DE102007002172A1

DE102007002172A1 - Vorrichtung zum Übertragen eines Drehmomentes und Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung

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Publication number: DE102007002172A1
Application number: DE102007002172A
Authority: DE
Inventors: Paul Granderath; Harald Esser; Torsten Hensel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2008-07-24

Abstract

Es werden eine Vorrichtung (5) zum Übertragen eines Drehmomentes von einer ersten Welle (6) auf eine zweite Welle (7) mittels einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung (5) beschrieben. Die Kupplungseinrichtung (8) ist von einem Hydrauliksystem (9) über wenigstens eine erste Hydraulikleitung (10) und eine zweite Hydraulikleitung (11) mit Hydraulikfluid beaufschlagt, wobei ein Abstand zwischen einer Mündung der ersten Hydraulikleitung (10) in einen Kupplungsraum (14) und einer Rotationsachse (15) des Kupplungsraums (14) größer ist als ein Abstand zwischen einer Mündung der zweiten Hydraulikleitung (11) in den Kupplungsraum und der Rotationsachse (15). Es ist eine hydraulische Steuereinrichtung (21) vorgesehen, mittels der dem Kupplungsraum (14) Hydraulikfluid bei Vorliegen eines Füllstandes des Kupplungsraums (14) größer als ein Füllstandschwellwert über die zweite Hydraulikleitung (11) zuführbar und über die erste Hydraulikleitung (10) aus dem Kupplungsraum (14) abführbar ist. Bei Vorliegen eines Füllstandes des Kupplungsraums (14) kleiner oder gleich dem Füllstandschwellwert ist Hydraulikfluid über die zweite Hydraulikleitung (11) aus dem Kupplungsraum (14) abführbar und über die erste Hydraulikleitung (10) dem Kupplungsraum (14) zuführbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen eines Drehmomentes sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beziehungsweise 13 näher definierten Art.
Aus der Praxis bekannte Antriebsstränge von Fahrzeugen werden üblicherweise mit als hydrodynamische Kupplungseinrichtungen ausgeführten Anfahreinrichtungen ausgebildet. Dabei umfasst der Begriff hydrodynamische Kupplungseinrichtung vorliegend neben hydrodynamischen Kupplungen auch hydrodynamische Drehmomentwandler, welche jeweils mit oder ohne Überbrückungskupplung ausgeführt sein können. Überbrückungskupplungen bzw. Wandlerüberbrückungskupplungen sind hydrodynamischen Kupplungen oder Drehmomentwandlern zugeordnet, um hydraulische Verluste im Bereich des hydrodynamischen Übertragungselementes zu reduzieren beziehungsweise zu eliminieren.
Hierfür wird in geschlossenem Zustand einer Überbrückungskupplung eine hydrodynamische Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs im Bereich einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung überbrückt. Die Drehmomentübertragung erfolgt dann im Wesentlichen mit geringeren Verlusten über eine durch Reibschluss hergestellte Verbindung.
Eine hydrodynamische Kupplungseinrichtung wird zum Übertragen eines Drehmomentes von einer ersten Welle auf eine zweite Welle von einem Hydrauliksystem wenigstens über eine erste Hydraulikleitung und eine zweite Hydraulikleitung mit Hydraulikfluid beaufschlagt. Das Drehmoment ist von einer mit der ersten Welle verbundenen ersten Kupplungshälfte über das Hydraulikfluid auf eine mit der zweiten Welle verbundenen Kupplungshälfte übertragbar, wo bei die Kupplungshälften in einem Kupplungsraum eines hydraulischen Kreislaufes der Kupplungseinrichtung drehbar angeordnet sind.
Ein Abstand zwischen einer Mündung der ersten Hydraulikleitung in den Kupplungsraum und einer Rotationsachse des Kupplungsraums ist größer als ein Abstand zwischen einer Mündung der zweiten Hydraulikleitung in den Kupplungsraum und der Rotationsachse. Wird der Kupplungsraum über die auf einem geringeren Durchmesser angeordnete Hydraulikleitung mit Hydraulikfluid versorgt und das Hydraulikfluid in einen auf einem größeren Durchmesser angeordneten Bereich aus dem Kupplungsraum abgeführt, ergibt sich ein Pumpeneffekt, welcher diese Durchströmung des Kupplungsraumes der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung unterstützt.
Grundsätzlich werden in der Praxis für Fahrzeuge mehrheitlich zwei unterschiedliche Systemgruppen von Anfahreinrichtungen, die einen Drehmomentwandler und eine damit korrespondierende Wandlerüberbrückungskupplung umfassen, verwendet:
Bei einer ersten Systemgruppe ist die hydraulische Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung in den Hydraulikfluidkreislauf des damit korrespondierenden hydraulischen Drehmomentwandlers integriert, wobei derartige Systeme als Zweileitungswandler bezeichnet werden. Ein zur Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung vorgesehener und mit hydraulischem Druck beaufschlagbarer Wandlerkupplungskolben eines Zweileitungswandlers ist als axial verschieblicher Teller ausgebildet, dessen Nabe drehfest mit einer Turbine des hydrodynamischen Drehmomentwandlers verbunden ist.
Bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung wird der Wandlerkupplungskolben von einer von einer Zulaufseite des hydrodynamischen Drehmomentwandlers ausgehenden Ölströmung, die in Richtung einer Rücklaufseite des hydrodynamischen Drehmomentwandlers strömt, beaufschlagt bezie hungsweise von dieser überströmt. Zum Schließen der Wandlerüberbrückungskupplung wird die Durchströmungsrichtung im Drehmomentwandler umgekehrt, wobei zunächst die Differenz der Zulaufdrücke des hydrodynamischen Drehmomentwandlers im Wesentlichen auf Null reduziert beziehungsweise geschaltet wird, so dass ein im Kupplungsraum des hydrodynamischen Drehmomentwandlers vorliegender statischer Gesamtdruck ebenfalls im Wesentlichen auf Null oder ein definiertes Niveau abfällt.
Der in manchen Ausführungen in Schließrichtung der Wandlerüberbrückungskupplung angefederte Wandlerkupplungskolben, der zum Beispiel auf einer dem hydrodynamischen Drehmomentwandler beziehungsweise dem Kupplungsraum abgewandten Seite mit einem Reibbelag beschichtet ist oder auch mehrere Reiblamellen betätigt, wird bei dem letztgenannten Betriebszustand des hydrodynamischen Drehmomentwandlers durch die Federeinrichtung des Wandlerkupplungskolbens oder durch dynamische Druckkräfte leicht gegen das Gehäuse der Pumpenseite des hydrodynamischen Drehmomentwandlers gedrückt.
Um die Übertragungsfähigkeit der Wandlerüberbrückungskupplung und damit auch das über die Wandlerüberbrückungskupplung führbare Drehmoment zu erhöhen, wird ein Zulaufdruck der Wandlerüberbrückungskupplung gegenüber dem anderen angehoben. Die Erhöhung des Zulaufdrucks der Wandlerüberbrückungskupplung vergrößert die Anpressung des Wandlerkupplungskolbens gegen das Gehäuse der Pumpenseite des hydrodynamischen Drehmomentwandlers. Zudem verringert der Wandlerkupplungskolben bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung die Ölströmung durch den Kupplungsraum des hydrodynamischen Drehmomentwandlers auf ein vordefiniertes Minimum, so dass dem Wandlerkupplungskolben der Wandlerüberbrückungskupplung im Wesentlichen die Funktionalität eines herkömmlichen hydraulischen Rückschlagventils zugrunde liegt.
Zweileitungswandler werden über zwei zwischen einem Steuergerät und dem Drehmomentwandler verlaufende Hydraulikleitungen, die eine Druckbeaufschlagung des Drehmomentwandlers ermöglichen, mit Hydraulikfluid beaufschlagt. Das Hydraulikfluid wird dabei wahlweise durch die erste oder die zweite Hydraulikleitung in den Kupplungsraum des Drehmomentwandlers eingeleitet und durch die jeweils andere Hydraulikleitung aus diesem abgeführt. Über die Durchströmungsrichtung des Kupplungsraums des Drehmomentwandlers wird auch der Zustand der Wandlerüberbrückungskupplung von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand oder umgekehrt verändert.
Aus der DE 198 58 541 A1 ist eine elektronisch-hydraulische Steuereinrichtung eines automatisch schaltenden Kraftfahrzeuggetriebes bekannt, welche eine Vorrichtung zum Betreiben eines vorliegend der ersten Systemgruppe zugeordneten Zweileitungswandlers, d. h. eines hydrodynamischen Drehmomentswandlers und einer damit korrespondierenden Wandlerüberbrückungskupplung, umfasst.
In der DE 10 2005 016 495.1 ist ebenfalls ein hydraulisches Steuersystem für einen Zweileitungswandler beschrieben, welches zur bedarfsgerechten Betätigung eines Zweileitungswandlers ein Schaltventil und ein damit zusammenwirkendes Druckbegrenzungsventil aufweist. Das Steuersystem ist mit einem Schaltventil und einem damit wirkverbundenen druckvariablen Druckbegrenzungsventil ausgeführt, deren Ventilschieber mit mit hydraulischem Druck beaufschlagbaren Wirkflächen ausgebildet sind und jeweils mit einem Vorsteuerdruck entgegen einer Federeinrichtung ansteuerbar sind.
Aus der Automobiltechnischen Zeitschrift 97 (1995), Nr. 10, S. 698 bis 706, "Elektrohydraulische Steuerung und äußere Schaltung des automatischen Getriebes W5A 330/580 von Mercedes-Benz", ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers mit einer damit korrespondierenden Wandlerüberbrückungskupplung bekannt. Die Betätigung der Wand lerüberbrückungskupplung ist vom Hydraulikfluidkreislauf des Drehmomentwandlers getrennt ausgeführt. Der Kolbenraum der Wandlerüberbrückungskupplung ist über eine vom hydraulisch durchströmten Bereich beziehungsweise dem Kupplungsraum des Drehmomentwandlers getrennte dritte Hydraulikleitung mit dem für die Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung erforderlichen hydraulischen Betätigungsdruck beaufschlagbar, während die Wandlerüberbrückungskupplung wie bei einem Zweileitungswandler räumlich in das Gehäuse des Drehmomentwandlers integriert ist. Derartige Anfahreinrichtungen werden in der Praxis als Dreileitungswandler bezeichnet und werden vorliegend der zweiten Systemgruppe zugeordnet.
Bei weiteren aus der Praxis bekannten Ausgestaltungen von Anfahreinrichtungen, die einen Drehmomentwandler und eine damit korrespondierende, jedoch vom Drehmomentwandler getrennt hydraulisch betätigbare Wandlerüberbrückungskupplung aufweisen und die ebenfalls der zweiten Systemgruppe zugeordnet werden, ist die Wandlerüberbrückungskupplung vom Drehmomentwandler räumlich getrennt an beliebig anderer Stelle im Antriebsstrang eines Fahrzeugs, beispielsweise als Schaltkupplung oder als Bremse in einem Gehäuse einer Getriebeeinrichtung, angeordnet.
Zur Vermeidung einer Beeinträchtigung des Fahrkomforts wird die Wandlerüberbrückungskupplung vorzugsweise lediglich in solchen Betriebszuständen des Antriebsstranges geschlossen, während welchen aus Drehungleichförmigkeiten einer Brennkraftmaschine des Antriebsstranges resultierende und akustisch von einem Fahrer wahrnehmbare Anregungen im Fahrzeug unterbleiben. Im Gegensatz hierzu steht jedoch das Bestreben, die Wandlerüberbrückungskupplung zur Reduzierung der bei geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung im hydrodynamischen Drehmomentwandler auftretenden hydraulischen Verlustleistung während eines Anfahrvorganges möglichst rasch zu schließen.
Aufgrund getriebeinterner Leckagen entleert sich ein im Normalbetrieb vollständig mit Öl befüllter Kupplungsraum einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung nach längerer Stillstandszeit eines Fahrzeuges ohne Zuführung von Hydraulikfluid wenigstens teilweise, wobei bauartbedingt maximal etwas mehr als die Hälfte des Befüllvolumens durch die zentrisch auf der Drehachse der Kupplungseinrichtung liegende hydraulische Getriebeanbindung in einen Getriebesumpf abläuft und das Leckagevolumen in der Kupplungseinrichtung durch angesaugte Luft ersetzt wird.
Wird ein Fahrzeug beziehungsweise dessen Brennkraftmaschine nach einer längeren Stillstandszeit wieder in Betrieb genommen, liegt zunächst eine teilbefüllte Kupplungseinrichtung vor, die erst nach einiger Zeit von einer brennkraftmaschinenseitig angetriebenen Pumpeneinrichtung vollständig befüllt wird, wobei insbesondere der hydrodynamische Kreislauf der Kupplungseinrichtung teilbefüllt ist und die Kupplungseinrichtung deshalb während eines sich an einen Startvorgang der Brennkraftmaschine anschließenden Zeitraumes mit herabgesetzter Übertragungsfähigkeit zur Verfügung steht. Dieser Betriebszustand verursacht unter Umständen einen verzögerten Aufbau des hydrodynamischen Kraftschlusses in der Kupplungseinrichtung, wodurch nach Einlegen einer Fahrposition D oder R in einem Getriebe eines Fahrzeugantriebsstranges ein Fahrzeug in der Ebene ohne Betätigung des Fahrpedals erst nach einigen Sekunden Wartezeit anrollt. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Motordrehzahl mit Betätigung des Fahrpedals zunächst erheblich ansteigt, ohne dass eine entsprechende Reaktion des Fahrzeugs erfolgt. Des Weiteren rollt ein Fahrzeug am Berg trotz Betätigung des Fahrpedals ohne Bremseingriff unter Umständen zurück, wenn das Antriebsmoment einer Antriebsmaschine nicht im erforderlichen Umfang über die hydrodynamische Kupplungseinrichtung in Richtung des Abtriebs führbar ist.
Ist die hydrodynamische Kupplungseinrichtung mit einem reibschlüssigen Schaltelement zum Überbrücken ausgeführt, ist zu Beginn der Inbetrieb nahme eines Fahrzeugs zunächst nur das Schleppmoment der Überbrückungskupplung für den Kraftschluss im Bereich der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung wirksam, welches jedoch normalerweise während eines Anfahrvorgangs möglichst minimal ausgelegt ist, um ein Abwürgen eines als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine beim Gangeinlegen, insbesondere bei geringen Betriebstemperaturen, zu verhindern. Ein Leerlaufen einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung ist unter anderem von einer Abstelltemperatur einer Getriebeeinrichtung sowie der Getriebehydraulik abhängig und wird bei hohen Betriebstemperaturen aufgrund der herabgesetzten Viskosität des Hydraulikfluids begünstigt. Zusätzliche Funktionen wie ein Motor-Start-Automatik-System, verursachen im Betrieb eines Fahrzeugs ein wiederholtes schnelles Leerlaufen eines Kupplungsraums einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung, was jedoch unerwünscht ist.
Derzeit sind keine kostengünstigen Lösungen bekannt, welche einen Aufbau der Übertragungsfähigkeit einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung bei den vorbeschriebenen Systemen während oder kurz nach einer Wiederinbetriebnahme eines Fahrzeuges sowie während eines Anfahrvorgangs eines Fahrzeuges in gewünschtem Umfang ermöglichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Übertragen eines Drehmoments von einer ersten Welle auf eine zweite Welle mittels einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welchen ein Antriebsmoment einer Antriebsmaschine eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs bei einer Wiederinbetriebnahme des Fahrzeugs im Wesentlichen ohne zusätzliche hydraulische Versorgungseinrichtung, wie eine elektromotorisch betriebene Pumpeneinrichtung, verzögerungsfrei am Abtrieb des Fahrzeuges kostengünstig zur Verfügung stellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Übertragen eines Drehmomentes von einer ersten Welle auf eine zweite Welle ist mit einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung ausgeführt, die von einem Hydrauliksystem über wenigstens eine erste Hydraulikleitung und eine zweite Hydraulikleitung mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist. Dabei ist das Drehmoment von einer mit der ersten Welle verbundenen ersten Kupplungshälfte über das Hydraulikfluid auf eine mit der zweiten Welle verbundene Kupplungshälfte übertragbar, wobei die Kupplungshälften in einem Kupplungsraum der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung drehbar angeordnet sind. Ein Abstand zwischen einer Mündung der ersten Hydraulikleitung in dem Kupplungsraum und einer Rotationsachse des Kupplungsraumes ist größer als ein Abstand zwischen einer Mündung der zweiten Hydraulikleitung in dem Kupplungsraum und der Rotationsachse. Des Weiteren ist eine hydraulische Steuereinrichtung vorgesehen, mittels der ein Füllstand des Kupplungsraumes beeinflussbar ist und über die der Kupplungsraum der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung Hydraulikfluid bei Vorliegen eines Füllstandes des Kupplungsraumes größer als ein Füllstandschwellwert über die zweite Hydraulikleitung zuführbar und über die erste Hydraulikleitung aus dem Kupplungsraum abführbar ist, wobei bei Vorliegen eines Füllstandes des Kupplungsraumes kleiner oder gleich dem Füllstandschwellwert Hydraulikfluid über die zweite Hydraulikleitung aus dem Kupplungsraum abführbar und über die erste Hydraulikleitung in den Kupplungsraum zuführbar ist.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 12 wird ein Füllstand des Kupplungsraumes der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung ermittelt und die Befüllung des Kupplungsraumes der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung er folgt bei Ermitteln eines Füllstandes kleiner oder gleich dem Füllstandschwellwert wenigstens für einen Zeitraum über die zweite Hydraulikleitung.
Sowohl mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine hydrodynamische Kupplungseinrichtung im Vergleich zu herkömmlich ausgeführten sowie in an sich bekannter Art und Wiese betriebenen hydrodynamischen Kupplungseinrichtungen schneller befüllbar. Dies resultiert aus der Tatsache, dass im Kupplungsraum der Kupplungseinrichtung vorhandene Luft sich durch die Rotation der Kupplungshälften im Bereich der Rotationsachse ansammelt, während das im Kupplungsraum vorhandene Hydraulikfluid nach außen wandert und die Befüllrichtung des Kupplungsraumes der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung gegenüber einem herkömmlichen Betrieb der Kupplungseinrichtung zumindest kurzzeitig, vorzugsweise bis zu 5 Sekunden, umgekehrt wird. Damit wird das Hydraulikfluid über die erste Hydraulikleitung dem Kupplungsraum zugeführt und über die zweite Hydraulikleitung, deren Mündungsbereich der Rotationsachse näher als der Mündungsbereich der zweiten Hydraulikleitung ist, abgeführt und die im Bereich der Rotationsachse angesammelte Luft, die eine Befüllung des Kupplungsraumes behindert, wird schneller aus dem Kupplungsraum ausgeführt.
Die Strömungsumkehr erfolgt mittels der Steuereinrichtung, welche bei einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Ventileinrichtung oder eine hydraulische Umschalteinrichtung eines hydraulischen Steuersystems einer Getriebeeinrichtung aufweist.
Somit sind die im Bereich einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung bekannten Probleme bezüglich des Kraftschlussaufbaus beim Anfahren eines Fahrzeugs aufgrund einer Teilbefüllung einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einfache und kostengünstige Art und Weise gelöst. Des Weiteren ist mit der Vorrichtung und dem Verfahren nach der Erfin dung für alle möglichen Befüllzustände einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung ein akzeptables Anfahrverhalten gewährleistet und ein fahrerseitiger Anfahrwunsch über eine hydrodynamische Kupplungseinrichtung mit geringer Verzögerung umsetzbar.
Darüber hinaus werden sowohl mit der Vorrichtung als auch mit dem Verfahren nach der Erfindung beim Anfahren den Fahrkomfort beeinträchtigende Betriebszustände, die durch unerwartet geringen oder plötzlich entstehenden Kraftschluss im Bereich einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung auftreten können, vermieden. Zusätzlich wird mit der Vorrichtung und mit dem Verfahren nach der Erfindung im Vergleich zu Antriebssträngen, die mit herkömmlich betriebenen hydrodynamischen Kupplungseinrichtungen sowie mit herkommlich betriebenen Kupplungseinrichtungen ausgebildet sind, ein erhöhter Fahrkomfort erreicht, da ein weitgehend vom Befüllzustand einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung unabhängiges Anfahrverhalten eines Fahrzeugs zur Verfügung steht.
Zusätzlich ist bei einer Ausführung der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung als Zweileitungswandler mit zugeordneter Wandlerüberbrückungskupplung von Vorteil, dass sich die Wandlerüberbrückungskupplung aufgrund der kurzzeitigen Änderung der Befüllrichtung zumindest teilweise anlegt, wodurch im Bereich der Wandlerüberbrückungskupplung Schleppmomente erzeugt werden, die einen Kraftschluss zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad des Zweileitungswandlers während der Befüllung des Kupplungsraumes unterstützen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Übersichtlichkeit halber für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigt:
1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Fahrzeugs, welches mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt ist;
2 ein stark schematisiertes Hydraulikschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die hydrodynamische Kupplungseinrichtung als Zweileitungswandler ausgeführt ist;
3 ein stark schematisiertes Schaltschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die hydrodynamische Kupplungseinrichtung als Dreileitungswandler ausgeführt ist;
4 eine vergrößerte Einzelansicht einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung mit dargestellter Durchströmung im Normalbetrieb; und
5 eine 4 entsprechende Darstellung einer Kupplungseinrichtung mit umgekehrter Strömungsrichtung zur besseren Befüllung der Kupplungseinrichtung.
In 1 ist eine stark schematisierte Darstellung eines Fahrzeugs 1 gezeigt, das einen Antriebsstrang 2 mit einer Brennkraftmaschine 3 und einem Automatgetriebe 4 aufweist. Zwischen der Brennkraftmaschine 3 und dem Automatgetriebe 4 ist vorliegend eine Vorrichtung 5 angeordnet, die ein Anfahrelement umfasst.
Die Vorrichtung 5 ist zum Übertragen eines Drehmomentes von einer ersten Welle 6, welche vorliegend die Motorausgangswelle der Brennkraftmaschine 3 darstellt, und einer zweiten Welle 7, welche die Getriebeeingangswelle des Automatgetriebes 4 darstellt, vorgesehen. Hierfür ist die Vorrichtung 5 mit einer in 2 bis 5 jeweils näher dargestellten hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 ausgebildet, die von einem Hydrauliksystem 9 über wenigstens eine erste Hydraulikleitung 10 und eine zweite Hydraulikleitung 11 mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist.
Das zu übertragende Drehmoment wird von einer mit der ersten Welle 6 verbundenen ersten Kupplungshälfte 12, welche ein Pumpenrad ist, über das Hydraulikfluid auf eine mit der zweiten Welle 7 verbundene Kupplungshälfte 13, die ein Turbinenrad ist, übertragen. Die Kupplungshälften 12 und 13 sind in einem Kupplungsraum 14 drehbar angeordnet, wobei ein Abstand zwischen einer Mündung der ersten Hydraulikleitung 10 in den Kupplungsraum 14 und einer Rotationsachse 15 des Kupplungsraumes 14 größer ist als ein Abstand zwischen einer Mündung der zweiten Hydraulikleitung 11 in dem Kupplungsraum 14 und der Rotationsachse 15.
Während eines Anfahrvorganges des Fahrzeugs 1 wird die hydrodynamische Kupplungseinrichtung 8 der Vorrichtung 5 bei Vorliegen eines Füllstandes der Kupplungseinrichtung 8 größer als ein Füllstandschwellwert über die zweite Hydraulikleitung 11 mit Hydraulikfluid beaufschlagt und in der in 4 durch die Pfeile grafisch dargestellten Art und Weise vom Hydraulikfluid durchströmt, wobei die in 4 dargestellte Durchströmung der Kupplungseinrichtung 8 einer bevorzugten Durchströmungsrichtung während eines Anfahrvorganges entspricht. Anschließend tritt das Hydraulikfluid über die erste Hydraulikleitung 10 wieder aus dem Kupplungsraum 14 der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8, welche bei dem in 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel als Föttingerelement ausgeführt ist, aus.
Die Anordnung der Mündungen der ersten Hydraulikleitung 10 und der zweiten Hydraulikleitung 11 in dem Kupplungsraum 14 der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 auf unterschiedlichen Abständen zur Rotationsachse 15 bewirkt bei der Zuführung des Hydraulikfluids über die zweite Hydraulik leitung 11 und beim Ausführen des Hydraulikfluids aus dem Kupplungsraum 14 über die erste Hydraulikleitung 10 einen Pumpeneffekt, der die in 4 dargestellte Durchströmung der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 begünstigt.
Die in 2 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung 5 ist mit einer als Zweileitungswandler ausgeführten hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 ausgebildet, der eine als Wandlerüberbrückungskupplung ausgestaltete reibschlüssige Kupplungseinrichtung 16 zugeordnet ist, mittels der die hydrodynamische Kupplungseinrichtung 8 in an sich bekannter Art und Weise überbrückbar ist, um in verschiedenen Betriebszuständen des Antriebsstranges 2 Verluste im Bereich der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 zu vermeiden.
Das in 2 dargestellte und zur Versorgung der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 mit Hydraulikfluid vorgesehene Hydrauliksystem 9 ist vorliegend Teil einer hydraulischen Steuerung des Automatgetriebes 4 des Fahrzeugs 1 gemäß 1 und im Wesentlichen im Bereich des Automatgetriebes 4 angeordnet. Hiervon abweichend kann es bei weiteren Ausführungen der Vorrichtung nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die hydrodynamische Kupplungseinrichtung von einem von der hydraulischen Steuerung einer Getriebeeinrichtung getrennten Hydraulik in der nachbeschriebenen Art und Weise mit Hydraulikfluid beaufschlagt wird.
Das Hydrauliksystem 9 umfasst vorliegend einen Getriebeölsumpf 17 und eine hydraulische Pumpeneinrichtung 18, wobei eine Saugseite der Pumpeneinrichtung 18 mit dem Getriebeölsumpf 17 und eine Druckseite der Pumpeneinrichtung 18 mit einem Hauptdruckventil 19 verbunden ist. Über das Hauptdruckventil 19 wird der Systemdruck im Hydrauliksystem 9 eingestellt, wobei stromab des Hauptdruckventils 19 ein sogenanntes Wandlerdruckregelventil 20 sowie eine vorliegend mit einem Wandlerdurchflussrichtungsschalt ventil 22 ausgeführte Steuereinrichtung 21 angeordnet sind, um einen Druck im Kupplungsraum 14 der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 sowie eine Durchströmungsrichtung durch den Kupplungsraum 14 einstellen zu können. Der Druck im Kupplungsraum 14 der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 wird über das Wandlerdruckregelventil 20 und die Durchflussrichtung über das Wandlerdurchflussrichtungsschaltventil 22 der Steuereinrichtung 21 eingestellt. Des Weiteren ist der Steuereinrichtung 21 ein elektronisches Steuergerät 23 zugeordnet, von welchem das Wandlerdruckregelventil 20 sowie das Wandlerdurchflussrichtungsschaltventil 22 angesteuert werden.
Zusätzlich ist stromab des Wandlerdurchflussrichtungsschaltventils 22 ein Rücklauf- und Kühlerventil 24 angeordnet, wobei in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Schaltstellung des Rücklauf- und Kühlerventils 24 eine Durchströmung eines Kühlers 25 erfolgt oder unterbleibt. Das bedeutet, dass das aus der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 ausströmende Hydraulikfluid betriebszustandsabhängig direkt in den Getriebeölsumpf 17 zurückgeführt wird oder zunächst zum Wärmeaustausch mit der Umgebung durch den Kühler 25 strömt und erst dann in den Getriebeölsumpf 17 geführt wird.
Grundsätzlich wird der Kupplungsraum 14 der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 ausgehend von der Pumpeneinrichtung 18 über das Hauptdruckventil 19, das Wandlerdruckregelventil 20, das Wandlerdurchflussrichtungsschaltventil 22 und die zweite Hydraulikleitung 11 während eines Anfahrvorganges des Fahrzeugs 1 mit Hydraulikfluid versorgt, wenn ein Füllstand des Kupplungsraums 14 größer als ein Füllstandschwellwert ist. Wird hingegen ein Füllstand des Kupplungsraums 14 ermittelt, der kleiner oder gleich dem Füllstandschwellwert ist, wird der Kupplungsraum 14 mit der in 5 dargestellten Art und Weise über die erste Hydraulikleitung 10 mit Hydraulikfluid beaufschlagt und Hydraulikfluid über die zweite Hydraulikleitung 11 aus der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 abgeführt, wobei hierfür eine Schaltstellung des Wandlerdurchflussrichtungsschaltventils 22 gegenüber einem herkömmlichen Anfahrbetrieb umgeschaltet wird.
Der Füllstand der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 wird vorliegend bei der Inbetriebnahme des Fahrzeugs, d. h. unmittelbar nach dem Starten der Brennkraftmaschine 3, indirekt mittels einer Messeinrichtung bestimmt und für die Betätigung der Vorrichtung 5 dem elektronischen Steuergerät 23 zur Verfügung gestellt. Dabei werden beispielsweise die Motor- und Turbinendrehzahlen bzw. deren Differenz, ein von der Brennkraftmaschine ausgegebenes Drehmoment oder ein Wandlerdruck bestimmt, da sich diese Betriebsparameter des Antriebsstranges 2 in Abhängigkeit des Füllstandes der Kupplungseinrichtung 8 in charakteristischer Art und Weise verändern und daher zur Bestimmung des Füllstandes geeignet sind.
Hiervon abweichend besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Füllstand der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 vor einer Inbetriebnahme, d. h. vor einem Starten der Brennkraftmaschine 3, indirekt über ein im elektronischen Steuergerät 23 hinterlegtes Modell zu bestimmen, wobei der Füllstand über das Modell in Abhängigkeit der Leckagen der Vorrichtung 5, verschiedener Betriebsparameter der Vorrichtung 5, einer Stillstandszeit des Fahrzeugs 1 beziehungsweise der Brennkraftmaschine 3 und auch einer Temperatur des Hydraulikfluids rechnerisch ermittelt wird.
Wiederum alternativ hierzu oder in Kombination dazu ist der Füllstand der Kupplungseinrichtung 8 direkt über eine beispielsweise im Bereich eines Getriebeölsumpfes 17 der Getriebeeinrichtung 4 angeordnete Messeinrichtung bestimmbar, da der Füllstand des Getriebeölsumpfes 17 bei einem Leerlaufen der Kupplungseinrichtung 8 ansteigt.
Das Hydraulikfluid wird bei unzureichender Befüllung entgegen dem Pumpeneffekt durch den Kupplungsraum 14 der hydrodynamischen Kupp lungsseinrichtung 8 geführt. Da sich jedoch im Betrieb einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 Luft in der Rotationsachse 15 nahen Bereichen abscheidet, während in der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung angeordnetes Hydraulikfluid sich in der Rotationsachse 15 entfernten Bereichen ansammelt, ist die Luft im Kupplungsraum 14 bei der gegenüber einem Normalbetrieb der Kupplungseinrichtung 8 umgekehrten Durchströmung auf einfache Art und Weise aus dem Kupplungsraum 14 abführbar. Zudem wird das Hydraulikfluid bei gegenüber einem Normalbetrieb der Kupplungseinrichtung 8 während eines Anfahrvorganges umgekehrter Durchströmung direkt in den durch das Pumpenrad 12 und das Turbinenrad 13 der Kupplungseinrichtung 8 gebildeten Torus eingeleitet und nicht erst dem den Torus umgebenden Bereich des Kupplungsraumes 14 zugeführt und von dort in den Torus eingeleitet.
Der Füllstandschwellwert des Kupplungsraums 14 der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 entspricht einem Wert, zu dem über die hydrodynamische Kupplungseinrichtung 8 ein für einen Anfahrvorgang des Fahrzeugs ausreichendes Drehmoment über die hydrodynamische Kupplungseinrichtung 8 führbar ist. Dabei ist der Füllstandschwellwert von der jeweiligen Bauart der Kupplungseinrichtung abhängig und entspricht vorliegend in etwa 75% des gesamten Füllvolumens der Kupplungseinrichtung. Unterhalb des Füllstandschwellwerts liegt die hydrodynamische Kupplungseinrichtung 8 mit einer für einen Anfahrvorgang zu geringen Übertragungsfähigkeit vor, so dass die vorbeschriebene Strömungsumkehr über das Wandlerdurchflussrichtungsschaltventil 22 durchgeführt wird, um die Befüllung und damit die Übertragungsfähigkeit im Vergleich zur herkömmlichen Durchströmung schneller anzuheben.
Bei dem Zweileitungswandler 8 der Vorrichtung 5 gemäß der 2 wird durch die Strömungsumkehr im Kupplungsraum 14 ein Kolben 26 der Wanderüberbrückungskupplung 16 in Schließrichtung der Wandlerüberbrückungskupplung 16 mit Druck beaufschlagt. Gleichzeitig wird der Druck in der zweiten Hydraulikleitung 11 über das Hydrauliksystem 9 auf einen Wert eingestellt, zu dem am Kolben 26 der Wandlerüberbrückungskupplung 16 eine Gesamtkraftkomponente angreift, die den Kolben 26 der Wandlerüberbrückungskupplung 16 zumindest anlegt. Die Wandlerüberbrückungskupplung 16 liegt dann mit einer derartigen Übertragungsfähigkeit vor, dass von der ersten Welle 6 ein gewünschtes Drehmoment auf die zweite Welle 7 führbar ist, obwohl die hydrodynamische Kupplungseinrichtung noch nicht die dafür erforderliche Übertragungsfähigkeit aufweist. Damit wird eine unzureichende Übertragungsfähigkeit der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8, welche durch einen unzureichenden Befüllzustand erzeugt wird, durch eine gegenüber einem geöffneten Zustand der Wandlerüberbrückungskupplung erhöhte Übertragungsfähigkeit der Wandlerüberbrückungskupplung 16 auf einfache Art und Weise ausgeglichen.
Die Strömungsrichtungsumkehr im Kupplungsraum 14 der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 wird vorliegend für einen vordefinierten Zeitraum, der beispielsweise 5 Sekunden betragen kann, durchgeführt, wobei die hydrodynamische Kupplungseinrichtung beziehungsweise deren Kupplungsraum 14 nach Ablauf des vordefinierten Zeitraums mit einer für die Übertragung des angeforderten Drehmoments erforderlichen Befüllung vorliegt. Das bedeutet, dass nach Ablauf des vordefinierten Zeitraums die Strömungsrichtung im Kupplungsraum 14 durch Umschalten des Wandlerdurchflussrichtungsschaltventils 22 wieder umgekehrt wird und der Kupplungsraum 14 wieder über die zweite Hydraulikleitung 11 mit Hydraulikfluid beaufschlagt wird und Hydraulikfluid über die erste Hydraulikleitung 10 aus dem Kupplungsraum 14 ausgeführt wird. Damit greift am Kolben 26 der Wandlerüberbrückungskupplung 16 der Vorrichtung 5 gemäß 2 wieder eine in Öffnungsrichtung der Wandlerüberbrückungskupplung 16 wirkende Gesamtkraftkomponente an, und ein über die erste Welle 6 anliegendes Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 3 wird im Wesentlichen über die hydrodynamische Kupplungseinrichtung 8 auf die zweite Welle 7 weitergeleitet.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 5 weist die hydrodynamische Kupplungseinrichtung 8 eine Wandlerüberbrückungskupplung 16 und einen Dreileitungswandler auf, wobei die Wandlerüberbrückungskupplung 16 über eine dritte Hydraulikleitung 27 betätigbar ist. Die dritte Hydraulikleitung 27 ist mit einem der Wandlerüberbrückungskupplung 16 zugeordneten weiteren Kupplungsraum 28 verbunden, der von dem Kupplungsraum 14 der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 getrennt ist, so dass die Übertragungsfähigkeit der Wandlerüberbrückungskupplung 16 lediglich von dem im weiteren Kupplungsraum 28 vorherrschenden Druck abhängig ist.
Grundsätzlich wird die hydraulische Kupplungseinrichtung 8 der Vorrichtung 5 gemäß 3 bei Vorliegen eines Füllstandes des Kupplungsraums 14 kleiner oder gleich dem Füllstandschwellwert in der zu 2 beschriebenen Art und Weise über die erste Hydraulikleitung 10 mit Hydraulikfluid beaufschlagt und Luft sowie Hydraulikfluid über die zweite Hydraulikleitung 11 für einen begrenzten beziehungsweise vordefinierten Zeitraum aus dem Kupplungsraum 14 abgeführt. Im normalen Betrieb wird der Kupplungsraum 14 der Kupplungseinrichtung 8 gemäß 3 über die zweite Hydraulikleitung 11 mit Hydraulikfluid beaufschlagt und Hydraulikfluid über die erste Hydraulikleitung 10 aus dem Kupplungsraum 14 abgeführt.
Bei gegenüber einem Normalbetrieb der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 umgekehrter Strömungsrichtung im Kupplungsraum 14, die bei zu geringer Befüllung der Kupplungseinrichtung 8 eingestellt wird, wird der weitere Kupplungsraum 28 über die dritte Hydraulikleitung 27 derart mit Hydraulikfluid beaufschlagt, dass die Wandlerüberbrückungskupplung 16 eine Übertragungsfähigkeit aufweist, zu der ein von der ersten Welle 6 auf die zweite Welle 7 zu führendes Drehmoment zu einem Teil von der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 und zum anderen Teil von der Wandlerüberbrückungskupplung 16 übertragen wird.
Nach Ablauf des vordefinierten Zeitraums wird die Strömungsrichtung im Kupplungsraum 14 der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 wieder umgekehrt und entspricht der Strömungsrichtung im Normalbetrieb der Vorrichtung 5, wobei der Kupplungsraum 14 der Kupplungseinrichtung 8 einen Füllstand größer als der Füllstandschwellwert aufweist und das von der ersten Welle 6 auf die zweite Welle 7 zu führende Drehmoment alleine von der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 übertragbar ist. Deshalb wird der Druck im weiteren Kupplungsraum 28 auf einen Wert abgesenkt, zu dem die Wandlerüberbrückungskupplung 16 geöffnet ist, um im Bereich der Vorrichtung 5 eine zu hohe Übertragungsfähigkeit, die ein Abwürgen der Brennkraftmaschine 3 während eines Anfahrvorgangs des Fahrzeugs 1 verursachen kann, auf einfache Art und Weise zu vermeiden.
Die vorbeschriebene Vorgehensweise wird sowohl bei der Vorrichtung 5 gemäß 2 als auch bei der Vorrichtung gemäß 3 bei stehendem Fahrzeug 1, bei abgeschalteter Brennkraftmaschine 3 und bei Vorliegen einer Anforderung zum Starten der Brennkraftmaschine 3 durchgeführt, wobei im Automatgetriebe 4 noch kein Kraftschluss besteht und ein Wählhebel in Position P oder N steht. Die zweite Kupplungshälfte 13 beziehungsweise die Turbine der Kupplungseinrichtung 8 wird in diesem Betriebszustand des Fahrzeuges 1 mit dem Getriebeeingang auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine 3 geführt.
Wird ein vordefinierter Schwellwert einer fahrerseitigen Leistungsanforderung beziehungsweise ein vordefinierter Fahrpedalwert, der beispielsweise 10% sein kann, überschritten und der Wählhebel in die Position D oder R verstellt, wird die Wandlerüberbrückungskupplung 16 der Vorrichtung 5 gemäß 2 und der Vorrichtung 5 gemäß 3 im Fahrzeugstillstand für einen vorzugsweise betriebszustandsabhängig variierbaren Zeitraum, beispielsweise für 5 Sekunden, schlupfend mit einer Übertragungsfähigkeit betrieben, die bis zu einem Viertel des maximalen Motornennmoments der Brennkraftmaschine 3 entspricht. Ein vollständiges Schließen der Wandlerüberbrückungskupplung wird dabei verhindert.
Nachfolgend werden verschiedene Maßnahmen vorgestellt, mittels welchen eine durch die vorbeschriebene Strömungsumkehr in der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 angestrebte Befüllung unterstützt wird.
So ist es sowohl bei den Vorrichtungen 5 gemäß 2 und 3 als auch bei hydrodynamischen Kupplungen mit und ohne Überbrückungskupplung vorgesehen, dass ein Strömungsquerschnitt W1 durch Nuten oder eine Drossel innerhalb eines Drehmomentwandlers oder einer hydrodynamischen Kupplung bei einem Normalbetrieb entsprechender Durchströmung auf der Ausflussseite des hydrodynamischen Kreislaufs der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 gegenüber dem kurzzeitig umgekehrten Betrieb reduziert wird, um nach der Umschaltung in den Normalbetrieb bzw. die normale Befüllrichtung der Kupplungseinrichtung 8 im Kupplungsraum 14 der Kupplungseinrichtung 8 ein Rückstaudruckniveau aufzubauen, auf dem ein Ausgasen von im Hydraulikfluid gelöstem Gas im Wesentlichen unterbleibt beziehungsweise im Vergleich zu herkömmlich betriebenen hydrodynamischen Kupplungseinrichtungen reduziert ist. Hierdurch wird das Ausschieben von Hydraulikfluid aus dem Kupplungsraum 14 während der weiteren Befüllung der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 beschränkt, jedoch die Ableitung von Luft aus dem Kupplungsraum 14 zur weiteren Verbesserung der Befüllung des Kupplungsraums 14 nicht beeinträchtigt.
Während der zu Beginn eines Anfahrvorganges umgekehrten Durchströmung der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8, wird der Strömungsquerschnitt W1, der dann die Zuflussseite darstellt, wieder vergrößert und der Strömungswiderstand in diesem Bereich der Kupplungseinrichtung 8 reduziert, wodurch die Befüllung erleichtert wird. Dabei ist der Strömungswiderstand des Strömungsquerschnitts W1 in nicht reduziertem Zustand während der gegen über dem Normalbetrieb umgekehrten Befüllrichtung der Kupplungseinrichtung 8 deutlich niedriger als der Strömungswiderstand, welcher sich bei dem Zweileitungswandler gemäß 2 bei angelegter Wandlerüberbrückungskupplung 16 im Bereich W2 durch Nuten oder Öffnungen im Bereich der Reibflächen der Wandlerüberbrückungskupplung 16 einstellt. Zusätzlich ist der Strömungswiderstand des Strömungsquerschnittes W1 im reduzierten Zustand im Normalbetrieb der Kupplungseinrichtung 8 höher als der Strömungswiderstand des Bereiches W2 in geöffnetem Zustand der Wandlerüberbrückungskupplung 16.
Vorteilhaft ist die Drosselung im Bereich des Strömungsquerschnitts W1 nur bei geringen Drehzahlen beziehungsweise unterhalb eines Schwellwertes der Drehzahl der Turbine beziehungsweise der zweiten Kupplungshälfte 13 wirksam, wobei diese Vorgabe beispielsweise durch ein fliehkraftabhängiges Öffnen des Drosselquerschnitts W1 mechanisch oder durch entsprechende Ansteuerung des Drosselquerschnitts W1 realisierbar ist.
Des Weiteren wird angestrebt, die Durchflusswiderstände und Durchflusswege in der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung der Vorrichtung nach der Erfindung, welche als Drehmomentwandler oder als hydrodynamische Kupplung ausgeführt sein kann, derart auszuführen, dass das Leerlaufen der Kupplungseinrichtung bereits im Stillstand des Fahrzeugs und bei abgeschalteter Brennkraftmaschine gegenüber herkömmlich ausgeführten Kupplungseinrichtungen minimiert ist. Dies ist auf einfache Art und Weise durch Minimierung von Spaltmaßen, Toleranzen und Spielen realisierbar.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, stromab des Kupplungsraums 14 der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 konstante oder variierbare Strömungsquerschnitte W4 und W5 der Zu- und Ableitungen L4 und L5 des Kühlers 25, in einer Hydraulikleitung L6 oder in der Steuereinrichtung 21 vorzusehen, um die mit dem variierbaren Strömungsquerschnitt W1 angestreb ten Wirkungen darstellen beziehungsweise weiter verbessern zu können. Damit wird zuerst der Kupplungsraum 14 befüllt und anschließend werden der Kühler 25 und die Leitungen mit Hydraulikfluid beaufschlagt.
Zusätzlich ist es vorgesehen, das Druckniveau im Kupplungsraum 14 beziehungsweise in einem Bereich D der Kupplungseinrichtung 8 mittels der Steuereinrichtung 21 während eines Anfahrvorgangs des Fahrzeugs 1, vorzugsweise um 1 bar, gegenüber einem herkömmlichen Druckniveau anzuheben, um ein Ausgasen von im Hydraulikfluid gelösten Gasanteilen zu reduzieren sowie im Kupplungsraum 14 vorhandene Luftblasen zu komprimieren.
Bei der Ausführung der Vorrichtung 5 gemäß 2 ist der Kolben 26 der Wandlerüberbrückungskupplung 16 mit einer zusätzlichen Entlüftungsleitung W3 als Kurzschluss zwischen dem Kupplungsraum 14 und einem Kupplungsraum, der von dem Kolben 26 und der ersten Welle 6 begrenzt ist, vorgesehen, mittels welcher die Luftabfuhr aus dem Kupplungsraum 14 bei angelegter Überbrückungskupplung 16 auf einfache Art und Weise verbessert ist.
Vorteilhaft steigt das Schleppmoment der Wandlerüberbrückungskupplung 16 beziehungsweise das Kupplungsmoment bei von außen angesteuerten Druckdifferenzen in Richtung des Zustands "Wandlerüberbrückungskupplung offen" oder bei nicht druckbeaufschlagter beziehungsweise bei mit kleinem Differenzdruck, beispielsweise kleiner 1 bar, in Schließrichtung angesteuerter Wandlerüberbrückungskupplung mit steigender Differenzdrehzahl überproportional, d. h. progressiv, an. Damit wird beim Gangeinlegen ein Abwürgen der Brennkraftmaschine 3 auf dem Leerlaufniveau vermieden und bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine 3 aber ein deutlich erhöhtes Kraftschlussmoment während eines Anfahrvorgangs erzeugt. Dies ist konstruktiv durch spezielle Ebenheiten und Nutungen der Reibflächen im Bereich W2 der Wandlerüberbrückungskupplung umsetzbar.
Gleichzeitig oder alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, die hydrodynamische Kupplungseinrichtung mit Differenzdruck aufbauenden Beschaufelungen im Bereich der Primarseite, welche mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine dreht, oder durch andere selbstschließende Effekte eine drehzahlabhängige Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung umzusetzen.
Die Befüllung der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 ist bei allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen auch während der kurzfristigen Strömungsumkehr durch eine erhöhte Fördermenge der Pumpeneinrichtung 18 im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 3 verbesserbar, wobei dies im Vergleich zu herkömmlichen Hydrauliksystemen durch eine breiter ausgeführte Innenzahnradpumpe oder eine mit höherer Drehzahl laufenden Pumpeneinrichtung, respektive einer volumenstromgeregelten Pumpe realisierbar ist.
Des Weiteren besteht alternativ oder zusätzlich hierzu auch die Möglichkeit, eine weitere externe hydraulische Ölversorgung beziehungsweise eine Befülleinrichtung des Hydrauliksystems 9 in Form einer Hydraulikfluidspeichereinrichtung vorzusehen, die direkt nach Inbetriebnahme des Fahrzeugs 1 und noch stehendem Verbrennungsmotor mit einer Versorgung des Hydrauliksystems 9 mit Hydraulikfluid beginnt, um eine Vorbefüllung des Hydrauliksystems 9 und der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 durchführen zu können.
Im elektronischen Steuergerät 23 ist vorliegend eine strategiefähige, programmierbare Funktion hinterlegt, mittels welcher die erfindungsgemäße Vorgehensweise gesteuert durchgeführt wird und die Anzahl der Befüllvorgänge in der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 gezählt und für eine Diagnose gespeichert werden. Alternativ hierzu ist es bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach der Erfindung vorgesehen, dass die letztgenannte im elektronischen Steuergerät beziehungsweise im elektronischen Getriebesteuergerät hinterlegte Funktion als rein hydraulische Funktionalität, die eine Strömungsumkehr im Kupplungsraum 14 der Kupplungseinrichtung 8 im Fahrzeugstillstand vornimmt, beispielsweise über Fliehkraft gesteuerte Ventile innerhalb der Kupplungseinrichtung 8 realisiert ist.
Darüber hinaus wird in dem elektronischen Steuergerät 23 eine Erkennung des Leerlaufzustands beispielsweise in Abhängigkeit einer Standzeit des Fahrzeugs 1, einer Abstelltemperatur des Hydraulikfluids und so weiter, vorgenommen, wobei die beschriebenen Funktionen nur bei Vorliegen vordefinierter Betriebszustände des Antriebsstranges 2 aktiviert oder die Funktionen graduell in Abhängigkeit des vorliegenden Betriebszustandes parametriert werden. Zudem erfolgt mittels des elektronischen Steuergerätes 23 eine Verzögerung des Gangeinlegens, beispielsweise um 3 Sekunden, um zu gewährleisten, dass die hydrodynamische Kupplungseinrichtung 8 ausreichend befüllt ist und die Durchströmung des Kupplungsraums 14 nach der kurzzeitigen Umkehr wieder der Richtung im Normalbetrieb entspricht, bei der eine Wandlerüberbrückungskupplung eines Zweileitungswandlers sich in offenem Zustand befindet.
Zur weiteren Verbesserung der Befüllung sowie der Entlüftung der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 wird mittels des elektronischen Steuergerätes 23 im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 2 eine Drehzahlerhöhung der Drehzahl der Brennkraftmaschine, beispielsweise von 700 1/min auf 1000 1/min, angefordert, wobei hierdurch auch die Druckversorgung der Kupplungseinrichtung 8 verbessert wird, da die von der Brennkraftmaschine 3 angetriebene Pumpeneinrichtung 18 bei erhöhter Drehzahl der Brennkraftmaschine 3 ein höheres Fördervolumen zur Verfügung stellt.
Des Weiteren kann über das elektronische Steuergerät 23 auch eine Drehzahlbegrenzung der Brennkraftmaschine 3, beispielsweise auf 3000 1/min, oder eine entsprechende Begrenzung des Antriebsmomentes der Brennkraftmaschine 3 angefordert werden, bis das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 3 weitgehend dem aus dem stationären Kennfeld der hydrodynami schen Kupplungseinrichtung 8 beziehungsweise einem stationären Wandlerkennfeld bestimmbaren hydrodynamischen Drehmoment entspricht, das beispielsweise 80% des Nennwerts ist. Damit wird einerseits ein akustisch auffälliges Hochdrehen der Brennkraftmaschine 3 vermieden und andererseits im Bereich der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 ein ausreichendes Schleppmoment zur Verfügung gestellt. Zusätzlich wird ein weiterer Kennungseinbruch durch abgerissene Strömungszustände an den Beschaufelungen der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung 8 bei zu hoher Differenzdrehzahl im Stallpunkt vermieden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Gangeinlegen der Getriebeeinrichtung 4 zunächst verzögert wird, wird das Gangeinlegen anschließend über eine sogenannte Neutral-Idle-Control-Funktion der Getriebeeinrichtung 4 im Vergleich zu herkömmlichen Schaltvorgängen schneller ausgeführt und der Kraftschluss bei einer Turbinendrehzahl, die in etwa der Drehzahl der Brennkraftmaschine 3 entspricht durch schnelles Schließen einer in den Gängen 1 oder R erforderlichen Kupplung in der Getriebeeinrichtung 4 hergestellt. Diese Vorgehensweise wird insbesondere dann vorgesehen, wenn der Fahrer nach dem Einlegen der Wählhebelposition D oder R das Bremspedal löst, um einen zusätzlichen dynamischen Drehimpuls zum ersten in Bewegungsetzen des Fahrzeugs zu nutzen.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine spezielle hydraulische Ansteuerung einer teilbefüllten hydrodynamischen Kupplungseinrichtung und eine entsprechend darauf optimierte Gestaltung aller hydraulischen Bauteile, beispielsweise durch eine gezielte Einstellung der Durchflusswiderstände und der Durchflusswege in der Kupplungseinrichtung sowie in den hydraulischen Zu- und Ableitungen mit oder ohne einem erhöhten Förderstrom einer Pumpeneinrichtung dar.
Insbesondere die erfindungsgemäße Ansteuerung der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung sieht vor, dass zum einen durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung der Versorgungsleitungen der Kupplungsleitungen der Kupplungseinrichtung eine optimale Vorfüllung, Befüllung und Entlüftung der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung vor und nach einem Gangeinlegen einer Getriebeeinrichtung garantiert ist. Zum anderen steht durch diese Druckbeaufschlagung eine zusätzlich erhöhte Übertragungsfähigkeit einer Überbrückungskupplung zum Vorbeschleunigen der Drehmassen einer Turbine der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung und des Getriebeeingangs vor einem Gangeinlegen beziehungsweise zur Übertragung einer Kraftschlusses parallel zur Hydrodynamik während eines Anfahrvorgangs nach einem Gangeinlegen in der Getriebeeinrichtung zur Verfügung.
Darüber hinaus wird das Druckniveau im Kupplungsraum der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung und auch die Druckdifferenz an der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung auf eine maximale Höhe eingestellt. Dadurch wird eine bessere und schnellere Befüllung des hydrodynamischen Kreislaufs sowie der hydraulischen Leitungen im gesamten Hydrauliksystem der Vorrichtung nach der Erfindung erzielt, Luftblasen im Kupplungsraum der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung komprimiert und aus diesem ausgeschoben und kurze Steuerzeiten während der Ansteuerung der Wandlerüberbrückungskupplung ermöglicht.
Generell wird mit der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Lösung Hydraulikfluid im Vergleich zu herkömmlich ausgebildeten Systemen besser direkt in den hydrodynamischen Kreislauf und nicht in den übrigen Bauraum innerhalb einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung eingebracht und gleichzeitig Luft besser aus dem hydrodynamischen Kreislauf abgeführt.

1: Fahrzeug
2: Antriebsstrang
3: Brennkraftmaschine
4: Automatgetriebe, Getriebeeinrichtung
5: Vorrichtung
6: erste Welle
7: zweite Welle
8: hydrodynamische Kupplungseinrichtung
9: Hydrauliksystem
10: erste Hydraulikleitung
11: zweite Hydraulikleitung
12: erste Kupplungshälfte, Pumpenrad
13: zweite Kupplungshälfte, Turbinenrad
14: Kupplungsraum
15: Rotationsachse
16: Wandlerüberbrückungskupplung
17: Getriebeölsumpf
18: Pumpeneinrichtung
19: Hauptdruckventil
20: Wandlerdruckregelventil
21: Steuereinrichtung
22: Wandlerdurchflussrichtungsschaltventil
23: elektronisches Steuergerät
24: Rücklauf- und Kühlerventil
25: Kühler
26: Kolben
27: dritte Hydraulikleitung
28: weiterer Kupplungsraum
D: Bereich
L4, L5, L6: Hydraulikleitung
W1: Strömungsquerschnitt
W2: Bereich
W3: Entlüftungsleitung
W4, W5: Strömungsquerschnitt

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

- DE 19858541 A1 [0011]
- DE 102005016495 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- der Automobiltechnischen Zeitschrift 97 (1995), Nr. 10, S. 698 bis 706, "Elektrohydraulische Steuerung und äußere Schaltung des automatischen Getriebes W5A 330/580 von Mercedes-Benz" [0013]

Claims

Vorrichtung (5) zum Übertragen eines Drehmomentes von einer ersten Welle (6) auf eine zweite Welle (7) mittels einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8), die von einem Hydrauliksystem (9) über wenigstens eine erste Hydraulikleitung (10) und eine zweite Hydraulikleitung (11) mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist, wobei das Drehmoment von einer mit der ersten Welle (6) verbundenen ersten Kupplungshälfte (12) über das Hydraulikfluid auf eine mit der zweiten Welle (7) verbundenen Kupplungshälfte (13) übertragbar ist und die Kupplungshälften (12, 13) in einem Kupplungsraum (14) drehbar angeordnet sind, und wobei ein Abstand zwischen einer Mündung der ersten Hydraulikleitung (10) in den Kupplungsraum (14) und einer Rotationsachse (15) des Kupplungsraumes (14) größer ist als ein Abstand zwischen einer Mündung der zweiten Hydraulikleitung (11) in den Kupplungsraum (14) und der Rotationsachse (15), dadurch gekennzeichnet, dass eine hydraulische Steuereinrichtung (21) vorgesehen ist, mittels der ein Füllstand des Kupplungsraums (14) beeinflussbar ist und über die dem Kupplungsraum (14) Hydraulikfluid bei Vorliegen eines Füllstandes des Kupplungsraumes (14) größer als ein Füllstandschwellwert über die zweite Hydraulikleitung (11) zuführbar sowie über die erste Hydraulikleitung (10) aus dem Kupplungsraum (14) abführbar ist, wobei bei Vorliegen eines Füllstandes des Kupplungsraumes (14) kleiner oder gleich dem Füllstandschwellwert Hydraulikfluid über die zweite Hydraulikleitung (11) aus dem Kupplungsraum (14) abführbar und über die erste Hydraulikleitung (10) dem Kupplungsraum (14) zuführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine reibschlüssige Kupplungseinrichtung (16) vorgesehen ist, mittels der die hydrodynamische Kupplungseinrichtung (18) überbrückbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungsfähigkeit der reibschlüssigen Kupplung (16) in Abhängigkeit eines Druckes im Kupplungsraum (14) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) steht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungsfähigkeit der reibschlüssigen Kupplung (16) in Abhängigkeit eines Druckes in einem der reibschlüssigen Kupplung (16) zugeordneten weiteren Kupplungsraum (28) steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungswiderstand der ersten Hydraulikleitung (10) betriebszustandabhängig über eine Drosseleinrichtung variierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand mechanisch in Abhängigkeit einer an der Drosseleinrichtung angreifenden Fliehkraft variiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Kupplung (8) als Föttinger-Kupplung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Kupplung (8) als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrodynamische Drehmomentwandler (8) als Zweileitungswandler und die reibschlüssige Kupplung (16) als Wandlerüberbrückungskupplung ausgebildet ist, wobei ein Kolben (26) der Wandlerüberbrückungskupplung (16) mit einer als Kurzschlussleitung zwischen dem Kupplungsraum des hydrody namischen Drehmomentwandlers und dem Kupplungsraum der Wandlerüberbrückungskupplung wirkenden Entlüftungsleitung (W3) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrodynamische Drehmomentwandler (8) als Dreileitungswandler und die reibschlüssige Kupplung (16) als Wandlerüberbrückungskupplung ausgebildet ist, wobei die Wandlerüberbrückungskupplung (16) über eine dritte Hydraulikleitung (27) ansteuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem (9) eine hydraulische Pumpeneinrichtung (18) mit variabler Förderleistung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem (9) eine Befülleinrichtung aufweist, mittels welcher dem Kupplungsraum (14) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) Hydraulikfluid zuführbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllstand des Kupplungsraumes (14) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) ermittelt wird und die Befüllung des Kupplungsraumes (14) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) bei Ermitteln eines Füllstandes kleiner oder gleich dem Füllstandschwellwert wenigstens für einen Zeitraum über die erste Hydraulikleitung (10) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsraum (14) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) nach Ablauf des Zeitraumes über die zweite Hydraulikleitung (11) mit Hydraulikfluid beaufschlagt wird und Hydraulikfluid über die erste Hydraulikleitung (10) aus dem Kupplungsraum (14) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Kupplungseinrichtung (8) als Anfahrelement eines Antriebstranges (2) eines Fahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine (3) und einer Getriebeeinrichtung (4) einsetzbar ist, wobei bei Vorliegen einer Anforderung zum Starten der Brennkraftmaschine (3) der Füllstand des Kupplungsraumes (14) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) bestimmt wird und der Kupplungsraum (14) spätestens während des Startvorganges der Brennkraftmaschine (3) sowie bei nicht kraftschlüssiger Getriebeeinrichtung (4) zeitweise über die erste Hydraulikleitung (10) befüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllung des Kupplungsraumes (14) einer hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) mit zugeordneter Wandlerüberbrückungskupplung (16), die bei Zuführung von Hydraulikfluid über die zweite Hydraulikleitung (11) in den Kupplungsraum (14) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) geöffnet und bei Zuführung über die erste Hydraulikleitung (10) geschlossen wird, über die erste Hydraulikleitung (10) ein definiertes Ansteigen der Übertragungsfähigkeit der Wandlerüberbrückungskupplung (16) ausgehend von einem im wesentlichen vollständig geöffneten Zustand in Richtung eines Schwellwertes bewirkt, wobei das Druckniveau in der ersten Hydraulikleitung hierfür auf einen vordefinierten Druckwert eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungsfähigkeit einer einem Dreileitungswandler (8) zugeordneten Wandlerüberbrückungskupplung (16) während eines über die erste Hydraulikleitung (10) vorgesehenen Befüllvorganges des Kupplungsraumes (14) des hydrodynamischen Dreileitungswandlers (8) auf einen vorzugsweise betriebszustandsabhängig variierenden Wert eingestellt wird, zu dem eine Turbine (13) des Dreileitungswandlers (8) auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine (3) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit der Wandlerüberbrückungskupplung (16) bei Fahrzeugstillstand während eines betriebszustandsabhängig variierbaren Zeitraumes auf einen Wert eingestellt wird, zu dem bis zu annähernd ein Viertel des maximalen Motornennmoments der Brennkraftmaschine (3) über die Wandlerüberbrückungskupplung (16) führbar ist, wenn eine Anforderung zum Einlegen einer Übersetzung in der Getriebeeinrichtung (4) vorliegt und ein vordefinierter Schwellwert einer fahrerseitigen Leistungsanforderung überschritten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermittlung eines Füllstandes des Kupplungsraumes (14) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) kleiner oder gleich des Füllstandschwellwertes ein Strömungsquerschnitt stromab der Mündung der Hydraulikfluid aus dem Kupplungsraum (14) abführenden Hydraulikleitung (10) im Kupplungsraum (14) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) auf einen den Druck im Kupplungsraum (14) der hydrodynamischen Kupplung (8) erhöhenden Wert eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt unterhalb eines Schwellwertes der Drehzahl der zweiten Kupplungshälfte (13) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsraum (14) der hydrodynamischen Kupplungseinrichtung (8) bei aktivierter Zündung eines Fahrzeuges (1) und bei noch stehender Brennkraftmaschine (3) von der Befülleinrichtung wenigstens teilweise befüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anforderung zum Einlegen eines Ganges in der Getriebeeinrichtung (4) um einen vordefinierten Zeitraum verzögert umgesetzt wird, wobei der Kupplungsraum (14) nach Ablauf des Zeitraumes, während dem die Kupplungseinrichtung (8) über die erste Hydraulikleitung (10) mit Hydraulikfluid beaufschlagt wird, befüllt ist und über die zweite Hydraulikleitung (11) mit Hydraulikfluid beaufschlagt wird.