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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung
eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine
gattungsgemäße Betätigungseinrichtung
mit einem Drosselglied wird beispielsweise in der
DE 43 34 551 C2 beschrieben,
wobei in einem Ventilgehäuse
des Drosselglieds ein Ventilkörper
in Form eines scheibenförmigen
Schließorgans
verschiebbar gehalten ist, dessen als Dichtfläche ausgebildete Stirnseite
durch eine Druckfeder gegen eine entsprechende Dichtfläche des
Ventilgehäuses
anliegt. Die Druckfeder wirkt dem Fluß der Hydraulikflüssigkeit
vom Geberzylinder zum Nehmerzylinder entgegen, wobei das Schließorgan bei
Beaufschlagen durch die Hydraulikflüssigkeit in dieser Flußrichtung
den Durchflußquerschnitt
vergrößert.
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Somit
wird das bekannte Drosselglied selbsttätig bei jeder Pedalbetätigung in
Abhängigkeit
von der Strömungsrichtung
und ggf. von der Strömungsgeschwindigkeit
des Fluids aktiviert, wobei als Betriebszustände lediglich offen und geschlossen
dargestellt werden können.
Das bekannte Drosselglied muß ferner
so optimiert werden, dass ein Kompromiss zwischen der geringsten
noch zulässigen
Pedalrücklaufzeit
bei Tieftemperatur und der mindestens erreichten Reduzierung der
Drehmomentspitze bei Hochtemperatur erzielt wird.
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Das
bekannte Drosselglied ist in der Lage, den Fluidkanalquerschnitt
und damit die Einkuppelgeschwindigkeit zu reduzieren, was insbesondere bei
einem Gangwechsel unzulässig
hohe Einkuppelgeschwindigkeiten vermeiden hilft. Dennoch treten ebenso
häufig
Fahrzustände
auf, insbesondere beim Anfahren, bei denen trotz Vorhandensein eines
Drosselgliedes und einer dadurch reduzierten Einkuppelgeschwindigkeit
beim Einkuppeln Drehmomentstöße in den
Antriebsstrang eingeleitet werden, weil die Drehzahl des Verbrennungsmotors
der jeweiligen Situation nicht angepasst ist, was ungünstigerweise zum
Absterben des Verbrennungsmotors führen kann. Wenn dieses bspw.
an einer Steigung oder in einem Verkehrsraum mit hohem Verkehrsaufkommen,
z. B. in einem innerstädtischen
Kreuzungsbereich auftritt, so kann es dadurch zu einer Gefährdung der
Fahrzeuginsassen und anderer Verkehrsteilnehmer und zu Unfällen kommen.
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Die
Erfindung hat die Aufgabe, ein Kupplungsbetätigungssystem mit einfachen
Mitteln dahingehend zu verbessern, dass die Gefahr eines Abwürgens des
Verbrennungsmotors beim Einkuppeln der Fahrzeugreibungskupplung
reduziert wird.
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Die
Erfindung löst
die gestellte Aufgabe mit einer hydraulischen Betätigungseinrichtung,
welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Der
Erfinder hat zunächst
erkannt, dass für ein
ruckfreies Einkuppeln nicht allein die Einkuppelgeschwindigkeit
entscheidend ist, sondern es vielmehr darauf ankommt, dass die Einkuppelgeschwindigkeit,
d.h. die Zustellbewegung der axial beweglichen Kupplungsdruckplatte
und die momentane Leistung des Verbrennungsmotors, d.h. das Produkt aus
Drehzahl und Drehmoment, aufeinander abgestimmt sein müssen. Davon
ausgehend schlägt
die Erfindung vor, dem Drosselglied eine Ansteuervorrichtung zuzuordnen,
womit das Drosselglied beim Vorliegen mindestens eines vorbestimmten
Betriebszustandes des Kraftfahrzeuges frei aktivierbar ist. Dabei
ist zur Erfassung dieses Zustandes ene eine Betriebszustandserfassungseinrichtung
vorgesehen. Das bedeutet, dass das Drosselglied nicht generell beim
Einkuppeln aktiviert wird, sondern erst, wenn dieses die konkrete
Betriebssituation tatsächlich auch
erfordert.
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Nur
in dem Fall, wenn ein Missverhältnis
von Einkuppelgeschwindigkeit und Motorleistung vorliegt, so kann
das Drosselglied im Sinne einer Verringerung des Fluidkanalquerschnitts
aktiviert werden und den Einkuppelvorgang kurzzeitig und vom Fahrer
unbemerkt verzögern,
bis der Verbrennungsmotor wieder eine stabile, fern des Absterbens
liegende Drehzahl eingenommen hat und das weitere Schließen der
Reibungskupplung sicher möglich
ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung kann, sofern
die Drehzahl des Verbrennungsmotors prinzipiell ein Anfahren ermöglicht,
das Absterben des Verbrennungsmotors sicher vermieden und dadurch
die Betriebs- und die Verkehrssicherheit erhöht werden.
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Weiterhin
sind nunmehr auch extrem zügige Einkuppelvorgänge, welche
bisher sehr stark vom Pedalgefühl
und vom Fahrkönnen
abhängig
waren, vereinfacht möglich,
indem bspw. bei einem Rennstart das Drosselglied auf eine gegenüber einem
normalen Anfahrvorgang erhöhte
Verbrennungsmotordrehzahl abgestimmt und aktiviert wird. Dazu kann das
Drosselglied z. B. intermittierend betrieben werden und damit ein
zeitlich gemittelter gewünschter Fluidkanalquerschnitt
und eine sich daraus ergebende Fluidströmungsgeschwindigkeit für die kritische Fahrsituation
realisiert werden.
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Von
herausragender Bedeutung ist, dass insbesondere ein Anfahrvorgang,
aber auch allgemein ein Einkuppelvorgang nicht weiter durch die
dynamische Balance von Fahr- und
Kupplungspedal gesteuert werden muss, sondern für den Fahrer bei dessen Wunsch
stark vereinfacht ablaufen kann, indem bei aktivierten Drosselglied
das Kupplungspedal vom Fuß ohne
besonderes Gefühl
entlastet wird und das Einkuppeln lediglich mittels des Fahrpedals
vom Fahrer gesteuert wird. Die vorgeschlagene hydraulische Betätigungseinrichtung
stellt in dieser Hinsicht somit einen Anfahrassistenten zur Entlastung
des Fahrers bereit.
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Darüberhinaus
kann das in der hydraulischen Betätigungseinrichtung angeordnete
frei ansteuerbare Drosselglied auch als Peak Torque Limiter oder
als Dämpfungsglied
zur Reduzierung eines Kupplungspedalkribbelns angesteuert oder geregelt werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Figuren
beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer hydraulischen Betätigungseinrichtung für eine Kraftfahrzeugkupplung
mit einem darin, angeordneten Drosselglied,
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2 eine
Axialschnittdarstellung eines frei schaltbaren Drosselgliedes in
einer geöffneten
Stellung,
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3 eine
Darstellung gemäß 2,
wobei das Drosselglied eine gedrosselte Stellung einnimmt,
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4 ein
Drosselglied gemäß 1,
welches zusätzlich
eine Öffnungsspule
aufweist,
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5 eine
schematische Darstellung elektrischer Signal- und Leistungsflüsse für eine hydraulische
Betätigungseinrichtung,
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6 ein
zeitlicher Verlauf eines Anfahrvorganges bei Leerlaufdrehzahl ohne
und mit als Anfahrassistent arbeitendem Drosselglied, welches nur eine
Schließspule
aufweist,
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7 ein
zeitlicher Verlauf eines Anfahrvorganges bei Leerlaufdrehzahl ohne
und mit als Anfahrassistent arbeitendem Drosselglied, welches eine
Schließspule
und eine Öffnungsspule
aufweist,
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8 ein
zeitlicher Verlauf eines Anfahrvorganges bei einer gegenüber Leerlaufdrehzahl
erhöhten
Drehzahl ohne und mit als Anfahrassistent arbeitendem Drosselglied,
welches nur eine Schließspule aufweist,
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9 ein
zeitlicher Verlauf eines Anfahrvorganges bei einer gegenüber Leerlaufdrehzahl
erhöhten
Drehzahl ohne und mit als Anfahrassistent arbeitendem Drosselglied,
welches eine Schließspule
und eine Öffnungsspule
aufweist,
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10 ein
zeitlicher Verlauf eines Anfahrvorganges bei einer gegenüber Leerlaufdrehzahl
erhöhten
Drehzahl und schlagartigem Einkuppeln ohne Verwendung eines Peak
Torque Limiters,
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11 ein
zeitlicher Verlauf eines Anfahrvorganges bei einer gegenüber Leerlaufdrehzahl
erhöhten
Drehzahl und schlagartigem Einkuppeln mit einem als Peak Torque
Limiter geregeltem Drosselglied.
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Gemäß 1 wird
schematisch eine hydraulische Betätigungseinrichtung 10 zum
Betätigen einer
Reibungskupplung 12 gezeigt, welche an einem Chassis 14 eines
Kraftfahrzeugs angeordnet ist und wobei ein Geberzylinder 16 mit
einem Kolben 18 und ein Nehmerzylinder 20 mit
einem Kolben 22 angeordnet sind, die miteinander über Steckkupplungen
bzw. Hydraulikkupplungselemente 24 mit einer fluidbefüllten Hydraulikleitung 26 durch
einen Fluidkanal 27 verbunden sind und einen gemeinsamen Druckraum 28 ausbilden.
Der Kolben 18 des Geberzylinders 16 kann durch
ein Kupplngspedal 30 betätigt werden, woraufhin sich
der Kolben 22 des Nehmerzylinders 20 verschiebt
und eine Kupplungsgabel 32 zum Ausrücken der Kupplung 12 an
einem als Verbrennungsmotor 34 ausgebildeten Antriebsaggregat
steuert. Die Kupplung 12 ist eingangsseitig mit der Abtriebswelle
des Verbrennungsmotors 34 und ausgangsseitig mit einem
Schaltgetriebe 36 verbunden. Innerhalb der Hydraulikleitung 26 ist
ein frei aktivierbares Drosselglied 29 zur zeitweiligen
Beeinflussung, d.h. einer Verringerung des Fluidkanalquerschnitts
zur bedarfsweisen Drosselung des Fluidstromes und somit zur Erniedrigung
der Einkuppelgeschwindigkeit vorgesehen, dessen Aufbau und Wirkungsweise
nachfolgend detailliert beschrieben werden.
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Das
Drosselglied 29 kann je nach Einbausituation separat ausgeführt und über Hydraulik-Kupplungselemente 24 an
einer beliebigen Position mit der Hydraulikleitung 26 bzw.
einem der Druckzylinder 16, 20 verbunden werden
oder alternativ integral mit der Hydraulikleitung 26 oder
einem der Druckzylinder 16, 20 dargestellt werden.
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2 zeigt
eine Axialschnittdarstellung eines frei aktivierbaren Drosselgliedes 29 zur
Anordnung innerhalb des hydraulischen Druckraumes.
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Das
Drosselglied 29 umfasst ein Kunststoffgehäuse 38 mit
beidseitigen Steckanschlüssen 40, 42 zur
einfachen Montage in der hydraulischen Betätigungseinrichtung 10.
Das Gehäuse 38 weist
eine mehrfach gestufte axiale Durchgangsbohrung 44 als Bestandteil
des Fluidkanals 27 auf, in deren Mittelabschnitt 46 ein
Kolben 48 axial gleitbeweglich zwischen zwei stirnseitig
gehäusefesten
Anschlägen 50, 52 verlagerbar
ist. Der Kolben 48 weist im Inneren ebenfalls in axialer
Richtung eine Durchgangsbohrung 54 mit einem gegenüber dem
Fluidkanal 27 reduziertem Querschnitt auf, welche stirnseitig
zur Bildung einer Aufnahmekammer 56 zur zumindest teilweisen
Aufnahme einer als Rückstellelement
dienenden Druckfeder 58 erweitert ist. An der Außenumfangsfläche des
Kolbens 48 sind mehrere Axialstege 60 ausgebildet,
die zu dessen spielfreien Führung
in dem Bohrungsabschnitt 46 anliegen und zwischen sich
eine entsprechende Anzahl von axialverlaufenden Fluidkanälen 62 definieren.
Zur Erhöhung
der Montagesicherheit ist der Kolben 48 axialsymmetrisch
ausgeführt,
d.h. dass auch an der der Druckfeder 58 abgewandten Stirnseite
eine Aufnahmekammer 56 ausgeführt ist. Der Kolben 48 stützt sich
in der in 2 dargestellten Lage links an
einem mit dem Gehäuse 38 ausgeführten Anschlag 50 ab,
wobei jedoch der Durchtritt von Fluid sowohl durch die zentrale
Durchgangsbohrung 54 als auch über die außen liegenden Kanäle 62 ungehindert
möglich
ist. Der Gesamtquerschnitt der Kanäle 54, 62 am
Kolben 48 ist mindestens so groß bemessen, dass dieser dem Querschnitt
eines angrenzenden, im Gehäuse 38 befindlichen
Kanalabschnittes 64 entspricht, wodurch ein im Fluidkanal 27 strömendes Fluid
ungedrosselt den Kolben 48 durch- und umströmen kann.
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Der
axialseitig gegenüberliegende
als Scheibe ausgebildete Anschlag 52 weist analog zum Kolben 48 eine
weitere Aufnahmekammer 66 zur zumindest teilweisen Aufnahme
der Druckfeder 58 und eine demgegenüber im Durchmesser reduzierte Durchgangsbohrung 68 zum
Durchtritt des Hydraulikfluids auf, wobei deren Durchmesser ebenfalls
so bemessen ist, dass im Wesentlichen keine Reduzierung des Fluidkanalquerschnittes
in dem hydraulischen System 10 zu verzeichnen ist. Der
Anschlag 52 ist günstigerweise
als separates, zylindrisches Kunststoffelement ausgeführt und
wird im Gehäuse 38 nach
dem Einbringen des Kolbens 48 und der Druckfeder 58 dichtend
eingepresst. An dem zum Kolben 48 gewandten Stirnbereich
kann bei Bedarf zusätzlich
ein Dichtelement 70 angeordnet sein, welches mit einem
radial nach innen gerichteten Ringsteg 72 in eine an der
Außenumfangsfläche des
Anschlags 52 eingebrachte Ringnut 74 eingreift
und mit einem ersten Dichtbereich 76 den Anschlag gegenüber dem
Gehäuse 38 und
mit einem zweiten Dichtbereich 78 den Anschlag 52 gegenüber einen
radial außenliegenden
Ringsteg 80 des Kolbens 48 bei dessen Anlage am
Anschlag 52 abdichten kann, wie dieses in 3 ersichtlich ge
am Anschlag 52 abdichten kann, wie dieses in 3 ersichtlich
ist. In dieser Lage sind die äußeren Kanäle 62 gesperrt
und ein Durchtritt von Fluid ist nur noch durch den zentralen Kanal 54 möglich, wodurch
eine erhebliche Drosselung des Fluidstromes erzielt wird. Sofern
ein Dichtelement 70 vorgesehen ist, wird dieses an dem
Anschlag 52 vormontiert, worauf dann beide Teile 52, 70 gemeinsam
in das Gehäuse 38 eingepresst
werden können.
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Alternativ
kann auch auf die im Kolben 48 ausgeführte zentrale Durchgangsbohrung 54 verzichtet
werden. Sofern ein zusätzliches
Dichtelement 70 vorgesehen ist, kann auf die Dichtheit
zwischen Gehäuse 38 und
dem äußeren Wandungsbereich des
Anschlags 52 verzichtet werden.
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Der
Kolben 48 ist innerhalb der hydraulischen Betätigungseinrichtung 10 so
angeordnet, dass dieser eine Ausgangslage gemäß 2 einnimmt
und sich nur unter der Wirkung einer äußeren, vorgebbaren Kraft, vorzugsweise
bei zumindest einem vorbestimmten Betriebszustand des Fahrzeuges
entgegen der Wirkung der Druckfeder 58 in Richtung des
Anschlags 52, also in Richtung des Nehmerzylinders 20 verlagern
kann und dabei den Fluidkanalquerschnitt und die Fluidströmungsgeschwindigkeit
verringert und diesen bei Abwesenheit der Bohrung 54 sogar
vollständig
unterbindet. Dabei kann der Fluidkanalquerschnitt auch frei wählbare Werte
zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert einnehmen, die sich
ergeben, wenn der Kolben nur teilweise zum Anschlag 52 verlagert
wird.
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Die
zwischen Kolben 48 und Anschlag 52 angeordnete
Druckfeder 58 ist so ausgelegt, dass deren Federkraft ausreichend
hoch ist, um den Kolben 48 entgegen der Strömung bei
maximaler Strömungsgeschwindigkeit
und einer sich bei tiefen Temperaturen einstellenden ungünstigsten
Fluidviskosität
in 2 am linken Anschlag 50 zuhalten, solange die äußere Kraft
nicht wirkt. Ebenso sollte beim Entzug der äußeren Kraft der Kolben 48 auch
entgegen der Fluidströmung
innerhalb sehr kurzer Zeit von dem Anschlag 52 in Richtung
des linksseitigen Anschlags 50 verlagerbar sein, um den
Fluidkanalquerschnitt zu vergrößern. Das
Drosselglied 29 nimmt in der erläuterten Bauweise eine Normal-Offen-Stellung ein,
wodurch dieses ausfallsicher gestaltet ist. Somit ist auch bei einem
Defekt des Drosselgliedes 29 ein kontrolliertes und sicheres
Betriebsverhalten der hydraulischen Betätigungseinrichtung 10 und
des Fahrzeuges gewährleistet.
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Zur
Beeinflussung des Kolbens 48 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
das Drosselglied 29 als Magnetventil ausgebildet. Dazu
ist der Kolben 48 zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff
gefertigt, indem dieser z. B. als kunststoffummantelter Eisenringkern
ausgebildet ist, der von einem Magnetfeld einer am Gehäuse 38 angeordneten
Magnetspule 82 mit einer Axialkraft beaufschlagbar ist,
wodurch die beschriebene Stellbewegung des Kolbens 48 unabhängig von
der Strömungsrichtung
des Fluids innerhalb des Druckraumes 28 ausführbar ist.
Die als Schließspule
arbeitende Magnetspule 82 ist in einem separaten Isolierkörper 84 eingebettet,
der auf das Gehäuse 38 aufgeschoben
und mit einer Rastverbindung 86 unverlierbar an diesem gehalten
wird. Es ist auch möglich,
die Magnetspule 82 unmittelbar auf dem Gehäuse 38 aufzubringen und
mit diesem zu vergießen.
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Wenn
sich der Kolben 48 im Bereich des Anschlags 52 befindet,
so kann bei einer entsprechenden Strombeaufschlagung der Schließspule 82 das Drosselglied 29 den
Fluidkanalquerschnitt kontinuierlich zwischen einem Maximalwert
und einem Minimalwert je nach Vorgabe beliebig einstellen.
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Die
axiale Lage der Magnetspule 82 ist am Gehäuse 38 so
festgelegt, dass im bestromten Zustand eine Magnetkraft auf den
Kolben 48 in Richtung des Anschlags 52 ausgeübt wird,
wodurch der Kolben 48 entgegen der Kraftwirkung der Rückstellfeder 58 an
den Anschlag 52 und ggf. an das Dichtelement 70 gepresst
wird, um die am Kolbenaußenbereich
befindlichen Kanäle 62 für das Fluid
vollständig zu
sperren.
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Zusätzlich oder
alternativ zu der Rückstellfeder 58 kann,
wie in 4 dargestellt, am Gehäuse 38 eine zweite,
als Öffnungsspule
arbeitende Magnetspule 88 angeordnet sein, welche bei deren
Bestromung den Kolben 48 allein oder mit Unterstützung der
Rückstellfeder
von dem Anschlag 52 ablöst
und diesen in die Ausgangsstellung gemäß 2 zurück verlagern
kann. Dazu ist die Öffnungsspule 88 ebenfalls
in dem Isolierkörper 84 eingebettet
und axial benachbart zu der Schließspule 82, auf Höhe des linksseitigen
Anschlags 50 angeordnet. Zur Verlagerung des Kolbens 48 können auch
beide Spulen 82, 88 gleichzeitig in definierter
Weise mit Strom beaufschlagt werden, um auf diese Weise die Verstellgeschwindigkeit
des Kolbens 48 an ein gewünschtes Maß anzupassen.
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Die
Spulen 82, 88 sind gemäß 5 elektrisch über eine
Ansteuervorrichtung, d.h. eine Ansteuerelektronik 90 mit
dem Fahrzeugbordnetz 92 verbunden, wobei die Ansteuerelektronik 90 erst
bei Vorliegen eines von einer Betriebszustandserfassungseinrichtung 94 bestimmten
Betriebszustandes des Kraftfahrzeuges einen Befehl zur Aktivierung
der Schließ- 82 bzw.
der Öffnungsspule 88 erhält.
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Die
Betriebszustandserfassungseinrichtung 94 kann dazu im Bedarfsfall
wahlweise mit einem Sensor 96 zur Detektierung der Kolbenstellung
im Geberzylinder 16 und dem Steuergerät 102 des Verbrennungsmotors 34 kommunizieren,
wobei über letzteres
auch gleichzeitig die Datengewinnung von einem Drehzahlsensor 98 zur
Ermittlung der Kurbelwellendrehzahl des Verbrennungsmotors 34 und
von einem Drosselklappenstellungsgeber 100 möglich ist.
Diese Sensoren sind in Kraftfahrzeugen ohnehin bereits vorhanden,
so dass diesbezüglich
keine zusätzlichen
Anforderungen bestehen. Die Betriebszustandserfassungseinrichtung 94 ist über das
Motorsteuergerät 102 auch
mit einer zentralen Fahrzeugsteuerung 104 verbunden und
kann somit auch optional die Fahrzeuggeschwindigkeit bei der Ermittlung des
Betriebszustandes berücksichtigen.
Die Signale der Sensoren 96, 98, 100 werden
von der Betriebszustandserfassungseinrichtung 94 erfasst
und mittels einer Logikschaltung auf das Vorliegen eines vorbestimmten
Betriebszustandes überwacht. Über die Signalleitung
zum Steuergerät 102 kann
auch von der Betriebszustandserfassungseinrichtung 94 aus der
Betrieb des Verbrennungsmotors 34 beeinflusst werden, bspw.
indem bei einer Leistungs- oder Drehmomentanforderung die Drosselklappenstellung
entsprechend beeinflusst wird. Wie dieses untenstehend erläutert wird,
können
je nach gewünschter Funktion
des Drosselgliedes 29 die Signale verschiedener Sensoren
allein oder gemeinsam zur Auswertung und Aktivierung des Drosselgliedes 29 herangezogen
werden.
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Nachfolgend
werden beispielhaft verschiedene Betriebsarten, sofern nicht anderweitig
beschrieben, des in 4 dargestellten Drosselgliedes 29 und
der hydraulischen Betätigungseinrichtung 10 gemäß 5 erläutert.
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I Normalbetrieb – nichtaktiviertes
Drosselglied
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Während des
normalen Betriebes sind beide Magnetspulen 82, 88 nicht
bestromt. Der Kolben 48 wird von der Druckfeder 58 gegen
den Gehäuseanschlag 50 gedrückt, wodurch
für das
durch das Drosselglied 29 hindurchtretende Fluid der maximale
Kanalquerschnitt, gebildet durch die Kanäle 62 am Kolbenaußenbereich
und der zentralen Bohrung 54 zur Verfügung steht.
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II Betriebsart Anfahrassistent
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Wenn
durch den Sensor 96 ein Einkuppelvorgang der Reibungskupplung 12 detektiert
wird und dabei die vom Drehzahlsensor 98 an die Betriebszustandserfassungseinrichtung 94 übermittelte
Motordrehzahl sich unterhalb einer voreingestellten Eingriffsgrenze
befindet, so wird erkannt, dass sich der Verbrennungsmotor 34 in
einen Abwürgezustand
hinbewegt. Daraufhin wird die Ansteuerelektronik 90 angewiesen,
die Schließspule 82 mit
einem Strom zu beaufschlagen. Dabei wird der Kolben 48 entgegen
der Wirkung der Druckfeder 58 an den Anschlag 52 gepresst
und damit der bisher vollständig
offene Fluidkanalquerschnitt auf die vergleichsweise kleine Bohrung 54 im
Inneren des Kolbens 48 beschränkt. Die Kupplung 12 kann
sich aufgrund des dadurch einstellenden sehr hohen Strömungswiderstandes
nur noch so langsam schließen,
dass die Leistung des Verbrennungsmotors 34 auch bei niedriger
Drehzahl ausreicht, um ein Abwürgen
zu verhindern. Sobald durch den Sensor 98 eine über dem
kritischen Wert liegende Drehzahl detektiert wird, so erkennt die
Betriebszustandserfassungseinrichtung 94, dass die Gefahr
des Abwürgens
des Verbrennungsmotors 34 nicht weiter gegeben ist, worauf
die Magnetspule 82 wieder stromlos ge schaltet wird. Die Druckfeder 58 verschiebt
den Kolben 48 wieder in dessen Ausgangslage zum Gehäuseanschlag 54, womit
die Einwirkung auf das hydraulische Kupplungsbetätigungssystem 10 aufgehoben
ist.
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Die
Aktivierung und Abschaltung des Drosselgliedes 29 als Anfahrassistent
kann je nach Notwendigkeit verhältnismäßig hochfrequent
und häufig erfolgen.
Zur weiteren Verbesserung der Dynamik ist es auch möglich, beim
Abschalten des Drosselgliedes 29 kurzzeitig die Öffnungsspule 88 zu
aktivieren, um die Rückstellbewegung
des Kolbens 48 zu unterstützen. Nach einem kurzen Öffnungsimpuls
kann die Öffnungsspule 88 wieder
stromlos geschaltet werden. Beim Vorsehen einer Öffnungsspule 88 kann der
Strömungsquerschnitt
der Kolbenbohrung 54 nochmals verkleinert gewählt werden
und bei einer hochdynamischen Auslegung des Betätigungssystems 10 kann
sogar auf die Bohrung 54 ganz verzichtet werden.
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In 6 ist
der zeitliche Verlauf eines Anfahrvorganges bei Leerlaufdrehzahl
(n_Leerlauf) des Verbrennungsmotors 34 ohne und mit als
Anfahrassistent arbeitenden Drosselglied 29 dargestellt,
wobei dieses zunächst
lediglich eine Schließspule 82 aufweist.
Kurve a beschreibt den Verlauf der Motordrehzahl bei einer zu schnellen
Einkuppelgeschwindigkeit beim Anfahren mit Leerlaufdrehzahl (n_Leerlauf),
wobei der vollständige
Eingriff der Kupplung 12 bei einer Eingriffsdrehzahl (n_Eingriff) unterhalb
der Leerlaufdrehzahl (n_Leerlauf) erfolgt. Die Leistung des Verbrennungsmotors 34 ist
dabei nicht ausreichend, um das Fahrzeug in der kurzen Einkuppelzeit
auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen, die der Motormindestdrehzahl
im eingelegten Gang entspricht. Die Drehzahl fällt somit unter eine kritische,
die Abschaltgrenze des Motors darstellende Drehzahl (n_mot aus)
ab, wobei der Motor 34 abgewürgt wird.
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Kurve
b beschreibt einen Anfahrvorgang unter identischen Randbedingungen,
wobei jedoch das Drosselglied 29 bei Erreichen der Eingriffsdrehzahl (n_Eingriff)
als Anfahrassistent aktiviert wird. Ab diesem Zeitpunkt reduziert
der Anfahrassistent die Einkuppelgeschwindigkeit. Der Motor 34 hat
ausreichend Zeit, das Fahrzeug mittels schlupfender Kupplung 12 auf
eine ausreichend hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen, ohne dass
die Motordrehzahl unter die Abschaltgrenze (n_mot aus) absinkt.
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7 zeigt
den Verlauf eines Anfahrvorganges bei Leerlaufdrehzahl (n_Leerlauf)
ohne und mit als Anfahrassistent arbeitenden Drosselglied 29,
welches eine Schließspule 82 und
zusätzlich
eine Öffnungsspule 88 aufweist.
Die Kurve c entspricht dem Verlauf der Kurve a in 6,
welche den Verlauf der Motordrehzahl bei einer zu schnellen Einkuppelgeschwindigkeit
beim Anfahren mit Leerlaufdrehzahl (n_Leerlauf) beschreibt. Die
Motorleistung ist dabei nicht ausreichend, um das Fahrzeug in der
kurzen Einkuppelzeit auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen,
die der Motormindestdrehzahl im eingelegten Gang entspricht. Die
Drehzahl fällt
unter die Abschaltgrenze (n_mot aus) des Motors 34, woraufhin dieser
abgewürgt
wird.
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Kurve
d beschreibt den Verlauf der Motordrehzahl mit aktiviertem Anfahrassistenten
bei zusätzlicher
Bestromung der Schließspule 88.
Sobald die Eingriffsdrehzahl (n_Eingriff) erreicht wird, reduziert
das ab diesem Zeitpunkt aktivierte Drosselglied 29 aufgrund
der Auslegung des Kolbens 48 mit einer Durchgangsbohrung 54 mit
noch kleinerem Strömungsquerschnitt
die Einkuppelgeschwindigkeit noch stärker. Die Motordrehzahl stabilisiert
sich schneller; der Drehzahlabfall gegenüber der Eingriffsgrenze (n_Eingriff)
ist geringer und die Drehzahl steigt vergleichsweise zügig wieder über eine
festgelegte Drehzahl (n_Öffnung)
zur impulsweisen Aktivierung der Öffnungsspule 88 des
Anfahrassistenten. Da das Fahrzeug noch nicht auf eine ausreichend hohe
Geschwindigkeit beschleunigt wurde, fällt die Drehzahl wieder ab,
worauf die Schließspule 82 erneut
aktiviert wird. Der Vorgang wiederholt sich solange, bis das Fahrzeug
mittels schlupfender Kupplung 12 auf eine ausreichend hohe
Geschwindigkeit beschleunigt wurde. Mit einer derartigen höherfrequenten
Regelung kann die zur Regelung notwendige Drehzahlbandbreite um
die Eingriffsgrenze (n_Eingriff) geringer gehalten werden. Dies
ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Leerlaufdrehzahl (n_Leerlauf)
nahe an der Abschaltgrenze (n_mot aus) des Motors 34 liegt.
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In 8 ist
der zeitliche Verlauf eines Anfahrvorganges bei einer gegenüber Leerlaufdrehzahl erhöhten Drehzahl
ohne und mit als Anfahrassistent arbeitenden Drosselglied 29 dargestellt,
wobei dieses zunächst
nur eine Schließspule 82 aufweist.
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Die
Kurve e beschreibt den Verlauf der Motordrehzahl bei einer zu schnellen
Einkuppelgeschwindigkeit beim Anfahren mit einer gegenüber der Leerlaufdrehzahl
(n_Leerlauf) erhöhten
Drehzahl. Die überhöhte Einkuppelgeschwindigkeit
kann beispielsweise durch ein Abrutschen vom Kupplungspedal 30 entstehen.
Die Motorleistung ist nicht ausreichend, um das Fahrzeug in der
kurzen Einkuppelzeit auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen,
die der Motormindestdrehzahl im eingelegten Gang entspricht. Die
Drehzahl fällt
unter die Abschaltgrenze (n_mot aus) des Motors 34, wodurch
dieser abgewürgt
wird.
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Die
Kurve f beschreibt einen Verlauf der Motordrehzahl mit aktiviertem
Anfahrassistenten. Sobald die Eingriffsdrehzahl (n_Eingriff) erreicht
wird, erfolgt eine Aktivierung des Drosselgliedes 29, welches
daraufhin die Einkuppelgeschwindigkeit reduziert. Der Motor 34 hat
somit ausreichend Zeit, das Fahrzeug mittels schlupfender Kupplung 12 auf
eine ausreichend hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen, ohne dass
die Drehzahl unter die Abschaltgrenze (n_mot aus) absinkt.
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9 beschreibt
den zeitlichen Verlauf eines Anfahrvorganges bei einer gegenüber Leerlaufdrehzahl
(n_Leerlauf) erhöhten
Drehzahl ohne und mit als Anfahrassistent arbeitenden Drosselglied 29,
welches eine Schließspule 82 und
zusätzlich
eine Öffnungsspule 88 aufweist.
Dazu gibt Kurve g den Verlauf der Motordrehzahl bei einer zu schnellen
Einkuppelgeschwindigkeit beim Anfahren mit einer gegenüber der
Leerlaufdrehzahl (n_Leerlauf) erhöhten Drehzahl wieder. Diese
zu hohe Einkuppelgeschwindigkeit kann beispielsweise durch ein Abrutschen
vom Kupplungspedal 30 entstehen. Die Motorleistung ist nicht
ausreichend, um das Fahrzeug in der kurzen Einkuppelzeit auf eine
Geschwindigkeit zu beschleunigen, die der Motormindestdrehzahl im
eingelegten Gang entspricht. Die Drehzahl fällt unter die Abschaltgrenze
(n_mot aus) des Motors 34, woraufhin dieser abgewürgt wird.
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Kurve
h beschreibt diesen Verlauf der Motordrehzahl mit aktiviertem, zweispulig
ausgeführten Anfahrassistenten.
Sobald die Eingriffsdrehzahl (n_Eingriff) erreicht wird, reduziert
das Drosselglied infolge der ab diesem Zeitpunkt aktivierten Schließspule 82 aufgrund
der Auslegung des Kolbens 48 mit noch kleinerem Kanalquerschnitt
die Einkuppelgeschwindigkeit noch stärker. Die Motordrehzahl stabilisiert
sich schneller, wodurch auch der Drehzahlabfall gegenüber der
Eingriffsgrenze (n_Eingriff) geringer ist und wobei die Drehzahl
des Verbrennungsmotors 34 wieder vergleichsweise zügig über die Öffnungsgrenze
(n_Öffnung)
des Assistenten ansteigt. Die Öffnungsspule 88 wird
kurzzeitig bestromt, um den Kolben 48 schnell von dem Anschlag 52 zu
trennen und eine hochfrequente Regelung zu ermöglichen. Da das Fahrzeug noch
nicht auf eine ausreichend hohe Geschwindigkeit beschleunigt wurde, fällt die
Drehzahl wieder ab, der Assistent wird erneut aktiviert. Der Vorgang
wiederholt sich solange, bis das Fahrzeug mittels schlupfender Kupplung 12 auf eine
ausreichend hohe Geschwindigkeit beschleunigt wurde. Mit dieser
höherfrequenten
Regelung kann die zur Regelung notwendige Drehzahlbandbreite um
die Eingriffsgrenze (n_Eingriff) geringer gehalten werden. Dies
ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Leerlaufdrehzahl (n_Leerlauf)
nahe an der Abschaltgrenze (n_mot aus) des Motors 34 liegt.
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Gemäß 5 kann
bei denen mittels der 6–9 erläuterten
Funktionsarten des Drosselgliedes 29 alternativ oder zusätzlich zum
Signal des Drehzahlsensors 98 auch ein entsprechendes Signal
des Drosselklappenstellungsgebers 100 von der Betriebszustandserfassungseinrichtung 94 als Entscheidungshilfe
herangezogen werden und im Ergebnis alternativ oder zusätzlich zur
Aktivierung des Drosselgliedes 29 über die Steuerung 102 des
Verbrennungsmotors 34 eine kurzzeitig erhöhte Leistung vom
Motor 34 abgerufen werden.
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III Regelbarer Peak Torque
Limiter
-
Das
Drosselglied 29 kann in einer Anordnung gemäß 5 auch
die Funktion eines Peak Torque Limiters (PTL) zur Reduzierung einer
Drehmomentspitzenbelastung des Antriebsstranges während des
Einkuppelns mitübernehmen.
Sobald und solange die Sensorik 96, 98, 100 Anzeichen
einer Drehmomentüberlastung
des Antriebsstranges beim Einkuppeln erkennt, wird die Schließspule 82 bestromt.
Mittels vorzugsweise mehrerer Schließ-/Öffnungszyklen des Drosselgliedes 29 kann
die Einkuppelgeschwindigkeit der Kupplung 12 und somit
die Belastung des Antriebsstranges beim Einkuppeln auf einem zulässigem Niveau
gehalten werden. Bei einem derartigen geregelten PTL reduziert sich
die Rücklaufgeschwindigkeit
des Kupplungspedals 12 nur während der Modulationszeit der
Kupplung 12 und nicht während
des gesamten Pedalweges, wodurch sich ein Komfortgewinn ergibt.
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Durch
die Regelung der PTL-Funktionalität ergibt sich eine weitgehend
gleichbleibende Reduzierung der Drehmomentspitze beim Einkuppeln
unabhängig
von der Temperatur. Für
die Betriebsart "Regelbarer
PTL" des Drosselgliedes 29 empfiehlt sich
aufgrund der hohen Dynamikanforderung ebenfalls eine Ausführung mit
einer Öffnungsspule 88.
Die Notwendigkeit eines Peak Torque Limiters im Fahrzeug ergibt
sich immer dann, wenn aufgrund eines nahezu schlagartigen Schließens der
Kupplung 12 ein sehr hoher Drehimpuls stoßartig in
den Antriebstrang eingeleitet wird, welcher zu Schäden führen könnte. Ein
geregelter PTL bietet den Vorteil, dass die Rücklaufgeschwindigkeit des Kupplungspedals
nur in der Modulationszone der Kupplung 12 reduziert wird
und nicht während
des gesamten Pedalweges. Weiterhin ist die Temperatur des Fluids
und somit dessen Viskosität
weitgehend irrelevant für
die Funktion.
-
Wie
bereits ausgeführt,
ist für
den in den Antriebsstrang des Fahrzeuges über die Reibungskupplung 12 eingetragenen
Drehimpuls die Einkuppelgeschwindigkeit von maßgeblicher Bedeutung. Da sich eine
hohe Einkuppelgeschwindigkeit als ein steiler Gradient im Verlauf
der Motordrehzahl widerspiegelt, kann als Sensorsignal für einen
geregelten PTL wiederum auf die vom Drehzahlsensor 98 ermittelte
Motordrehzahl zurückgegriffen
werden. In der Betriebszustandserfassungseinrichtung 94 wird
daraus ein Verzögerungswert
berechnet, mit einem Sollwert verglichen und bei entsprechendem
Ergebnis wird die Schließspule 82 bestromt,
worauf die Einkuppelgeschwindigkeit reduziert und die Motordrehzahl
langsamer abfällt.
Ab dem Erreichen eines Öffnungsgrenzwertes
wird die Schließspule 82 abgeschaltet und
die Öffnungsspule 88 kurzzeitig
bestromt. Wenn der Drehzahl-Verzögerungswert
den vorgegebenen Grenzwert erneut einnimmt, wiederholt sich der
Zyklus.
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Die
Auswertung des Stellungssensors 96 des Geberzylinders ist
für die
Funktion des geregelten Peak Torque Limiters ebenso sinnvoll, weil
dadurch Betriebsfälle
vermieden werden können,
bei denen die Schließspule 82 unnötigerweise
bestromt wird, während
ein Auskuppelvorgang stattfinden könnte und somit die Schließkraft der
Spule mit dem Fuß zusätzlich mit überwunden
werden müsste.
Die betreffenden Betriebsfälle
sind beispielsweise starkes Abbremsen mit geschlossener Kupplung 12 und gleichzeitiges
Auskuppeln oder starkes Hochdrehen des Motors 34 im Leerlauf
und zeitgleiches Auskuppeln. Alternativ zur Sensierung der Geberzylinderstellung
kann auch ein anderes bewegtes Element der hydraulischen Kupplungsbetätigungseinrichtung 10 sensiert
werden.
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In 10 ist
der Verlauf der Drehzahl n des Motors 34 bei einem Anfahrvorganges
bei einer gegenüber
Leerlaufdrehzahl erhöhten
Drehzahl und schlagartigem Einkuppeln, z. B. beim Betriebsfall "Anfahren mit hoher
Drehzahl und Pedalschnalzen", zunächst ohne
Verwendung eines Peak Torque Limiters dargestellt. Zusätzlich sind
entsprechende Verläufe
für den
Ausrück-
bzw. Kupplungspedalweg s und für
das Drehmoment M_antrieb des Antriebsstranges eingezeichnet. In ähnlicher
Weise trifft 10 auch für den Betriebsfall "Fahrzeug rollt mit hoher
Geschwindigkeit im ausgekuppelten Zustand mit Leerlaufdrehzahl,
anschließend
Pedalschnalzen" zu.
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Der
steile Gradient des Ausrückweges
verdeutlicht eine hohe Schließgeschwindigkeit
der Kupplung 12. Mit dem Erreichen der Modulationszone
MZ der Kupplung 12 beim Einkuppeln ändert sich die Motordrehzahl
n und des Antriebsstrangdrehmomentes M_antrieb. Der steile Abfall
der Motordrehzahl n verursacht die Einleitung eines hohen Drehmomentpeaks
in den Antriebsstrang, welches sich in Form einer gedämpften Schwingung
wieder auf Normalmaß einpendelt.
Aufgrund der Höhe
des Drehmomentpeaks kann sich eine Beschädigung eines Bauteiles im Antriebsstrang
ergeben.
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11 beschreibt
korrespondierend zu 10 den Verlauf eines Anfahrvorganges
bei einer gegenüber
Leerlaufdrehzahl n_Leerlauf erhöhten Motordrehzahl
n und schlagartigem Einkuppeln, wobei ein als Peak Torque Limiter
geregeltes Drosselglied 29 eingreift. In diesem Fall wird
ab dem Erreichen eines voreingestellten Verzögerungsgrenzwertes der Motordrehzahl
die Schließspule 82 bestromt. Die
Motordrehzahl verringert sich ab diesem Zeitpunkt langsamer, bis
sie einen zweiten Grenzwert für die Deaktivierung
der Schließspule 82 und
das kurzzeitige Bestromen der Öffnungsspule 88 erreicht. Von
diesem Zeitpunkt steigt der Drehrzahl-Verzögerungswert wieder über den
Grenzwert für
das Schließen
an und die Schließspule 82 wird
wieder bestromt. Dieser Vorgang wird während der Modulationszeit der
Kupplung 12 mehrfach wiederholt; wodurch die Kupplung 12 getaktet
geschlossen wird. Statt eines einzelnen sehr starken Drehmomentpeaks
werden bei diesem Vorgang mehrere kleinere Peaks in den Antriebsstrang
eingeleitet und der Einkuppelvorgang einer Regelung unterworfen,
wobei das Drosselglied 29 als Stellglied agiert.
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Bei
einer Ausführung
des Drosselgliedes 29 mit einer zusätzlichen Öffnungsspule 88 werden
gemäß der 7, 9 und 11 die
Schließspule 82 und
die Öffnungsspule 88 im
Wechsel mit einem Strom, z.b. in Form von Rechteckimpulsen oder Peaks
beaufschlagt. Es sind jedoch auch Betriebsweisen möglich, bei
denen die Magnetspulen 82, 88 teilweise überlagernd
mit einem sich kontinuierlich ändernden
Strom beaufschlagt werden.
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IV Dämpfungsglied (Kribbelfilter)
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In
einer weiteren Betriebsart kann das Drosselglied 29 während des
normalen Fahrbetriebs bei vollständig
geschlossener Kupplung 12 und einer ausreichend hohen Motordrehzahl
als Dämpfungsglied
arbeiten und den Durchtritt von Fluid mittels Bestromung der Schließspule 82 im
Wesentlichen unterbinden. Hierzu ist es besonders günstig den Durchmesser
der Bohrung 54 im Kolben 48 besonders klein zu
wählen
oder ganz auf diese zu verzichten. Eine vergleichsweise klein ausgeführte Bohrung 54 wirkt
als effektive Drosselstelle für
einen von Kurbelwellenaxialschwingungen verur sachten Mikrovolumenstrom.
Auf diese Weise werden Vibrationen am Kupplungspedal 30 wirksam
reduziert, welche der Fahrer spüren
kann, wenn er seinen Fuß auf
diesem abstellt. Sobald das Kupplungspedal 30 betätigt wird, wird
die Bestromung der Spule 82 wieder abgeschaltet.
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Für die Wirkungsweise
als Vibrationsdämpfer
zur Reduzierung eines Anlegekribbelns ist generell die einspulige
Ausführung
des Drosselgliedes 29, d.h. nur mit Schließspule 82,
ohne Öffnungsspule 88, ausreichend.
Als Eingangsgröße für die Betriebszustandserfassungseinrichtung 94 ist
neben der Motordrehzahl auch ein Wegsignal des Geberzylinders 16 oder
eines anderen bewegten Elementes des hydraulischen Betätigungssystems 10 notwendig.
Die Schließspule 82 des
Drosselgliedes 29 wird für diese Funktion immer dann
bestromt, wenn die Motordrehzahl zwischen der Leerlaufdrehzahl und
der Motormaximaldrehzahl liegt und das Kupplungspedal 30 in nahezu
unbetätigter
Stellung steht. Die Verlagerung des Kupplungspedals 30 durch
leichtes Abstellen des Fußes
kann toleriert werden. Als Signal für die Pedalstellung kann entweder
ein Schaltpunktsignal oder ein kontinuierliches Signal verwendet
werden. Wird das Kupplungspedal 30 in Richtung Auskuppeln bewegt,
wird die Schließspule 82 stromlos
geschaltet.
-
- 10
- hydraulische
Betätigungseinrichtung
- 12
- Reibungskupplung
- 14
- Chassis
- 16
- Geberzylinder
- 18
- Kolben
des Geberzylinders
- 20
- Nehmerzylinder
- 22
- Kolben
des Nehmerzylinders
- 24
- Kupplungselement
- 26
- Hydraulikleitung
- 27
- Fluidkanal
- 28
- Druckraum
- 29
- Drosselglied
- 30
- Kupplungspedal
- 32
- Kupplungsgabel
- 34
- Verbrennungsmotor
- 36
- Schaltgetriebe
- 38
- Gehäuse
- 40
- Fluidanschluß
- 42
- Fluidanschluß
- 44
- Durchgangsbohrung
- 46
- Mittelabschnitt
- 48
- Kolben
des Drosselgliedes
- 50
- Anschlag
- 52
- Anschlag
- 54
- Durchgangsbohrung
- 56
- Aufnahmekammer
- 58
- Druckfeder
- 60
- Axialsteg
- 62
- Fluidkanal
am Kolbenaußenumfang
- 64
- Kanalabschnitt
- 66
- Aufnahmekammer
- 68
- Durchgangsbohrung
- 70
- Dichtelement
- 72
- Ringsteg
- 74
- Ringnut
- 76
- erster
Dichtbereich
- 78
- zweiter
Dichtbereich
- 80
- Ringsteg
- 82
- Magnetspule,
Schließspule
- 84
- Isolierkörper
- 86
- Rastverbindung
- 88
- Magnetspule, Öffnungsspule
- 90
- Ansteuerelektronik
- 92
- Bordnetz
- 94
- Betriebszustandserfassungseinrichtung
- 96
- Stellungssensor
für Geberzylinder
- 98
- Drehzahlsensor
- 100
- Drosselklappenstellungsgeber
- 102
- Steuergerät des Verbrennungsmotors
- 104
- Fahrzeugsteuerung
- MZ
- Modulationszone