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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerungseinrichtung, die
dazu eingerichtet ist, eine Anfahrkupplung eines Kraftfahrzeugs
und Gangsteller eines Wechselgetriebes des Kraftfahrzeugs durch
Hydraulikventile hydraulisch zu betätigen, die in die hydraulische
Steuerungseinrichtung integriert sind und die jeweils wenigstens
ein Steuerelement aufweisen.
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Dabei
wird unter einer hydraulischen Betätigung verstanden, dass
die Betätigungskraft in gesteuerter Weise ohne aktives
Mitwirken des Fahrers aus einem hydraulischen Druck erzeugt wird.
Eine Kupplungsbetätigung, bei der ein Fahrer die Betätigungskraft
mit einem Kupplungspedal in einen Geberzylinder einspeist und der
resultierende Druck lediglich hydraulisch auf einen mit der Kupplungsmechanik
gekoppelten Nehmerzylinder übertragen wird, stellt daher
keine hydraulische Betätigung im Sinne dieser Anmeldung
dar.
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Das
Steuerelement besteht zum Beispiel aus einem federbelasteten Kolben
des Hydraulikventils.
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Der
Anteil von Kraftfahrzeugen, die mit Getrieben mit hydraulisch betätigten
Kupplungsstellern und Gangstellern ausgerüstet sind, steigt
derzeit an. Dabei kann es sich bei den Getrieben um Automatikgetriebe
(Planetengetriebe) mit einer Anfahrkupplung, um automatisierte Schaltgetriebe
oder um Doppelkupplungsgetriebe handeln. Die hydraulische Steuerungseinrichtung
dieser Getriebe weist in der Regel mehrere Hydraulikventile auf,
von denen eines der Anfahrkupplung individuell zugeordnet ist.
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Eine
solche hydraulische Steuerungseinrichtung ist zum Beispiel aus der
DE 102 43 282 bekannt, die
insbesondere ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben
mit jeweils einer aktiv schließbaren Motorkupplung (Reibungskupplung)
und mehreren über Gangschaltkupplungen (Klauenkupplungen) schaltbaren
Gängen offenbart. Der Kraftfluss über Motorkupplungen,
von denen wenigstens eine als Anfahrkupplung dient, wird nach der
DE 102 43 282 bevorzugt über
eine Reihenschaltung aus einem Druckregelventil und einem Durchflussventil
gesteuert. Dabei dient das Druckregelventil zur Regelung der Stellkraft
und das Durchflussventil zur Regelung der Stellgeschwindigkeit.
Wegen der asynchronen Betätigung der einem Teilgetriebe
zugeordneten Gangsteller und Kupplungssteller wird lediglich ein Druckregelventil
pro Teilgetriebe für die Steuerung der Arbeitsdrücke
der Kupplungssteller und der Gangsteller verwendet. Jedoch ist jeder
Motorkupplung ein eigenes Durchflussventil individuell zugeordnet.
Die
DE 102 43 282 offenbart
auch, dass die Ansteuerung der Kupplungssteller und Gangsteller
nicht zwingend über eine Reihenschaltung aus einem Druckregelventil
und einem Durchflussventil erfolgen muss und auch durch jeweils
eines der genannten Ventile direkt erfolgen kann.
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Aus
der
DE 196 06 318
A1 ist ein Druckregelventil für elektro-hydraulische
Getriebesteuerungen eines Kraftfahrzeuges bekannt, das einen federbelasteten
Anker als Steuerelement aufweist.
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Wie
bei Kupplungen, deren Betätigungskraft von einem Fahrer
aufgebracht wird, kann auch bei Kraftfahrzeugen mit hydraulisch
betätigter Kupplung ein sogenanntes Rupfen beim Anfahren
auftreten. Rupfen ist eine Schwingung im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen,
die während der Schlupfphase der Kupplung auftritt. Rupfen
entsteht durch periodische Wechseldrehmomente, die im Bereich der
schlupfenden Kupplung erzeugt werden und die im Eigenfrequenzbereich
des durch die schlupfende Kupplung dynamisch getrennten Antriebsstrangs
liegen.
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Bei
Kraftfahrzeugen mit hydraulisch gesteuerten und betätigten
Kupplungen kann ein störendes Kupplungsrupfen beim Anfahren
mehr oder weniger ausgeprägt auftreten. Vor diesem Hintergrund
besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer technischen
Lehre zur Vermeidung oder Verringerung des Kupplungsrupfens bei
Kraftfahrzeugen mit hydraulisch betätigter und gesteuerter
Anfahrkupplung, bei denen das Kupplungsrupfen beim Anfahren vergleichsweise
oft und/oder ausgeprägt auftritt.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und
basiert auf der Erkenntnis, dass die Ausrichtung eines den Kupplungseingriff steuernden
hydraulischen Ventils relativ zur Längsachse des Kraftfahrzeuges
dafür entscheidend ist, ob Längsschwingungen des
Kraftfahrzeugs und/oder seines Triebstrangs, und/oder seines Antriebsaggregates
in die hydraulische Steuerung und Betätigung der Kupplung
einkoppeln. Unter ungünstigen Bedingungen kann eine solche
Einkopplung bzw. Rückkopplung der Kupplungsanregung zu
Druckschwingungen in der Hydraulik der Kupplungssteuerung führen,
die sich in Schwankungen des auf die Reibflächen der Kupplung
wirkenden Anpressdrucks abbilden und damit zu dem störenden
Rupfen bzw. zu einem stärkeren Rupfen führen.
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Die
hydraulischen Steuereinrichtungen mit integrierten Hydraulikventilen
werden in der Regel als bauliche Einheit hergestellt und als solche
an ein Getriebe montiert. Häufig bestehen hydraulische Steuereinrichtungen
aus einer sogenannten Kanalplatte und einem Ventilgehäuse
oder Ventilträger zur Aufnahme der Hydraulikventile. Die
Kanalplatte weist in der Regel eine Vielzahl von Kanälen
auf, mit denen die Hydraulikventile an eine Öldruck-Versorgung
des Getriebes angeschlossen sind. Die Einbaulage der Hydraulikventile
wird damit durch die Konstruktion der Kanalplatte und des Ventilträgers,
insbesondere durch das Layout der Kanäle, festgelegt und
ist damit nicht ohne Weiteres veränderbar. In der Regel
werden die Hydraulikventile dabei nebeneinander in gleicher Einbaurichtung
zueinander angeordnet. Die hydraulische Steuereinrichtung wird ferner
meistens an der Unterseite des Getriebes, also am Ölsumpf
des Getriebes montiert. In Abhängigkeit von den Einbauplatzverhältnissen
ergibt sich in der Regel eine gleichgerichtete Anordnung sämtlicher
Hydraulikventile entweder in der Längsrichtung, der Querrichtung oder
der Hochrichtung des Kraftfahrzeugs.
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Die
Erfinder haben erkannt, dass das störende Kupplungsrupfen
bei Kraftfahrzeugen mit in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges
ausgerichteten Hydraulikventilen stärker und/oder öfter
auftritt als bei Kraftfahrzeugen mit in Querrichtung ausgerichteten
Hydraulikventilen. Aufgrund notwendiger konstruktiver Anpassungen
des Hydrauliksteuergeräts an das Getriebe und ferner aufgrund
der Einbauplatzverhältnisse lässt sich das komplette
Hydrauliksteuergerät gegebenenfalls nur in Längsrichtung
anordnen. In diesen Fällen liefert die Erfindung, bei der
nur das zur Kupplungsansteuerung dienende Hydraulikventil gewissermaßen
aus der Längsachse des Kraftfahrzeugs herausgedreht wird,
eine konstruktiv vergleichsweise wenig aufwändige und platzsparende Lösung.
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Dadurch,
dass die integrierten Hydraulikventile in der hydraulischen Steuerungsrichtung
so ausgerichtet sind, dass eine Bewegungsrichtung eines schwingungsfähigen
Elements eines nur die Anfahrkupplung betätigenden Ventils
von der Bewegungsrichtung der schwingungsfähigen Elemente
der übrigen Ventile abweicht und eine kleinere Übereinstimmung
mit der Längsachse des Kraftfahrzeugs aufweist, wird eine
Einkopplung bzw. Rückkopplung von Längsschwingungen
in die hydraulische Kupplungsansteuerung verringert. Ein unerwünschtes
Aufschwingen des Triebstrangs, das sich in dem störenden
Rupfen äußert, wird dadurch wirkungsvoll verringert.
Das schwingungsfähige Element weist zum Beispiel einen
federbelasteten Kolben des Hydraulikventils auf und kann weitere
schwingende Massen, zum Beispiel mitschwingende Hydraulikflüssigkeit, aufweisen.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen,
der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 das
technische Umfeld der Erfindung;
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2 ein
hydraulisches Steuergerät;
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3 eine
schematische Darstellung eines Hydraulikventils; und
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4 ein
Ventilgehäuse des hydraulischen Steuergeräts aus
der 2 mit einem Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Anordnung von Hydraulikventilen.
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Im
Einzelnen zeigt die 1 ein Kraftfahrzeuggetriebe 10 mit
einer Getriebeeingangswelle 12 und einem möglichen
Getriebeausgang 14. Im montierten Zustand ist die Getriebeeingangswelle 12 über
eine Anfahrkupplung mit einem Abtrieb eines Verbrennungsmotors verbunden,
während der Getriebeausgang 14 über weitere
Getriebe und/oder Wellen mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden
ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist weder
der Verbrennungsmotor noch die Kraftübertragung zwischen
Getriebeausgang 14 und den Antriebsrädern in der 1 dargestellt.
Die Anfahrkupplung befindet sich innerhalb einer Kupplungsglocke 16.
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Eine
bekannte Anfahrkupplung weist wenigstens eine Mitnehmerscheibe und
eine Druckplatte auf. Die Mitnehmerscheibe ist durch eine Keilverzahnung
drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbunden und weist kreisringförmige
Reibbeläge auf, die bei geöffneter Kupplung zwischen
einer Schwungscheibe des Verbrennungsmotors und einer mit der Schwungscheibe
drehfest verbundenen, aber axial beweglichen Kupplungsdruckplatte
ruhen, während Schwungscheibe und Druckplatte bei laufendem
Verbrennungsmotor rotieren. Beim Schließen der Kupplung
wird die Druckplatte in Richtung der Schwungscheibe gepresst, wodurch
die Mitnehmerscheibe sowohl gegen die Druckplatte als auch gegen
die Schwungscheibe gedrückt wird. Auf diese Weise wird
Drehmoment des Verbrennungsmotors auf die Mitnehmerscheibe und über
das Getriebe auf die Antriebsräder übertragen.
Das Kraftfahrzeug setzt sich längs seiner Längsrichtung 18 in
Bewegung.
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Ferner
sind trocken oder nass laufende Lamellenkupplungen als Anfahrkupplungen
bekannt. Eine Lamellenkupplung weist in der Regel mehrere Innenlamellen
und mehrere Außenlamellen auf. Die Innenlamellen sind mit
einer drehenden verzahnten Welle aufgenommen und die Außenlamellen
werden von einem innenverzahnten, rohrförmigen Träger aufgenommen,
so dass sie drehfest mit dem Träger verbunden sind. In
axialer Richtung sind die Lamellen verschiebbar. Durch Aufeinanderpressen
der Innenlamellen und der Außenlamellen wird ein Kraftschluss
zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen hergestellt,
der eine Drehmomentübertragung zwischen dem Träger
und der Welle und damit zwischen Motor und Getriebe erlaubt. Bei
einer hydraulisch betätigten Lamellenkupplung werden die Lamellen
durch hydraulische Druckkräfte aufeinander gepresst. Durch
Steuern der hydraulischen Drücke wird das über
die Lamellenkupplung zwischen Motor und Getriebe übertragbare
Drehmoment gesteuert.
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Bei
den hier betrachteten Getrieben wird das Getriebe 10 und
die Kupplung von einem hydraulischen Steuergerät 20 und
einem elektronischen Steuergerät 22 gesteuert.
Das elektronische Steuergerät 22 ist dazu eingerichtet,
insbesondere dazu programmiert, Informationen über Betriebsparameter des
Kraftfahrzeugs wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrerwunsch, Drehmomentabgabe
und Drehzahl des Verbrennungsmotors zu verarbeiten und daraus Ansteuersignale
für das hydraulische Steuergerät 20 zu
bilden. Das hydraulische Steuergerät 20 ist dazu eingerichtet,
hydraulische Kupplungssteller und Gangsteller in Abhängigkeit
von den genannten Ansteuersignalen hydraulisch anzusteuern.
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Herkömmliche
Automatikgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe und Doppelkupplungsgetriebe besitzen
in der Regel einen Druckölkreislauf, an den das hydraulische
Steuergerät 20 angeschlossen werden kann. Das
hydraulische Steuergerät 20 ist meistens an den Ölsumpf
an der Unterseite des Getriebes 10 angeschlossen, wie es
in der 1 dargestellt ist.
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2 zeigt
schematisch ein hydraulisches Steuergerät 20 mit
einer Kanalplatte 24 und einem Ventilträger oder
Ventilgehäuse 26. In dem Ventilgehäuse 26 sind
Hydraulikventile angeordnet, die von dem Steuergerät 22 elektrisch
angesteuert werden und Öldrücke und/oder Ölströme
für die Kupplungssteller und Gangsteller steuern und/oder
regeln. In einer Ausgestaltung sind die Gangsteller als hydraulisch
betätigte Schaltstangen realisiert, mit denen der Kraftfluss
zwischen verschiedenen Zahnrädern und einer Getriebehauptwelle
im Getriebe 10 umgeschaltet wird.
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Als
Kupplungssteller kommt ein Nehmerzylinder in Frage, der, wenn er
unter Druck gesetzt wird, die Druckplatte über eine Mechanik
von der Mitnehmerscheibe gegen eine anpressend wirkende Federkraft
abhebt. Alternativ kann, insbesondere bei einer im Ölbad
laufenden Kupplung, ein anpressend wirkender Öldruck variiert
werden. In jedem Fall hängt die auf die Mitnehmerscheibe
oder die Lamellen der Lamellenkupplung wirkende Anpresskraft von
dem Druck des Öls ab, das durch ein Hydraulikventil strömt,
welches in Form eines Druckregelventils und/oder eines Durchflussregelventils
in dem Ventilgehäuse 26 angeordnet ist, für
die Kupplungssteuerung vorgesehen ist und entsprechend angesteuert wird.
Dabei werden die Hydraulikventile des hydraulischen Steuergeräts 20 in
seinem Ventilgehäuse 26 oder Ventilträger über
die Kanalplatte 24 des hydraulischen Steuergeräts
mit unter Druck stehendem Öl gespeist.
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3 zeigt
schematisch ein zur Druckregelung und/oder Durchflussregelung dienendes
Hydraulikventil 28, das nur die Anfahrkupplung steuert und
betätigt. Das Hydraulikventil 28 weist ein bewegliches
Element 30 auf, mit dem ein Ölstrom von einem
Zulauf 31 zu einem Ablauf 33 gesteuert wird. Das
bewegliche Element 30 weist in einer bevorzugten Ausgestaltung
einen Steuerkolben 32 auf, der mit einem Anker 34 gekoppelt
ist, der mit Hilfe einer Spule 36 elektromagnetisch gegen
die Kraft einer Feder 38 aus einer Ruheposition auslenkbar
ist. Mit Hilfe von Steuerkanten, Steuerbohrungen oder Nuten 40 gibt
der Steuerkolben 32 in verschiedenen Positionen verschiedene
Strömungsquerschnitte für unter Druck stehendes Öl
zwischen dem Zulauf 31 und dem Ablauf 33 frei,
so dass ein zur Betätigung der Kupplung dienender Öldruck
und/oder eine zur Kupplungsbetätigung dienende Ölmenge
durch eine entsprechende Ansteuerung der Spule 36 des Hydraulikventils 28 eingestellt
wird.
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4 zeigt
schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe 10 und
einer vergrößert dargestellten Steuerung durch
das Getriebesteuergerät 22 und das hydraulische
Steuergerät 20 mit dem Ventilgehäuse 26.
Das Ventilgehäuse 26 weist insbesondere drei in
Längsrichtung 18 des Kraftfahrzeugs ausgerichtete
Hydraulikventile 44, 46, 48 und ein quer
dazu angeordnetes Hydraulikventil 28 auf. Die Bewegungsrichtung
der schwingungsfähigen Elemente 50, 52, 54 in
jedem der Hydraulikventile 44, 46, 48 entspricht
dabei weitestgehend der Längsrichtung 18 des Kraftfahrzeugs.
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Das
für die Steuerung der Anfahrkupplung dienende Hydraulikventil 28 ist
dagegen erfindungsgemäß so ausgerichtet, dass
die Bewegungsrichtung seines schwingungsfähigen Elements 30 von
der Bewegungsrichtung der schwingungsfähigen Elemente 50, 52, 54 der übrigen
Hydraulikventile 44, 46, 48 abweicht
und eine kleinere Übereinstimmung mit der Längsachse 18 des
Kraftfahrzeugs aufweist. Die Elemente 56, 58, 60, 62 stellen
federbelastete Schieber dar, von denen je einer je einem der Hydraulikventile 44, 46, 48, 28 zugeordnet
und mit diesem hydraulisch verbunden ist.
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Die
Schieber 56, 68, 60, 62 dienen
zur Verstärkung der Steuerdrücke, die von den
Hydraulikventilen 44, 46, 48, 28 aus
einem gemeinsamen, durch die Kanalplatte 24 bereitgestellten Öldruck
erzeugt werden. Mit anderen Worten: Jedes Hydraulikventil dient
dazu, einen bestimmten Druck einzustellen, und jeder Schieber dient
dazu, einen solchen eingestellten Druck in vorbestimmter Weise zu
verstärken. Mit den verstärkten Drücken
werden die Kupplungs- und Gangsteller betätigt.
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Die
Erfinder haben erkannt, dass die schwingungsfähigen Elemente
von Hydraulikventilen, die in der Längsrichtung 18 des
Kraftfahrzeugs eingebaut sind und daher in Längsrichtung
schwingen können, durch Längsschwingungen des
Fahrzeugs bzw. des Getriebes zu eigenen Längsschwingungen
angeregt werden können und/oder dass eine Längsschwingung
der schwingungsfähigen Elemente solcher Hydraulikventile
durch Längsschwingungen des Fahrzeugs, bzw. des Getriebes,
verstärkt werden kann.
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Wenn
ein solches schwingungsfähiges Element, zum Beispiel ein
Steuerkolben 32, einen Öldruck für eine
Kupplungsansteuerung steuert, bildet sich seine Längsschwingung
unter Umständen in einer Modulation des Anpressdrucks der
Mitnehmerscheibe(n)/Lamellen ab. Dadurch wird das von der Kupplung
beim Anfahren übertragene Drehmoment ebenfalls moduliert,
was zu einer Verstärkung der Längsschwingungen
führen kann. Die Erfinder haben ferner erkannt, dass dieses
unerwünschte Verhalten einen wesentlichen Beitrag zu dem
unerwünschten Rupfen der Kupplung beim Anfahren liefern
kann.
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Dadurch,
dass das zur Steuerung der Anfahrkupplung dienende Hydraulikventil 28 gewissermaßen
aus der Längsrichtung 18 des Kraftfahrzeugs herausgedreht
angeordnet ist, verringern sich die durch Längsschwingungen
des Kraftfahrzeugs hervorgerufenen Amplituden von Längsschwingungen des
Steuerkolbens 32, oder allgemeiner, des schwingungsfähigen
Elements 30 des Hydraulikventils 28.
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Die
durch Längsschwingungen des Kraftfahrzeugs erzeugte Kraftkomponente
in der Bewegungsrichtung des elastischen Elements 30 ist
unter anderem proportional zum Kosinus des Winkels α zwischen
der Längsrichtung 18 des Kraftfahrzeugs und der
Bewegungsrichtung des elastischen Elements 30.
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Daher
reichen kleine Winkel α noch nicht aus, um die unerwünschte
Einkopplung wirksam zu reduzieren. Im Idealfall ist das Hydraulikventil 28 und damit
die Bewegungsrichtung seines schwingungsfähigen Elements 30 orthogonal
zu der Längsrichtung 18 des Kraftfahrzeugs angeordnet.
Dann ist der Kosinus α gleich Null und die Einkopplung/Rückkopplung
entsprechend minimal. Wenn dieses Ideal aus irgendwelchen Gründen,
zum Beispiel wegen eines Platzmangels, nicht realisiert werden kann,
wird eine Anordnung bevorzugt, bei der der Winkel α zwischen 85
und 95° liegt. Dann wird größenordnungsmäßig nur
etwa 1/10 der Kraft, die in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs
wirken würde, in der Bewegungsrichtung des elastischen
Elements eingekoppelt. Sollte dies auch nicht möglich sein,
sollte der Winkel zumindest zwischen 60 und 150° liegen,
weil die eingekoppelte Kraft dann immer noch kleiner oder gleich
der halben Kraft ist, die in der Längsrichtung 18 des Kraftfahrzeugs
wirken würde.
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Dabei
kann die Bewegungsrichtung des schwingungsfähigen Elements 30 des
nur die Anfahrkupplung steuernden Hydraulikventils 28 stärker mit
der Querachse des Kraftfahrzeugs übereinstimmen als die
Bewegungsrichtung der übrigen schwingungsfähigen
Elemente. Alternativ oder ergänzend kann das nur die Anfahrkupplung
steuernde Hydraulikventil 28 auch so angeordnet sein, dass
die Bewegungsrichtung seines schwingungsfähigen Elements 30 stärker
mit der Hochachse des Kraftfahrzeugs übereinstimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10243282 [0005, 0005, 0005]
- - DE 19606318 A1 [0006]