuerten Systemen ist in der Regel eine Achse immer angetrieben, und die zweite Achse kann zugeschaltet werden. Hierbei finden Reibkupplungen Anwendung, beispielsweise im so genannten "Haldex-System", bei dem die zweite Achse nach Bedarf über eine solche Lamellen-Reibkupplung zugeschaltet wird. Bei differentialgesteuerten Systemen kann parallel zu dem Differential, das für eine Drehmomentverteilung in einem festen Verhältnis auf die zwei angetriebenen Achsen sorgt, eine Reibkupplung als Differentialsperre vorgesehen sein. Auch hierbei finden Reibkupplungen, wie Lamellen-Reibkupplungen, Anwendung, da solche Sperren auch während der Fahrt und unter Last automatisiert betätigt werden können, um den Vortrieb zu verbessern.
- Derartige Allrad-Sperren, die unabhängig von Differenzdrehzahlen zu jeder Zeit zu- oder abgeschaltet werden können, werden auch als "aktive" Sperren bezeichnet. Bei Fahrzeugen, die regelmäßig auch im gewöhnlichen Straßenverkehr bewegt werden, ist es wichtig, dass derartige Sperrensysteme mit Sicherheitssystemen, wie ABS und ESP, kompatibel sind. Da eine geschlossene Differentialsperre das Fahrverhalten erheblich beeinflusst, muss eine derartige Sperre schnell geöffnet bzw. gelöst werden können. Ferner sollte eine derartige Differentialsperre im nicht-betätigten Zustand offen sein ("fail-safe").
- Die Aktuatoranordnungen für derartige Reibkupplungen beinhalten zum einen Lösungen auf der Grundlage eines Elektromotors. Dabei wird das La mellenpaket durch eine Kugelrampe betätigt, die wiederum elektromotorisch über ein kleines Getriebe betätigt wird. Die Zustellkraft wird über die mechanische Übersetzung (d. h. die Verzahnung des Getriebes und die Kugelrampe) gewonnen.
- Alternativ können derartige Allrad-Kupplungen hydraulisch betätigt werden. Hierbei ist es nicht unüblich, in dem Hydraulikkreis eine elektrisch betriebene Pumpe sowie einen Druckspeicher zum Halten eines hohen Stelldruckes vorzusehen. Derartige Ansätze beinhalten regelmäßig einen hohen Aufwand an Ventilen und anderen hydraulischen Bauteilen, um die eingangs genannten Anforderungen erfüllen zu können.
- Bei Reibkupplungen für Allradfahrzeuge ist es heutzutage nicht unüblich, dass diese längere Zeit im geschlossenen Zustand gefahren werden, z. B. im Off-Road-Betrieb. Hierbei sind Einschaltzeiten von einer Stunde keine Seltenheit. Bei der oben beschriebenen Lösung auf der Grundlage eines Elektromotors in Verbindung mit einem Getriebe und einer Kugelrampe führt dies dazu, dass sich der elektrische Motor erwärmt, da häufig eine sehr hohe Stromaufnahme erforderlich ist, um die Kupplung im geschlossenen Zustand zu halten (im Bereich von 30 A und mehr). Durch die Erwärmung weist die Aktuatoranordnung einen schlechten Wirkungsgrad auf. Das gleiche Problem tritt auf, wenn eine Reibkupplung direkt mittels einer Pumpe angesteuert wird.
- Stand der Technik
- Aus der
DE 101 09 467 A1 ist eine Aktuatoranordnung bekannt, die für eine Reibkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. Um auch großen Kraftanforderungen bei guten dynamischen Eigenschaften gerecht zu werden, wird vorgeschlagen, dass auf ein zentrales Abtriebsglied (Segmentzahnrad) mehrere Stellantriebe wirken. Es soll dadurch ermöglicht werden, eine variable Anzahl an Stellantrieben bzw. verschieden stark dimensionierte Stellantriebe einzusetzen. - In der
DE 100 56 004 A1 wird aufgezeigt, dass mehrere Elektromotoren gemeinsam parallel und/oder in Reihe auf eine Kupplung wirken können. - Schließlich ist es aus der
DE 199 41 474 A1 bekannt, mindestens zwei Elektromotoren auf eine zentrale Abtriebseinheit wirken zu lassen. Auf diese Weise lässt sich die Stellkraft erhöhen, wobei dennoch die Belastung gleich bleibt, da die Kräfte auf mindestens zwei verschiedene Bereiche der Abtriebseinheit verteilt sind. - Das Dokument
JP 60101324 A - Ferner ist aus dem Dokument
DE 101 43 833 A1 ein Kupplungssystem bekannt, bei dem eine erste Pumpe einen hohen Druck bereitstellt und eine zweite Pumpe einen großen Volumenstrom. Eine Pumpenanordnung mit drei Pumpen ist aus derUS 5,228,289 A bekannt. - Aufgabenstellung
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antriebsstrang der eingangs genannten Art an zugeben, wobei neben einem guten Wirkungsgrad in möglichst vielen Betriebszuständen und der Möglichkeit einer langen Einschaltdauer bei niedrigem Energiebedarf auch eine einfachere Integration in einem Kraftfahrzeug aufgezeigt wird.
- Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang gemäß Anspruch 1, sowie durch einen Antriebsstrang gemäß Anspruch 8 gelöst.
- Dabei ist vorgesehen, dass der erste Aktuator eine Pumpe aufweist, die für ein schnelles Schließen der Reibkupplung bei geringem Kraftaufwand ausgelegt ist, und der zweite Aktuator eine zweite Pumpe aufweist, die für eine Betätigung der Reibkupplung mit einer großen Kraft bei einem geringem Hub ausgelegt ist, wobei die Pumpen unterschiedliche hydraulische Übersetzungen aufweisen und mit der Reibkupplung direkt verbindbar sind.
- Die Erfindung basiert auf folgender Erkenntnis. Reibkupplungen in Kraftfahrzeugen werden in der Regel hydraulisch betätigt. Ferner ist in einem Kraftfahrzeug regelmäßig eine hydraulische Infrastruktur vorhanden. Mittels der Erfindung wird es nun möglich, einen Teil der vorhandenen Infrastruktur vorteilhaft zu nutzen und eine direkte Ansteuerung der Reibkupplung mittels der Aktuatoren (Pumpen) zu erzielen.
- Für die Ansteuerung von Reibkupplungen, insbesondere von Lamellenkupplungen, sind zwei Phasen zu beachten. Die erste Phase ist die des Zufahrens. Hierbei wird das Spiel (Lüftspiel) zwischen den einzelnen Lamellen überbrückt. Die zweite Phase ist die Phase des Drehmomentaufbaus. In der ersten Phase ist ein relativ hoher Volumenstrom mit relativ wenig Druck erforderlich. Die zweite Phase hingegen benötigt einen hohen Druck und nur wenig Volumen.
- Bei der vorgeschlagenen Ausführungsform wird die Aktuatoranordnung durch eine hydraulische Doppelpumpe zur Direktsteuerung der Reibkupplung realisiert. Da die zwei Pumpen unterschiedliche hydraulische Übersetzungen aufweisen, lässt sich eine Aktuatoranordnung realisieren, bei der der elektrische Motor bei einem Systemdruck von 50 bar lediglich ein Haltemoment von < 1 Nm benötigt, insbesondere < 0,25 Nm. So kann erreicht werden, dass die Stromaufnahme des Motors zum Antrieb der zwei Aktuatoren auch im geschlossenen Zustand der Reibkupplung weniger als 10 A, beispielsweise 5 A, benötigt. Hierdurch wird der Wirkungsgrad verbessert und eine thermische Überhitzung des elektrischen Motors vermieden.
- Die Reibkupplung des Antriebsstrangs kann sowohl als "Hang-on-Kupplung" bei kupplungsgesteuerten Systemen verwendet werden, sie kann jedoch auch als Sperre für Differentiale verwendet werden. Dabei kann es sich sowohl um eine Längssperre handeln, die ein Differential zwischen Vorder- und Hinterachse überbrückt. Es kann sich jedoch auch um eine Quersperre handeln, die ein Differential zwischen dem linken und dem rechten Rad einer Achse sperren kann.
- Insgesamt wird eine effiziente, kompakte und hochgenaue sowie schnelle Ansteuerung erzielt.
- Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Pumpe und die zweite Pumpe durch einen Motor gemeinsam angetrieben sind.
- Hierdurch wird der bauliche Aufwand für die "Doppelpumpe" verringert.
- Ferner sind der Ausgang der ersten Pumpe und der Ausgang der zweiten Pumpe an einem Verbindungspunkt miteinander verbunden, der mit der Reibkupplung verbunden ist.
- Bei dieser Ausführungsform arbeiten die zwei Pumpen parallel. Insbesondere dann, wenn ein hoher Volumenstrom benötigt wird, könnend die Volumenströme beider Pumpen zur Reibkupplung geführt werden.
- Erfindungsgemäß ist zwischen der ersten Pumpe und dem Verbindungspunkt ein Rückschlagventil angeordnet ist.
- Durch diese Maßnahme ist es möglich, zwischen der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe zwei unterschiedliche Druckniveaus einzurichten. Beispielsweise kann die zweite Pumpe für die Phase zur Ansteuerung der Reibkupplung mit hohem Druck bei geringem Volumenstrom verantwortlich sein. In diesem Fall kann durch das Rückschlagventil erreicht werden, dass nur die zweite Pumpe mit der Reibkupplung verbunden ist, wohingegen die erste Pumpe in einem "Niederdruckkreis" leerläuft.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ausgangsdruck der ersten Pumpe mittels einer Druckbegrenzungsanordnung auf einen Begrenzungsdruck begrenzt.
- Da die erste Pumpe in der Regel für einen hohen Volumenstrom, nicht jedoch für einen hohen Druck ausgelegt ist, kann durch diese Maßnahme ein Niederdruckkreis eingerichtet werden.
- Die Druckbegrenzungsanordnung kann durch ein passives Druckbegrenzungsventil gebildet sein. Sie kann jedoch auch durch eine aktiv geregelte Ventilanordnung ausgebildet sein.
- Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn der Begrenzungsdruck den Umschaltdruck definiert, ab dem ausschließlich der Ausgang der zweiten Pumpe mit der Reibkupplung verbunden ist.
- Dies führt zu einem einfachen hydraulischen Aufbau. Sobald der Begrenzungsdruck erreicht ist, wird eine Druckdifferenz zwischen den Ausgängen der zwei Pumpen realisiert. Hierdurch sperrt das Rückschlagventil, so dass die erste Pumpe von dem Verbindungspunkt und damit von der Reibkupplung getrennt wird. Hierdurch läuft die erste Pumpe leer, wohingegen die zweite Pumpe bei geringem Volumenstrom den vergleichsweise hohen Druck zur Zustellung und zum Drehmomentaufbau bereitstellt.
- Insgesamt ist es ferner bevorzugt, wenn die Reibkupplung mittels eines elektrisch gesteuerten Ventils drucklos schaltbar ist.
- Ein derartiges Ventil kann beispielsweise zwischen dem Verbindungspunkt und einem Tank angeordnet sein.
- Hierdurch wird erreicht, dass die Reibkupplung schnell und sicher ("fail-safe") drucklos geschaltet werden kann, um beispielsweise die Kompatibilität mit Regelsystemen wie ABS und ESP zu gewährleisten.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Reibkupplung über eine Blende mit einem Tank verbunden.
- Hierdurch können Druckspitzen in der Leitung zu der Reibkupplung verhindert werden.
- Insgesamt ist es ferner bevorzugt, wenn die erste und die zweite Pumpe in einem Gehäuse integriert sind, das unmittelbar an einen elektrischen Antriebsmotor anflanschbar ist.
- Hierdurch wird eine kompakte Aktuatoranordnung mit wenigen Bauteilen gebildet.
- Dabei ist es ferner bevorzugt, wenn die Druckbegrenzungsanordnung und das Rückschlagventil ebenfalls in das Gehäuse integriert sind.
- Auf diese Weise kann die Aktuatoranordnung insbesondere vormontiert und somit später einfach im Fahrzeug eingebaut werden.
- Gemäß Anspruch 8 sind die beiden Pumpen in eine Pumpe integriert. Dies führt zu einer besonders kostengünstigen und kompakten Bauweise.
- Hierbei ist ferner vorgesehen, dass die integrierte Pumpe als Planetenzahnradpumpe ausgebildet ist und zwei Drucknieren aufweist, die an die erste bzw. die zweite Pumpe angepasst sind.
- Es ist ferner möglich, die Aktuatoranordnung ganz oder teilweise in einem Achsgehäuse zu integrieren.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Ausführungsbeispiel
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Aktuatoranordnung zur Betätigung einer Reibkupplung in einem Antriebsstrang gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
1A ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, in dem die Aktuatoranordnung der1 realisierbar ist; -
2 eine schematische Schnittansicht durch eine Aktuatoranordnung für eine Reibkupplung in einem Antriebsstrang gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
3 eine schematische Darstellung einer integrierten Doppelpumpe; und -
4 eine schematische Darstellung einer Pumpe gemäß dem Stand der Technik. - In
1 ist eine Aktuatoranordnung zur Betätigung einer Reibkupplung12 generell mit10 bezeichnet. Die Aktuatoranordnung10 und die Reibkupplung12 können Teil eines Antriebsstranges22 eines Kraftfahrzeuges20 sein, das in1A schematisch dargestellt ist. - Der Antriebsstrang
22 des Kraftfahrzeuges20 weist einen Antriebsmotor, wie einen Verbrennungsmotor24 , sowie eine Anfahr- und Trennkupplung26 auf. Das Ausgangsglied der Anfahr- und Trennkupplung26 ist mit einem Stufengetriebe28 zum Einrichten einer Mehrzahl von Gängen (oder einem stufenlosen Getriebe) verbunden. Der Ausgang des Getriebes28 ist über eine Kardanwelle30 mit einem Hinterachsdifferential32 verbunden, dessen Ausgangsglieder mit den Rädern einer Hinterachse34 verbunden sind. - Der Ausgang des Getriebes
28 ist ferner über eine Reibkupplung36 mit einem Vorderachsdifferential38 verbunden. Die Ausgangsglieder des Vorderachsdifferentials38 sind mit Rädern einer Vorderachse40 verbunden. - Der dargestellte Antriebsstrang
22 stellt einen kupplungsgesteuerten Allradantrieb dar. Die Hinterachse34 des Fahrzeugs20 ist ständig angetrieben. Dabei ist die Reibkupplung36 im Regelfall geöffnet. Wenn es erforderlich ist (beispielsweise bei Vorliegen einer Differenzdrehzahl zwischen Hinterachse34 und Vorderachse40 ), wird die Reibkupplung36 geschlossen, so dass ein Teil der Antriebsleistung an die Vorderachse40 geleitet wird. - In
1A ist bei den zwei Kupplungen26 ,36 jeweils angedeutet, dass diese auch mit12 bzw.12' bezeichnet sein könnten, da sie beispielsweise durch eine Reibkupplung12 realisiert sein können, wie sie in1 dargestellt ist. - Es versteht sich, dass der dargestellte Antriebsstrang
22 lediglich beispielhaft angegeben ist. Anstelle einer "Hang-on-Lösung", wie sie in1A gezeigt ist, kann der Antriebsstrang beispielsweise auch einen differentialgesteuerten Allradantrieb aufweisen, wobei die Momentenverteilung zwischen Vorderachse und Hinterachse generell in einem festen Verhältnis aufgrund eines Differentials (z. B. Torsen-Differential oder offenes Differential) eingestellt ist. Dabei kann insbesondere bei einem offenen Differential eine zusätzliche Drehmomentsperre in Form einer Reibkupplung vorhanden sein, die ebenfalls durch die in1 gezeigte Reibkupplung realisiert sein kann. Gleiches gilt für das Hinterachsdifferential32 und das Vorderachsdifferential38 . Auch diese Differentiale können mit zusätzlichen Sperren in Form von Reibkupplungen12 versehen sein. - Dieser grundsätzliche Aufbau eines Antriebsstranges
22 eines Kraftfahrzeuges20 ist allgemein bekannt. - Für die Reibkupplungen
12 ,26 ,36 lassen sich insbesondere nasslaufende Lamellenkupplungen verwenden, wie in1 schematisch dargestellt. - Eine derartige Lamellenkupplung weist Innenlamellen
50 und Außenlamellen52 auf, die ineinander greifen. Die Innenlamellen50 sind beispielsweise mit einem Eingangsglied der Reibkupplung12 verbunden, die Außenlamellen52 mit einem Ausgangsglied. Im unbelasteten Zustand der Lamellen50 ,52 lassen sich das Eingangsglied und das Ausgangsglied gegeneinander verdrehen. Die Lamellen50 ,52 lassen sich mittels einer Kolben/Zylinderanordnung54 axial zusammendrücken, um das Eingangsglied und das Ausgangsglied im Reibschluss miteinander zu verbinden. - Ferner sind bei derartigen Lamellenkupplungen zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand vorhandene Schlupfzustände meist regelbar bzw. einstellbar.
- Die Kolben/Zylinderanordnung
54 ist mit der Aktuatoranordnung10 verbunden. - Die Aktuatoranordnung
10 weist eine erste Pumpe56 auf, die für große Volumenströme und geringen Druck ausgelegt ist. Die erste Pumpe56 wird mittels einer Ausgangswelle58 eines elektrischen Motors60 angetrieben. - Eine zweite Pumpe
62 wird mittels der gleichen Ausgangswelle58 angetrieben. Die zweite Pumpe62 ist für hohe Drücke und geringe Volumenströme ausgelegt. - Der Ausgang der ersten Pumpe
56 ist über ein Rückschlagventil64 mit einem Verbindungspunkt66 verbunden. Der Ausgang der zweiten Pumpe62 ist unmittelbar mit dem Verbindungspunkt66 verbunden. Der Verbindungspunkt66 ist über eine Verbindungsleitung67 unmittelbar mit der Kolben/Zylinderanordnung54 verbunden. - Ferner ist der Ausgang der ersten Pumpe
56 über ein Druckbegrenzungsventil68 mit einem Tank70 verbunden. - Das Druckbegrenzungsventil
68 kann, wie dargestellt, ein passives Druckbegrenzungsventil sein. Es kann jedoch auch als aktives Ventil ausgebildet sein, um den Wirkungsgrad noch einmal deutlich zu verbessern. - Optional ist der Verbindungspunkt
66 bzw. die Leitung67 zu der Kolben/Zylinderanordnung54 über ein Abschaltventil72 mit dem Tank70 verbunden. - Im Betrieb ist die Reibkupplung
12 zunächst offen. Der Motor60 steht still oder dreht sich mit einer Leerlaufdrehzahl, um den Druck in der Verbindungsleitung67 zwischen dem Verbindungspunkt66 und der Kolben/Zylinderanordnung54 nicht zu stark abfallen zu lassen. - Sofern die Reibkupplung
12 geschlossen werden soll, läuft der Motor60 an bzw. wird die Drehzahl des Motors60 erhöht. Hierdurch fördern beide Pumpen56 ,62 . Die erste Pumpe56 fördert dabei einen großen Volumenstrom, der dazu führt, dass das Lüftspiel der Lamellen50 ,52 schnell überwunden wird. Bei Abschluss dieser ersten Phase des Schließens der Reibkupplung12 (bei einem relativ geringen Druck in der Leitung67 ) öffnet das Druckbegrenzungsventil68 , so dass die erste Pumpe56 über das Druckbegrenzungsventil68 in den Tank70 absteuert. Der Motor60 wird weiter angetrieben, und die Pumpe62 erzeugt, auch aufgrund des Erreichens des Druckpunktes in der Reibkupplung12 , einen immer höheren Druck. Hierdurch wird das Rückschlagventil64 geschlossen, so dass verhindert wird, dass aus dem "Hochdruckkreis" Hydraulikfluid zurück in den Niederdruckkreis (bestehend aus der ersten Pumpe56 und dem Druckbegrenzungsventil68 ) fließt. - Im Folgenden wird der Druck in der Verbindungsleitung
67 mittels der zweiten Pumpe62 gesteuert bzw. geregelt. Da die zweite Pumpe62 für einen geringen Volumenstrom, jedoch für einen hohen Druck ausgelegt ist, kann ein Reibschluss der Reibkupplung12 mittels einer relativ geringen Stromaufnahme in dem elektrischen Motor60 realisiert werden. Bei einem Systemdruck von 50 bar benötigt der elektrische Motor60 beispielsweise ein Haltemoment von < 1 Nm, insbesondere < 0,25 Nm. Dies bedeutet, dass der elektrische Motor60 eine Stromaufnahme von weniger als 10 A, insbesondere weniger als 5 A, benötigt. - Insgesamt ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad der Aktuatoranordnung
10 . Durch die direkte Verbindung der zwei Pumpen56 ,62 mit der Reibkupplung12 (bzw. der Kolben/Zylinderanordnung54 zum Betätigen der Reibkupplung12 ) werden die wirtschaftlichen Nachteile von hydraulischen Lösungen vermieden, die aufwendige Ventiltechnik und Druckspeicher benötigen. Gegenüber einer rein elektromotorischen Lösung (beispielsweise über Kugelrampe) ergibt sich eine deutlich kostengünstigere Lösung. Auch ist eine hydraulische Aktuatoranordnung generell einfacher im Fahrzeug unterzubringen. Der elektrische Motor60 zum Betätigen der Pumpen56 ,62 kann deutlich kleiner dimensioniert werden als ein elektrischer Motor, der über Getriebe oder ähnliches die Reibkupplung betätigt. - Insgesamt ergibt sich zur Betätigung der Reibkupplung
12 eine effiziente, kompakte und hochgenaue sowie schnelle Ansteuerung. - Im normalen Betrieb wird zum Öffnen der Reibkupplung
12 der elektrische Motor60 stromlos geschaltet. Der Systemdruck in der Kolben/Zylinderanordnung54 fließt durch die zweite Pumpe62 zurück in den Tank70 . Da der Rückstrom in der zweiten Pumpe62 umgekehrt wie beim Befüllen erfolgt (Saug- und Druckseite vertauscht), dreht der elektrische Motor60 entgegen der Antriebsrichtung. - Der Rückstrom zur ersten Pumpe
56 wird durch das Rückschlagventil64 verhindert. Damit die erste Pumpe56 kein Vakuum erzeugt, ist der Innenrotor der ersten Pumpe56 über einen Freilauf74 (in1 schematisch angedeutet) mit der Ausgangswelle58 verbunden. Um das Öffnen der Reibkupplung12 zu beschleunigen, kann der elektrische Motor60 rückwärts bestromt werden, so dass die zweite Pumpe62 das Entleeren zum Tank70 hin unterstützt. - Das optionale Abschaltventil
72 kann, wie dargestellt, als 2/2-Wegeventil ausgestaltet und elektrisch betätigt sein. Beispielsweise kann die Kupplungsbetätigung12 mittels dieses Abschaltventils72 freigegeben werden, indem das Abschaltventil72 in die (in1 nicht dargestellte) Sperrposition versetzt wird, gegen die Kraft einer Vorspannfeder. Sobald das Steuergerät ausfällt oder die Reibkupplung12 gesteuert von dem Steuergerät schnell geöffnet werden soll, wird das Abschaltventil72 mittels der Feder in die in1 dargestellte Abschaltposition versetzt, in der die Verbindungsleitung67 unmittelbar mit dem Tank verbunden ist. Hierdurch wird der Druck innerhalb der Kolben/Zylinderanordnung54 sofort abgebaut und die Reibkupplung12 geöffnet. Dies ist für eine fehlerfreie Funktion besonders wichtig, insbesondere in Bezug auf eine Fail-Safe-Betrachtungsweise. -
2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Aktuatoranordnung10' zur Betätigung einer Reibkupplung in einem Antriebsstrang gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Aktuatoranordnung10' entspricht hinsichtlich Funktion und Aufbau weitgehend der Aktuatoranordnung10 der1 . Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen. Ferner wird nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen. - Die Aktuatoranordnung
10' ist als kompakte vormontierbare Einheit aus dem elektrischen Motor60 sowie einem Gehäuse80 vorgesehen, in dem die funktionsrelevanten hydraulischen Abschnitte der Aktuatoranordnung10' untergebracht sind. - Das Gehäuse
80 weist einen Flanschabschnitt82 auf, der mit einer Stirnseite des Gehäuses des elektrischen Motors60 verbindbar ist. Dabei tritt die Ausgangswelle58 des elektrischen Motors60 , abgedichtet über eine Wellendichtung84 , in das Gehäuseinnere ein. - Die Welle
58 des elektrischen Motors60 treibt die erste Pumpe56 und die zweite Pumpe62 an, die koaxial zueinander ausgerichtet sind. - Beide werden aus einem darüberliegenden Tank
70 gespeist. Das Druckbegrenzungsventil68 zum Einrichten des Niederdruckkreises N ist zwischen den zwei Pumpen56 ,62 angeordnet. Das Rückschlagventil64 ist innerhalb des Gehäuses im Wesentlichen zwischen der zweiten Pumpe62 und einem Anschluss zum Anschließen der Verbindungsleitung67 angeordnet. Zwischen der ersten Pumpe62 und dem Rückschlagventil64 ist ein Hochdruckkreis H eingerichtet. - Das Gehäuse
80 weist ferner einen nicht näher bezeichneten Deckel zum Nachfüllen von Hydraulikfluid in den Tank70 auf. - Schließlich ist in
2 angedeutet, dass der Hochdruckkreis H über eine gehäuseinterne Leitung86 mit einer Blende88 verbunden sein kann, die sich hin zu dem Tank70 öffnet. Eine derartige Blende88 kann vorgesehen sein, um Druckspitzen in dem Hochdruckkreis H abzubauen. - Das Konzept einer Doppelpumpe, bei der eine Pumpe auf hohen Volumenstrom bei geringem Druck und die andere Pumpe auf geringen Volumenstrom bei hohem Druck ausgelegt ist, lässt sich, insbesondere auch in der baulichen Ausgestaltung der
2 , auch für andere Anwendungen innerhalb der Kraftfahrzeugtechnik verwenden. Beispielsweise kann eine derartige Doppelpumpe in einem Doppelkupplungsgetriebe verwendet werden, wobei die Volumenpumpe für das Überwinden des Spiels der zwei Kupplungen des Doppelkupplungsgetriebes sowie für Kühlung und Schmierung verantwortlich ist. Die Hochdruckpumpe wäre hierbei für die Regelungsphase während Drehmomentübertragungen über die Kupplungen ausgelegt. - Da eine direkte Ansteuerung der jeweiligen Reibkupplung bevorzugt ist, wäre hierbei eine solche Einheit (Motor + Doppelpumpe) pro Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes notwendig.
- Die Anwendung der Doppelpumpe für die Reibkupplungen eines Doppelkupplungsgetriebes wird vorliegend als eigene Erfindung angesehen.
- Die erste und die zweite Pumpe sind generell in vorteilhafter Weise als Pumpen mit umlaufendem Verdränger ausgebildet, insbesondere als Rotorpumpen, besonders bevorzugt als Zahnradpumpen bzw. Planetenzahnradpumpen (vgl. beispielsweise
DE 100 10 170 A1 ). -
4 zeigt in schematischer Form die in einer Planetenzahnradpumpe realisierte gewöhnliche Drucknierenform104 . So ist es möglich, die erste und die zweite Pumpe56 ,62 jeweils mit einer separaten Pumpe mit einer derartigen Drucknierenform zu realisieren. - Alternativ ist es, wie in
3 dargestellt, möglich, die beiden Pumpen56 ,62 in einer Pumpe mit einem speziellen Rotorsatz zusammenzufassen, wie es schematisch bei90 dargestellt ist. - Die integrierte Pumpe
90 ist als Planetenzahnradpumpe ausgebildet. Die Pumpe90 weist ein Gehäuse92 auf, in dem eine Mehrzahl von Zahnrädern94 drehbar gelagert ist. Die Zahnräder94 sind dabei als "Planeten" ausgebildet. Ferner weist die Pumpe90 einen Rotor96 mit einer Sternform auf. Der Rotor96 ist am Außenumfang ebenfalls verzahnt und läuft in Pfeilrichtung um. - Dabei wird über eine Saugniere
102 ein zu pumpendes Medium angesaugt. Ferner sind in dem Gehäuse92 eine erste Druckniere98 und eine zweite Druckniere100 vorgesehen. - Die erste Druckniere
98 ist der ersten Pumpe56 zugeordnet. Die zweite Druckniere100 ist der zweiten Pumpe62 zugeordnet. - Man erkennt, dass über die erste Druckniere
98 ein vergleichsweise großer Volumenstrom förderbar ist, wohingegen über die zweite Druckniere100 nur ein kleiner Volumenstrom, dagegen mit höherem Druck, abgegeben wird. - Eine derartige integrierte Doppelpumpe
90 ermöglicht eine sehr kostengünstige und besonders kompakte Bauweise.
Claims (16)
- Antriebsstrang (
22 ) für ein Kraftfahrzeug (20 ), mit einer Reibkupplung (12 ) zur Übertragung von Antriebsmoment für das Kraftfahrzeug (20 ) und mit einer Aktuatoranordnung (10 ) zur Betätigung der Reibkupplung (12 ), wobei die Aktuatoranordnung (10 ) einen ersten Aktuator (56 ,54 ) und einen zweiten Aktuator (62 ,54 ) aufweist, wobei der erste Aktuator (56 ,54 ) eine erste Pumpe (56 ), die für ein schnelles Schließen der Reibkupplung (12 ) bei geringem Kraftaufwand ausgelegt ist, und der zweite Aktuator (62 ,54 ) eine zweite Pumpe (62 ) aufweist, die für eine Betätigung der Reibkupplung (12 ) mit einer großen Kraft bei einem geringen Hub ausgelegt ist, wobei die Pumpen (56 ,62 ) unterschiedliche hydraulische Übersetzungen aufweisen und mit der Reibkupplung (12 ) direkt verbindbar sind, wobei die erste Pumpe (56 ) und die zweite Pumpe (62 ) durch einen einzelnen Motor (60 ) gemeinsam angetrieben sind, der eine Ausgangswelle (58 ) aufweist, wobei der Ausgang der ersten Pumpe (56 ) und der Ausgang der zweiten Pumpe (62 ) an einem Verbindungspunkt (66 ) miteinander verbunden sind, der mit der Reibkupplung (12 ) verbunden ist, wobei zwischen der ersten Pumpe (56 ) und dem Verbindungspunkt (66 ) ein Rückschlagventil (64 ) angeordnet ist, und wobei die erste Pumpe (56 ) über einen Freilauf (74 ) mit der Ausgangswelle (58 ) verbunden ist. - Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Ausgangsdruck der ersten Pumpe (
56 ) mittels einer Druckbegrenzungsanordnung (68 ) auf einen Begrenzungsdruck begrenzt ist. - Antriebsstrang nach Anspruch 1 und 2, wobei der Begrenzungsdruck den Umschaltdruck definiert, ab dem ausschließlich der Ausgang der zweiten Pumpe (
62 ) mit der Reibkupplung (12 ) verbunden ist. - Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Reibkupplung (
12 ) mittels eines elektrisch gesteuerten Ventils (72 ) drucklos schaltbar ist. - Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Reibkupplung (
12 ) über eine Blende (88 ) mit einem Tank (70 ) verbunden ist. - Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste und die zweite Pumpe (
56 ,62 ) in einem Gehäuse (80 ) integriert sind, das unmittelbar an einen elektrischen Antriebsmotor (60 ) anflanschbar ist. - Antriebsstrang nach Anspruch 1 und 2 und 6, wobei die Druckbegrenzungsanordnung (
68 ) und das Rückschlagventil (64 ) in das Gehäuse (80 ) integriert sind. - Antriebsstrang (
22 ) für ein Kraftfahrzeug (20 ), mit einer Reibkupplung (12 ) zur Übertragung von Antriebsmoment für das Kraftfahrzeug (20 ) und mit einer Aktuatoranordnung (10 ) zur Betätigung der Reibkupplung (12 ), wobei die Aktuatoranordnung (10 ) einen ersten Aktuator (56 ,54 ) und einen zweiten Aktuator (62 ,54 ) aufweist, wobei der erste Aktuator (56 ,54 ) eine erste Pumpe (56 ), die für ein schnelles Schließen der Reibkupplung (12 ) bei geringem Kraftaufwand ausgelegt ist, und der zweite Aktuator (62 ,54 ) eine zweite Pumpe (62 ) aufweist, die für eine Betätigung der Reibkupplung (12 ) mit einer großen Kraft bei einem geringen Hub ausgelegt ist, wobei die Pumpen (56 ,62 ) unterschiedliche hydraulische Übersetzungen aufweisen und mit der Reibkupplung (12 ) direkt verbindbar sind, wobei die erste Pumpe (56 ) und die zweite Pumpe (62 ) in einer Pumpe (90 ) integriert sind, die als Planetenzahnradpumpe (90 ) ausgebildet ist und zwei Drucknieren (98 ,100 ) aufweist, von denen eine der ersten und die andere der zweiten Pumpe zugeordnet ist. - Antriebsstrang nach Anspruch 8, wobei der Ausgang der ersten Pumpe (
56 ) und der Ausgang der zweiten Pumpe (62 ) an einem Verbindungspunkt (66 ) miteinander verbunden sind, der mit der Reibkupplung (12 ) verbunden ist. - Antriebsstrang nach Anspruch 9, wobei zwischen der ersten Pumpe (
56 ) und dem Verbindungspunkt (66 ) ein Rückschlagventil (64 ) angeordnet ist, und wobei die erste Pumpe (56 ) über einen Freilauf (74 ) mit der Ausgangswelle (58 ) verbunden ist. - Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 8–10, wobei der Ausgangsdruck der ersten Pumpe (
56 ) mittels einer Druckbegrenzungsanordnung (68 ) auf einen Begrenzungsdruck begrenzt ist. - Antriebsstrang nach Anspruch 8 und 11, wobei der Begrenzungsdruck den Umschaltdruck definiert, ab dem ausschließlich der Ausgang der zweiten Pumpe (
62 ) mit der Reibkupplung (12 ) verbunden ist. - Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Reibkupplung (
12 ) mittels eines elektrisch gesteuerten Ventils (72 ) drucklos schaltbar ist. - Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Reibkupplung (
12 ) über eine Blende (88 ) mit einem Tank (70 ) verbunden ist. - Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die erste und die zweite Pumpe (
56 ,62 ) in einem Gehäuse (80 ) integriert sind, das unmittelbar an einen elektrischen Antriebsmotor (60 ) anflanschbar ist. - Antriebsstrang nach Anspruch 8, 11 und 15, wobei die Druckbegrenzungsanordnung (
68 ) und das Rückschlagventil (64 ) in das Gehäuse (80 ) integriert sind.
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