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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung zum Anfahren eines Kraftfahrzeuges, mit einem Eingangsglied, das eine Mehrzahl von Eingangslamellen aufweist, und einem Ausgangsglied, das eine Mehrzahl von Ausgangslamellen aufweist, wobei die Eingangslamellen und die Ausgangslamellen ein Lamellenpaket bilden, das mittels einer Andruckkraft zusammengedrückt werden kann, um ein Antriebsmoment von dem Eingangsglied zu dem Ausgangsglied zu übertragen, wobei zwischen den Lamellen Rückstellfedern angeordnet sind.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern einer solchen Kupplungsanordnung.
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Derartige Kupplungsanordnungen werden auch als Lamellenkupplungen bezeichnet. Diese Kupplungsanordnungen sind generell dazu ausgelegt, auch in einem schlupfenden Zustand ein Drehmoment zu übertragen, und eignen sich daher beispielsweise als Anfahrkupplungen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen.
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Aus dem Dokument
EP 1 630 441 B1 ist eine solche Lamellenkupplung in Form einer nasslaufenden Doppelkupplungsgetriebe-Kupplung bekannt, bei der Tellerfedern zwischen den Lamellen am Innendurchmesser des Lamellenpaketes angeordnet sind. Hierdurch soll es möglich sein, dass sich die einzelnen Lamellen im unbelasteten Zustand voneinander lösen, so dass Schleppmomente vermieden werden.
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Bei Kupplungsanordnungen dieser Art kann es insbesondere beim Anfahren eines Kraftfahrzeuges zu Drehmomentungleichförmigkeiten kommen. Diese werden vom Fahrer des Kraftfahrzeuges als unkomfortabel empfunden. Bei einem relativ torsionssteifen Antriebsstrang tritt generell beim Anfahren dieses Problem besonders hervor.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Kupplungsanordnung sowie ein verbessertes Verfahren zu deren Ansteuerung anzugeben, wobei sich Drehmomentungleichförmigkeiten verringern lassen.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Kupplungsanordnung dadurch gelöst, dass zumindest zwei der Rückstellfedern unterschiedliche Federkonstanten aufweisen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zunächst ein Kupplungsaktuator zum Erzeugen der Andruckkraft unter Berücksichtigung einer ersten Federkonstanten von wenigstens einer der Rückstellfedern angesteuert wird, und anschließend der Kupplungsaktuator zum Erzeugen der Andruckkraft unter Berücksichtigung einer zweiten Federkonstanten von wenigstens einer der Rückstellfedern angesteuert wird, wobei sich die erste Federkonstante von der zweiten Federkonstante unterscheidet.
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Die Drehmomentungleichförmigkeiten, die im Stand der Technik auftreten, können insbesondere durch Toleranzen in den geometrischen Abmessungen der einzelnen, im Drehmomentfluss stehenden Bauteile hervorgerufen werden. Derartige geometrische Abweichungen ergeben sich aufgrund der Fertigungstoleranzen und lassen sich fertigungstechnisch nur mit sehr hohem Aufwand reduzieren.
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Durch die Maßnahme, dass zumindest zwei der Rückstellfedern unterschiedliche Federkonstanten aufweisen, ergibt sich beim Zusammendrücken des Lamellenpaketes ein stufenweises Anlegen einzelner Lamellenpaarungen. Mit anderen Worten wird das Lamellenpaket axial variabler gemacht, um die Drehmomentungleichförmigkeiten zu verringern.
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Die Verwendung von Rückstellfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten ist fertigungstechnisch einfach zu realisieren. Zudem ist auch der Montageaufwand in der Regel nicht höher als beim Einbau von Rückstellfedern mit identischen Federkonstanten.
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Somit kann vermieden werden, dass die einzelnen, drehmomentübertragenden Bauteile, wie insbesondere die Lamellen, zum Ausgleich von deren Toleranzen der geometrischen Abmessungen gerichtet verbaut werden (also entsprechend ihrer jeweiligen tatsächlichen Abmessungen gepaart werden), was einen erhöhten Montageaufwand mit sich bringen würde. Zudem ist das Eingrenzen der fertigungstechnischen Toleranzen für das Herstellen der Lamellen nicht unbedingt notwendig.
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Die Anordnung der Rückstellfedern zwischen Lamellen erfolgt nach der Art einer Reihenschaltung. Durch die unterschiedlichen Federkonstanten bzw. Federsteifigkeiten ergibt sich ein versetztes, insbesondere zeitversetztes, Überwinden des jeweiligen Spiels (Lüftspiels) zwischen den Lamellen. Hierdurch können sich die bereits drehmomentübertragenden Lamellen axial teilweise noch leicht bewegen, wodurch die Toleranzen der geometrischen Abmessungen der Lamellen ausgeglichen werden können.
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In vorhandene Kupplungsanordnungen kann eine solche Variation der Federkonstanten nahezu bauraumneutral implementiert werden. Die Federkonstante der relativ zu den anderen Rückstellfedern härteren Rückstellfeder kann gezielt auf den Anwendungsfall eingestellt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die unterschiedlichen Federkonstanten steuerungstechnisch berücksichtigt, indem die Ansteuerung zunächst auf Rückstellfedern mit einer ersten Federkonstanten abstellt, und anschließend auf eine Ansteuerung unter Berücksichtigung einer anderen Federkonstante, insbesondere einer größeren Federkonstante (einer härteren Rückstellfeder).
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Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung ist es von besonderem Vorteil, wenn die in Richtung der Andruckkraft als letztes angeordnete Rückstellfeder eine größere Federkonstante aufweist als die anderen Rückstellfedern.
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Hierdurch ist es möglich, dass die Lamellenpaarung, die die letzte Rückstellfeder umgibt, erst später in den Drehmomentfluss einbezogen wird als die in Antriebskraft weiter vorne angeordneten Lamellenpaarungen (zwischen denen ”weichere” Rückstellfedern angeordnet sind). Hierdurch kann zumindest eine der Lamellen der ”letzten” Lamellenpaarung bei einem schlupfenden Schließen der Kupplungsanordnung relativ lange axiale Ausweichbewegungen vollziehen, die beispielsweise aufgrund von Toleranzen der geometrischen Abmessungen der Lamellen sinnvoll sind, um Drehmomentungleichförmigkeiten zu vermeiden.
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Generell ist es bei dieser Ausführungsform möglich, dass nur eine der Mehrzahl von Rückstellfedern eine andere Federkonstante aufweist als die anderen. In diesem Fall ergibt sich als Kupplungskennlinie von übertragenem Drehmoment zu Andruckkraft anstelle einer durchgehend linearen Kennlinie eine zweistufige lineare Kennlinie, deren zwei Stufen unterschiedliche Steigungen aufweisen.
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Es ist jedoch auch möglich, dass alle Rückstellfedern unterschiedliche Federkonstanten aufweisen. In diesem Fall kann sich die Kupplungskennlinie einer Parabelform annähern.
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Von besonderem Vorzug ist es, wenn die Federkonstanten der Rückstellfedern in Richtung der Andruckkraft ansteigen. Hierbei hat diejenige Rückstellfeder, an dem Ort, an dem die Andruckkraft angreift, die kleinste Federkonstante, und die am weitesten von diesem Punkt entfernte Rückstellfeder hat die größte Federkonstante.
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Ferner ist es möglich, die Kupplungsanordnung als trockene Lamellenkupplung zu realisieren.
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Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Kupplungsanordnung eine fluidgekühlte, insbesondere ölgekühlte Lamellenkupplung ist.
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Mit einer solchen Art von Lamellenkupplung lassen sich vergleichsweise hohe Antriebsmomente übertragen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es von besonderem Vorzug, wenn der Übergang von dem ersten Ansteuern zu dem zweiten Ansteuern in Abhängigkeit von der Andruckkraft erfolgt.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Ansteuerung der Kupplungsanordnung in Abhängigkeit beispielsweise von dem Überschreiten einer bestimmten Andruckkraftschwelle umgeschaltet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Übergang von dem ersten Ansteuern zu dem zweiten Ansteuern in Abhängigkeit von dem Weg des Kupplungsaktuators.
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Generell ist es auch möglich, den Übergang alternativ oder zusätzlich zeitgesteuert durchzuführen.
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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 der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung;
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2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung;
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3 eine Kupplungskennlinie einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung;
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4 eine schematische Längsschnittansicht durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung; und
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5 eine weitere Kupplungskennlinie einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung.
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In 1 ist in schematischer Form ein Kraftfahrzeug 10, beispielsweise in Form eines Personenkraftwagens, dargestellt. Der Personenkraftwagen 10 weist einen Antriebsstrang 11 auf.
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Der Antriebsstrang 11 beinhaltet einen Antriebsmotor 12, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor oder einen Hybrid-Antriebsmotor. Ferner weist der Antriebsstrang eine Kupplungsanordnung 14 sowie ein Stufengetriebe 16 auf. Die Kupplungsanordnung 14 ist zwischen dem Antriebsmotor 12 und dem Stufengetriebe 16 angeordnet. Am Ausgang des Stufengetriebes 16 ist ein Differential 18 angeschlossen, das ein Antriebsmoment auf angetriebene Räder 20L, 20R verteilt.
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Der Antriebsstrang 11 ist ein automatisierter Antriebsstrang, bei dem die Kupplungsanordnung 14 automatisiert mittels eines Kupplungsaktuators 22 betätigt wird. In entsprechender Weise wird das Stufengetriebe 16 mittels eines Getriebeaktuators 24 automatisiert betätigt. Der Kupplungsaktuator 22 und der Getriebeaktuator 24 können hydraulische, elektrohydraulische oder elektromotorische Aktuatoren sein.
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Die Aktuatoren 22, 24 werden von einer übergeordneten Steuereinrichtung 26 angesteuert.
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Die Kupplungsanordnung 14 ist dabei als fluidgekühlte Lamellenkupplung ausgebildet, wobei zwischen den Lamellen Rückstellfedern angeordnet sind und wobei zumindest zwei der Rückstellfedern unterschiedliche Federkonstanten aufweisen.
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Dies ist in 1 nicht näher dargestellt, lässt sich jedoch anhand der in 2 beispielhaft dargestellten Ausführungsform zeigen.
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In 2 ist eine Kupplungsanordnung 14 gezeigt, die ein Eingangsglied 30 aufweist. Das Eingangsglied 30 beinhaltet einen Wellenabschnitt 32, der beispielsweise mit einer Antriebswelle des Antriebsmotors 12 verbunden ist. Ferner beinhaltet das Eingangsglied 30 einen Außenlamellenträger 34, an dem eine Mehrzahl von Eingangslamellen 36 axial verschieblich gelagert ist.
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Die Kupplungsanordnung 14 beinhaltet ferner ein Ausgangsglied 38. Das Ausgangsglied 38 weist einen Wellenabschnitt 40 auf, der beispielsweise mit einer Eingangswelle des Stufengetriebes 16 verbunden werden kann. Ferner beinhaltet das Ausgangsglied 38 einen Innenlamellenträger 42, an dem eine Mehrzahl von Ausgangslamellen 44 axial verschieblich gelagert sind.
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Zwischen den Lamellen 36, 44 sind Rückstellfedern 48 angeordnet. Bei den Rückstellfedern 48 kann es sich um Wellfedern, Tellerfedern oder dergleichen handeln.
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Auf das durch die Eingangslamellen 36 und die Ausgangslamellen 44 gebildete Lamellenpaket wirkt eine Andruckkraft F.
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Die vom Ansatzpunkt der Andruckkraft F am weitesten entfernte Rückstellfeder 48d weist eine höhere Federkonstante auf als die anderen Rückstellfedern 48 des Lamellenpaketes.
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Die anderen Rückstellfedern 48 können dabei jeweils identische Federkonstanten aufweisen, können jedoch auch sukzessive vom Ansatzpunkt der Andruckkraft F aus ansteigende Federkonstanten aufweisen. Beispielsweise ist die Federkonstante der Rückstellfeder 48b größer als jene der Rückstellfeder 48a, und kleiner als jene der Rückstellfeder 48c.
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Durch die unterschiedlichen Federkonstanten ergibt sich beim Zusammendrücken des Lamellenpaketes ein stufenweises Anlegen von einzelnen Lamellenpaarungen, so dass das Lamellenpaket insgesamt axial weicher gemacht wird, wodurch Drehmomentungleichförmigkeiten im Schlupfbetrieb ausgeglichen werden können.
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Sofern alle Rückstellfedern 48a bis 48d unterschiedliche Federkonstanten aufweisen, kann sich eine mehrstufige, vorliegend vierstufige, Kupplungskennlinie ergeben. Sofern die Federkonstanten der ersten Rückstellfedern 48a bis 48c identisch sind und nur die Rückstellfeder 48d eine höhere Federkonstante aufweist, ergibt sich eine im Wesentlichen zweistufige Kupplungskennlinie. Generell kann die Rückstellfeder mit der höchsten Federkonstanten beispielsweise am Rand oder in der Mitte des Gesamtfederpaketes angeordnet sein.
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In 2 ist bei 50 ferner gezeigt, dass die Kupplungsanordnung 14 mittels eines Fluids gekühlt werden kann, um die während eines Schlupfbetriebes auftretende Reibungswärme abführen zu können. Die Fluidzufuhr 50 erfolgt dabei in der Regel von radial innen nach radial außen, wie es in 2 durch Pfeile angedeutet ist.
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3 zeigt eine Kupplungskennlinie 60, in der das übertragene Drehmoment M über der Andruckkraft F aufgetragen ist.
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Für die Kupplungsanordnung 14 der 2 mit vier Rückstellfedern 48 ergibt sich dann, wenn deren Federkonstanten jeweils unterschiedlich sind, und zwar ausgehend von dem Ansatzpunkt der Andruckkraft F aus ansteigen, eine Kupplungskennlinie 62, die aus vier einzelnen linearen Segmenten 62a, 62b, 62c, 62d besteht und sich einer Parabelform annähert.
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In 3 ist bei 64 ferner eine lineare Kupplungskennlinie einer herkömmlichen Kupplungsanordnung gezeigt, bei der die Rückstellfedern 48 sämtlich identische Federkonstanten aufweisen.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung 14, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Kupplungsanordnung der 2 entspricht. Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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Bei der Ausführungsform der 4 weist die Kupplungsanordnung 14 ausgehend von dem Punkt der Andruckkraft F zunächst zwei relativ weiche Rückstellfedern 48a mit niedrigen Federkonstanten auf. Die von dem Ansatzpunkt der Andruckkraft F am weitesten entfernt liegende Rückstellfeder 48b weist hingegen eine höhere Federkonstante auf.
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5 zeigt bei 62 eine sich hieraus ergebende Kupplungskennlinie, die in zwei lineare Abschnitte 62a, 62b unterteilt ist. Bei 64 ist wieder als Referenz eine Kupplungskennlinie des Standes der Technik dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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