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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kupplung für
einen Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Solche
Kupplungen sind dem Stand der Technik als allgemein bekannt zu entnehmen.
Sie dienen zum Schließen oder Auftrennen eines Antriebsstrangs
mit Hilfe von interagierenden Reibelementen. In einem Kupplungszustand
sind zwei Reibelemente der Kupplung in reibschlüssiger
Verbindung, so dass Momente von einem Motor des Kraftwagens auf
die Räder übertragen werden können. In einem
Entkupplungszustand stehen die Reibelemente dagegen nicht in reibschlüssiger
Verbindung, so dass der Antriebsstrang aufgetrennt ist. Beim Übergang
zwischen Kupplungszustand und Entkupplungszustand nimmt die Kupplung
einen Schlupfzustand ein, in welchem nur ein teilweiser Reibschluss zwischen
den Reibelementen besteht. In diesem Schlupfzustand wird ein Teil
des vom Motor bereitgestellten Antriebsmoments aufgrund des nur
teilweisen Reibschlusses in Wärme umgesetzt, was die Kupplungsbeläge,
also die Reibelemente, belastet. Insbesondere bei häufigem
Anfahren mit hoher Last, beispielsweise mit einem Anhänger
in einer Steigung, kann die thermische Belastung so groß werden,
dass die Kupplungsbeläge verglasen, wodurch die Momentenübertragungsfähigkeit
der Kupplung im Kupplungszustand abnimmt.
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Aus
der
DE 198 06 497
C2 ist eine Antriebsanordnung für einen Kraftwagen
bekannt, bei welchem über eine Schlupfregelung die Motorleistung oder
das Motordrehmoment des Verbrennungsmotors für eine bestimmte
Zeitdauer mindert, wenn sich die Kupplung im Schlupfzustand befindet.
Hierdurch können die Belastungen der Kupplungsbeläge
reduziert werden. Alternativ hierzu ist es bekannt, die Temperatur
der Kupplung zu bestimmen und bei Überschreiten eines Schwellenwertes
die Kupplung zu öffnen, um eine thermische Überbelastung
der Kupplungsbeläge zu vermeiden. Dies führt nachteiliger
Weise zu einem vollständigen Ausfall des Fahrzeugs bei Überschreiten
des Schwellenwertes für die Kupplungstemperatur.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiter zu bilden, dass eine
thermische Überlastung der Kupplung vermieden wird, ohne
Motordrehmoment reduzieren zu müssen oder einen kompletten
Ausfall des Fahrzeugs beim Überschreiten von Maximaltemperaturen für
die Kupplung herbeizuführen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Bei
einem derartigen Verfahren wird erfindungsgemäß eine
Verweildauer der Kupplung in einem Schlupfzustand beim Übergang
zwischen einem Kupplungszustand und einem Entkupplungszustand in
Abhängigkeit von einer Temperatur der Kupplung variiert.
Insbesondere wird die Verweildauer der Kupplung im Schlupfzustand
mit steigender Temperatur verkürzt. Mit anderen Worten
wird die Kupplung mit steigender Kupplungstemperatur immer aggressiver
zugestellt, so dass weniger durch Schlupfreibung erzeugte Wärme
in die Kupplungsbeläge eingetragen wird. Damit wird selbst
bei Situationen mit hoher Belastung, wie beispielsweise Anfahren
am Berg, ein Überhitzen der Kupplung vermieden. Eine zusätzliche
Regelung des Motordrehmoments ist nicht notwendig und die Betriebsfähigkeit
des Kraftwagens bleibt erhalten. Gleichzeitig wird der Fahrer des
Kraftwagens durch das härtere Ansprechverhalten der Kupplung
auf das Temperaturproblem hingewiesen und kann sein Fahrverhalten
entsprechend anpassen.
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Das
Verfahren kann sowohl bei automatisierten Kupplungen als auch bei
rein mechanischen, fußkraftbetätigten Kupplungen
Anwendung finden. In einer Ausführungsform der Erfindung
wird in Abhängigkeit von der Temperatur die Kennlinie zwischen
einem Fahrpedalwinkel und einem angesteuerten Kupplungsmoment verändert,
wobei bevorzugter Weise bei Überschreiten eines Schwellwertes
der Temperatur die Kupplung mit einer steileren Kennlinie betrieben
wird. Bei Fahrzeugen mit automatischem Getriebe und automatisierter
Kupplung liegt bei einem Fahrpedalwinkel von 0 üblicherweise
ein Kriechmoment an. Bei Überschreiten des Schwellwertes
der Temperatur wird sowohl die Steigung, als auch der Nulldurchgang
der Kennlinie zwischen Fahrpedalwinkel und angesteuertem Kupplungsmoment
verändert, so dass er einem Fahrpedalwinkel von 0 kein
Kriechmoment anliegt. Durch die steilere Kennlinie wird die Kupplung
aggressiver zugestellt und der Kupplungszustand ausgehend vom Entkupplungszustand
schneller erreicht, so dass die thermische Belastung der Kupplungsbeläge
vermindert wird.
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In
einer alternativen Ausführungsform kann der Kupplungsweg
der Kupplung mit steigender Temperatur verkürzt werden.
Dies kann auch bei rein mechanischen, fußkraftbetätigten
Kupplungen Anwendung finden, in dem beispielsweise der Kupplungsweg
durch Änderung einer Materialeigenschaft einer Komponente
der Kupplung mit steigender Temperatur bewirkt wird. Insbesondere
kann das Material einer Feder einer Kupplungsdruckplatte oder eines Kupplungsausrückhebels
so gewählt werden, dass sich durch steigende Temperatur
die Federkonstante dieser Feder derart ändert, dass der
Kupplungsweg sich verkürzt. Auch eine Änderung
einer Federkonstante und/oder einer Dicke einer elastischen Zwischenschicht
zwischen einem Kupplungsbelag und einer Kupplungsträgerplatte
an die gewünschte Verkürzung des Kupplungsweges
bei steigender Kupplungstemperatur bewirken.
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Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen
anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
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1 Kennlinien
einer automatisierten Kupplung unterhalb und oberhalb eines Temperaturschwellenwertes
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2 Kennlinien
zwischen Kupplungsweg und übertragbarem Kupplungsmoment
für eine fußkraftbetätigte Kupplung unterhalb
und oberhalb eines Temperaturschwellenwertes
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3 eine
schematische Darstellung einer Kupplungsträgerplatte mit
Kupplungsbelägen und
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4 eine
schematische Darstellung der äußeren Aktuatorik
für eine fußkraftbetriebene Kupplung.
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Um
ein Überhitzen einer Kupplung eines Kraftwagens bei häufigem
Anfahren mit hoher Last, zum Beispiel mit einem Anhänger
am Berg, und ein damit einhergehendes Verglasen von Kupplungsbelägen
zu vermeiden, wird bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe und Automatikkupplung
eine Kupplungskennlinie zwischen Fahrpedalwinkel und angesteuertem
Kupplungsmoment temperaturabhängig verändert,
wie in 1 gezeigt. Im Normalbetrieb des Kraftwagens wird
die Kupplung dabei gemäß der Kennlinie 10 angesteuert.
Bei einem Fahrpedalwinkel von 0° ist das angesteuerte Kupplungsmoment gemäß der
normalen Kennlinie 10 von 0° verschieden, es liegt
also ein Kriechmoment an, wie es für Fahrzeuge mit Automatikgetriebe
typisch ist. Die Kupplungssteuerung überwacht im Betrieb
des Fahrzeugs die Temperatur der Kupplung, beispielsweise durch
einen Sensor an der Kupplungsglocke. Wird ein vorgegebener Grenzwert
für die Kupplungstemperatur überschritten, erfolgt
die Ansteuerung der Kupplung nicht mehr gemäß der
normalen Kennlinie 10, sondern gemäß der
Kennlinie 12. Die Steigung der Kennlinie 12, die
bei drohender Überhitzung der Kupplung Verwendung findet,
ist steiler als diejenige der normalen Kennlinie. Zudem ist der
Nulldurchgang der Kennlinie 12 gegenüber dem der
Kennlinie 10 zu einem höheren Fahrpedalwinkel
verschoben. Bei einem Fahrpedalwinkel von 0° liegt somit
kein Kriechmoment mehr an. In einem Winkelbereich 14 zwischen
0° und dem Nulldurchgang der Kennlinie 12 bleibt
die Kupplung somit vollständig geöffnet, es findet
keine Momentenübertragung statt. Bei Überschreiten
des Nulldurchgangs der Kennlinie 12 wird das angesteuerte
Kupplungsmoment wesentlich schneller erhöht, als im Normalbetrieb.
Mit anderen Worten wird die Kupplung aggressiver zugestellt und schneller
geschlossen, so dass die Verweildauer der Kupplung in einem Schlupfbereich,
in welchem aufgrund der Reibung innerhalb der Kupplung die thermische
Belastung erhöht wird, bei Überschreiten des Temperaturgrenzwertes
verkürzt, der vollständig geschlossene Kupplungszustand
der Kupplung wird schneller erreicht.
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Durch
die kürzere Verweildauer im Schlupfbetrieb wird somit die
thermische Belastung der Kupplung verringert, so dass sich diese
wieder abkühlen kann und ein Verglasen der Kupplungsbeläge vermieden
wird. Gleichzeitig wird dem Fahrer durch das aggressivere Zustellverhalten
gemäß der Kennlinie 12 unmittelbar verdeutlicht,
dass eine Überhitzung der Kupplung droht. Der Fahrer kann
sein Fahrverhalten dementsprechend anpassen. Zusätzlich
ist es selbstverständlich möglich, dem Fahrer
eine weitere optische oder akustische Rückmeldung zu geben,
die ihn auf das Problem mit der Kupplung hinweist. Die steilere
Kennlinie 12 führt zwar zu Einschränkungen
beim Fahrkomfort, vermeidet jedoch einen Totalausfall des Fahrzeugs
bei Kupplungsüberhitzung, so dass der Fahrbetrieb weitergeführt
werden kann. Im Bereich 14 vor dem Nulldurchgang der Kennlinie 12 kann
beim Anfahren am Hang ein Zurückrollen des Fahrzeugs durch
einen zusätzlichen Eingriff der Bremsensteuerung vermieden
werden.
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Wie
in 2 dargestellt, kann das Verfahren auch Anwendung
bei rein mechanischen, fußkraftbetätigten Kupplungen
finden. 2 zeigt die Kennlinie zwischen Kupplungsweg und übertragbarem
Kupplungsmoment. Im Normalbetrieb steht zwischen Kupplungsweg und übertragbarem
Moment der durch die Kennlinie 16 dargestellte Zusammenhang. Bei
erhöhter Temperatur folgt die Kupplung dagegen der Kennlinie 18.
Die Kupplung wird also bei Überschreiten eines Schwellenwertes
für die Temperatur der Kupplungsbeläge oder Kupplungsglocke
schneller geöffnet, beziehungsweise später geschlossen. Der Übergang
zwischen dem Kupplungszustand und Entkupplungszustand folgt also
einem steileren Zeitverlauf, wodurch auch hier die Verweildauer
der Kupplung im Schlupfzustand verringert wird, so dass die thermische
Belastung der Kupplungsbeläge minimiert wird. Dies kann
im Falle einer fußkraftbetätigten Kupplung auf
verschiedene Arten realisiert werden.
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3 zeigt
schematisch den Aufbau einer Kupplungsscheibe 19 für
eine derartige Kupplung. Auf einer Kupplungsträgerplatte 20 sind
die Kupplungsbeläge 22 angeordnet, welche über
eine elastische Zwischenschicht 24 mit der Kupplungsträgerplatte 20 verbunden
sind. Um die in 2 gezeigte Veränderung
der Kennlinie der Kupplung erzielen zu können, wird das
Material der elastischen Zwischenschicht 22 so gewählt,
dass sich die Federrate der elastischen Zwischenschicht 24 temperaturabhängig ändert
oder mit steigender Temperatur die Stärke der Schicht abnimmt,
so dass sich ein früherer Schleifpunkt der Kupplung ergibt.
Hierdurch wird der in 2 dargestellte kürzere
Zustellweg der Kupplung erzielt, so dass die gewünschte
verkürzte Verweildauer im Schlupfzustand erreicht wird.
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Zusätzlich
oder alternativ kann auch die äußere Kupplungsaktuatorik
temperaturabhängig ihre Eigenschaften ändern.
Wie in 4 gezeigt, ist die Kupplungsscheibe 19,
die in 3 im Detail dargestellt ist zwischen einem Schwungrad 26 und
einer Kupplungsdruckplatte 28 angeordnet. Die Kupplungsdruckplatte 28 wird über
einen Ausrückhebel 30 bedient, welcher über
eine Feder 32 mit der Druckplatte verbunden ist. Auch hier
kann das Material des Ausrückhebels 30 oder der
Feder 32 der Kupplungsdruckplatte 28 so gewählt
werden, dass sich ihre Federrate temperaturabhängig ändert.
Insbesondere ist es wünschenswert, eine Versteifung der
Feder 32 mit steigender Temperatur zu erzielen. Auch eine
Ausdehnung der Feder 32 beziehungsweise des Ausrückhebels 30 durch
Verwendung von bimetallartigen Materialien, welche temperaturabhängig
ihre Form ändern, ist möglich. Auch hier erhält
der Fahrer unmittelbar spürbare Rückmeldungen über
den momentanen Zustand der Kupplung, welche durch zusätzliche
optische oder akustische Signale ergänzt werden können.
Gegebenenfalls kann eine Motorsteuerung zusätzliche Eingriffe
in die Momentenabgabe des Motors bewirken, um so die Belastung der Kupplungsbeläge 22 weiter
zu senken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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