DE102010048875A1

DE102010048875A1 - Kupplung und Verfahren zum Betrieb einer Kupplung

Info

Publication number: DE102010048875A1
Application number: DE201010048875
Authority: DE
Inventors: Frank Stengel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-04-19

Abstract

Ein Kupplungssystem, insbesondere Doppelkupplungssystem, zum Kuppeln einer Eingangswelle mit mindestens einer Ausgangswelle weist ein Steuergerät zum Betrieb der Kupplung auf. Mit dem Steuergerät ist ein Füllstandssensor zur Detektion eines Wasserfülltands innerhalb der Kupplung verbunden, wobei das Steuergerät derart ausgestaltet ist, dass in Abhängigkeit eines detektierten Wasserfüllstandes innerhalb der Kupplung die Betriebsweise der Kupplung zwischen einen Normalbetrieb und einem Notlaufbetrieb wechselbar ist. Durch den Wechsel der Betriebsstrategie der Kupplung mit Hilfe des Steuergeräts kann bei einem Wassereintritt in die Kupplung durch eine kostengünstige Maßnahme eine Beschädigung von Bauteilkomponenten zu vermieden werden, indem beispielsweise gefährdete Bauteilkomponenten zeitweise deaktiviert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem, insbesondere eine Doppelkupplung mit elektromechanischer Betätigungsaktorik, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Systems, mit deren Hilfe eine Eingangswelle, insbesondere eine Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors, mit mindestens einer Ausgangswelle, insbesondere Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, gekoppelt werden kann.
Um Verfügbarkeit und Funktionalität von Kraftfahrzeugen zu erhöhen, sollen Kraftfahrzeuge derart konzipiert sein, dass auch Wasserdurchfahrten und Stillstandsphasen in einem stehenden Gewässer mit einer Tiefe von ca. 20–50 cm möglich sind, ohne dass Kraftfahrzeugkomponenten, wie beispielsweise eine Kupplung, ausfallen. Es wurde festgestellt, das bei derartigen Fahrsituationen bei bekannten Systemen Wasser in die Kupplungsglocke eintreten kann und dort stehen bleibt oder nur langsam wieder abfließt, so dass Systemausfälle beispielsweise durch eine Beschädigung der Aktorik der Kupplung auftreten können. Um einen derartigen Systemausfall zu vermeiden, sind aufwendige Abdichtmaßnahmen erforderlich, um mit Hilfe zusätzlicher Bleche die Kupplung und deren Betätigungssystem vor einem Wassereintritt zu schützen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Kupplungssystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Kupplungssystems zu schaffen, mit deren Hilfe ein Funktionsausfall durch Wassereintritt kostengünstig vermieden werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Kupplungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Kupplungssystem, insbesondere Doppelkupplung mit elektromechanischer Betätigungsaktorik, zum Kuppeln einer Eingangswelle mit mindestens einer Ausgangswelle weist ein Steuergerät zum Betrieb der Kupplung auf. Mit dem Steuergerät ist ein Füllstandssensor zur Detektion eines Wasserfüllstands innerhalb der Kupplung verbunden. Das Steuergerät ist derart ausgestaltet, dass in Abhängigkeit eines detektierten Wasserfüllstands innerhalb der Kupplungsglocke die Betriebsweise des Kupplungssystems zwischen einem Normalbetrieb und einem Notlaufbetrieb wechselbar ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Kupplungssystem wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass ein Wassereintritt in die Kupplungsglocke in der sich das Kupplungssystem befindet nicht sofort zu einer Funktionsstörung bzw. -ausfall führt, sondern erst, wenn der Wasserfüllstand innerhalb der Kupplung so hoch ist, dass durch Wasser beschädigbare Funktionsteile erreicht werden. Insbesondere bei einer kurzzeitigen Wasserdurchfahrt kann es vorkommen, dass auch bei einer höheren Wassertiefe die Durchfahrtszeit nicht ausreicht, um einen hinreichend hohen Wasserfüllstand innerhalb der Kupplung zu erzeugen. Kritisch ist insbesondere die Fahrsituation wenn der Fahrer bei hohem Wasserstand das Auto zum Stillstand bringt (mit oder ohne Motor aus). Mit Hilfe des Füllstandssensors kann die Gefahr eines möglichen Systemausfalls rechtzeitig ermittelt werden, ohne dass umfangreiche gegebenenfalls unnötige konstruktive Maßnahmen zur zusätzlichen Abdichtung der Kupplung erforderlich sind. Durch das Steuergerät ist es möglich bei der Überschreitung eines definierten maximalen Wasserfüllstands innerhalb der Kupplungsglocke die Betriebsweise des Kupplungssystems zu ändern und von einem üblichen Normalbetrieb in einen speziell für Wassereintritt ausgelegten Notlaufbetrieb zu wechseln. Beispielsweise kann das Steuergerät gefährdete Funktionsbauteile (z. B. Teile der Betätigungsaktorik) in einen Betriebszustand bringen, der eine geringere Gefährdung bei einem Kontakt mit Wasser ermöglicht. Insbesondere kann das Steuergerät einzelne Funktionsbauteile der Kupplung abschalten und außer Betrieb nehmen, um beispielsweise ein Ansaugen von Wasser in das Funktionsbauteil zu vermeiden. Hierbei wird insbesondere die Erkenntnis ausgenutzt, dass bei einer Doppelkupplung ein eingeschränkter Betrieb des Kraftfahrzeugs selbst dann noch möglich ist, wenn eine der Kupplungen der Doppelkupplung abgeschaltet und zeitweise nicht betrieben wird.
Insbesondere ist durch das Steuergerät im Notlaufbetrieb mindestens eine Bauteilkomponente mit einem Entlüftungsloch unterhalb des Wasserfüllstands zur Vermeidung eines Ansaugens von Wasser über das Entlüftungsloch deaktiviert. Bei einem Kupplungssystem, insbesondere elektromechanisches Kupplungsbetätigungssystem, können Bauteilkomponenten verwendet werden, die zu einem Druckausgleich mit einem Entlüftungsloch versehen sind. Insbesondere bei einer Bewegung dieser Bauteilkomponente in einer Weise, dass innerhalb der Bauteilkomponente ein Unterdruck entsteht, kann es bei einem entsprechend hohen Wasserfüllstand innerhalb der Kupplung vorkommen, dass über das Entlüftungsloch Wasser in das Innere der Bauteilkomponente angesaugt wird. Hierbei kann es vorkommen, dass das Wasser die Bauteilkomponente nur sehr langsam wieder verlassen kann, so dass beispielsweise durch Leckageströme das Wasser an elektronische Bauteile gelangen kann und beispielsweise über die Verursachung eines Kurzschlusses ein Bauteilversagen auslöst. Neben kurzfristigen Ausfallerscheinungen können auch Langzeitbeeinträchtigungen z. B. durch entstehende Korrosion erfolgen, die mittelfristig eine reduzierte Dynamik des Kupplungssystems zur Folge haben können. Mit Hilfe des Füllstandssensors kann das Steuergerät detektieren, ob das Entlüftungsloch einer bestimmten Bauteilkomponente unterhalb des Wasserfüllstands innerhalb der Kupplung gelangen kann. In diesem Fall kann das Steuergerät die entsprechende Bauteilkomponente deaktivieren, so dass beispielsweise ein mitbewegtes Entlüftungsloch nicht unterhalb eines geforderten maximalen Wasserfüllstandes gelangen kann. Ferner ist es möglich, dass die Bauteilkomponente mit ihrem Entlüftungsloch zwar unterhalb des Wasserfüllstands liegt, aber das Wasser in diesem Betriebszustand nicht in die Bauteilkomponente eindringen kann, so dass das Entlüftungsloch beispielsweise durch ein anderes Bauteil geschlossen ist. In diesem Fall wird durch die Deaktivierung erreicht, dass das Entlüftungsloch nicht geöffnet wird und durch ein Ansaugen Wasser in die Bauteilkomponente eindringen kann. Ferner kann das Steuergerät die Bauteilkomponente in einem Zustand deaktivieren, in dem bei einer nachfolgenden Aktivierung der Bauteilkomponente bei einem hinreichend gesunkenen Wasserfüllstand die nächste Bewegung der Bauteilkomponente zu einem Herausdrücken von in Bauteilkomponente eingedrungenes Wasser führt. Die durch eingedrungenes Wasser in die Bauteilkomponente mögliche Gefahr einer Beschädigung der Bauteilkomponente kann dadurch zumindest reduziert werden.
Vorzugsweise ist ein Aktor zur Betätigung einer Anpressplatte der Kupplung vorgesehen, wobei der Aktor einen mit einem Entlüftungsloch verbundenen Faltenbalg zur Bereitstellung einer Linearbewegung aufweist. Der Aktor kann insbesondere elektrisch betrieben sein, um beispielsweise über ein Hebelsystem die Anpressplatte zu schließen, indem die Anpressplatte der Kupplung gegen eine Kupplungsscheibe gedrückt wird. Ein derartiger Aktor kann einfach aufgebaut und kostengünstig hergestellt werden. Aufgrund des Füllstandssensors und des Steuergerätes ist es möglich bei der Kupplung einen derartigen Aktor mit Faltenbalg und Entlüftungsloch vorzusehen, ohne dass im Notlaufbetrieb eine hinreichende Menge Wasser in den Faltenbalg eintreten kann, um eine Antriebselektronik des Aktors zu beschädigen. Besonders bevorzugt ist mindestens ein Aktor in Schwerkraftrichtung oberhalb eines definierten maximalen Wasserfüllstandes angeordnet, so dass im Notlaufbetrieb zumindest ein Aktor zur Betätigung einer entsprechenden Kupplung betriebsbereit bleibt.
Besonders bevorzugt sind mindestens zwei Aktoren jeweils für eine zugehörige Anpressplatte vorgesehen, wobei ein erster Aktor in Schwerkraftrichtung höher als der zweite Aktor angeordnet ist, wobei das Steuergerät im Notlaufbetrieb den zweiten Aktor deaktiviert und den ersten Aktor weiter betreibt. Der erste Aktor ist insbesondere in Schwerkraftrichtung so hoch angeordnet, dass ein Entlüftungsloch des Aktors oberhalb eines definierten maximalen Wasserfüllstands angeordnet ist. Insbesondere ist es möglich den zweiten Aktor ganz oder teilweise unterhalb des definierten maximalen Wasserfüllstands anzuordnen, so dass das mit dem Faltenbalg kommunizierende Entlüftungsloch des zweiten Aktors auch unterhalb des maximalen Wasserfüllstandes gelangen kann. Durch das Abschalten des zweiten Aktors in Notlaufbetrieb kann eine Beschädigung des zweiten Aktors vermieden werden, während mit Hilfe des ersten Aktors immer noch zumindest eine Getriebeeingangswelle gekuppelt werden kann.
Besonders bevorzugt ist mit Hilfe des ersten Aktors ein Rückwärtsgang eines Kraftfahrzeuggetriebes schaltbar. Insbesondere bei einer Doppelkupplung kann der erste Aktor eine Getriebeeingangswelle kuppeln, über die der Rückwärtsgang und ein zweiter Gang geschaltet werden kann. Wenn der Fahrer eines Kraftfahrzeugs unbeabsichtigt in ein tieferes Gewässer fährt, ist es im Notlaufbetrieb der Kupplung für den Fahrer immer noch möglich mit Hilfe des Rückwärtsgangs rückwärts aus dem Gewässer herauszufahren und mit Hilfe des zweiten Gangs vorwärts aus dem Gewässer zu herauszufahren. Die Manövrierfähigkeit des Kraftfahrzeugs wird dadurch im Notlaufbetrieb nicht eingeschränkt.
Insbesondere ist der Aktor mit einem Betätigungshebel zum Bewegen der Anpressplatte verbunden. Der Aktor kann mit Hilfe des Betätigungshebels über ein Hebelsystem die Anpressplatte in einer axialen Richtung bewegen, während der Aktor eine im Wesentlichen radial ausgerichtete Radialbewegung ausüben kann. Dies ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau der Kupplung, der zu einem geringen Bauraumbedarf in axialer Richtung führt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Kupplungssystems, insbesondere Doppelkupplungssystems, wobei die Kupplung u. die entsprechende Betätigungsaktorik insbesondere wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Bei dem Verfahren erfolgt ein Messen eins Wasserfüllstandes innerhalb der Kupplung und in dem Fall, dass ein definierter maximaler Wasserfüllstand überschritten wird, ein Einleiten eines Notlaufbetriebs, bei dem mindestens eine Bauteilkomponente mit einem Entlüftungsloch unterhalb des Wasserfüllstands zur Vermeidung eines Ansaugens von Wasser über das Entlüftungsloch deaktiviert wird. Dies ermöglicht es durch eine kostengünstige Maßnahme eine Beschädigung von Bauteilkomponenten der Kupplung durch Wassereintritt zu verhindern, wobei aufwändige Abdichtungsmaßnahmen nicht erforderlich sind.
Insbesondere sind zwei jeweils ein Entlüftungsloch aufweisende Aktoren jeweils für eine zugehörige Anpressplatte der Kupplung vorgesehen, wobei ein erster Aktor in Schwerkraftrichtung höher als der zweite Aktor angeordnet ist, wobei im Notlaufbetrieb der zweite Aktor deaktiviert wird und der erste Aktor weiter betrieben wird. Insbesondere bei einer Doppelkupplung ist es möglich mit Hilfe des ersten Aktors nur eine der Ausgangswellen zu betreiben, während die mit Hilfe des zweiten Aktors kuppelbare zweite Ausgangswelle nicht betrieben wird.
Vorzugweise werden die Aktoren mit Hilfe eines Elektromotors betrieben. Da erforderlichenfalls ein Aktor von dem Steuergerät deaktiviert werden kann und ein signifikanter Wassereintritt in den Aktor vermieden werden kann, ist es möglich den Aktor mit Hilfe eines Elektromotors zu betreiben. Durch die Betriebsweise des Kupplungssystems im Notlaufbetrieb wird der Elektromotor ausreichend durch eine Beschädigung durch Wassereintritt geschützt, so dass komplizierte Kraftübertragungssysteme oder alternative Antriebstechniken nicht erforderlich sind.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert. Es zeigen:
1: eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kupplungssystems,
2: eine schematische perspektivische Ansicht eines Aktors für die in 1 dargestellte Kupplung in einem eingefahrenen Zustand (Kupplung offen) und
3: eine schematische perspektivische Ansicht des Aktors aus 2 in einem ausgefahrenen Zustand (Kupplung geschlossen)
Das in 1 dargestellte Kupplungssystem 10 ist als Doppelkupplung ausgestaltet und weist einen ersten Aktor 12 und einen zweiten Aktor 14 auf, die in einem Kupplungsgehäuse 16 geführt sind und jeweils eine Eingangswelle, insbesondere eine Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors, mit jeweils einer Ausgangswelle, insbesondere eine Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, koppeln können. Innerhalb des Kupplungsgehäuses 16 weist die Kupplung 10 einen Füllstandssensor in Form eines Schwimmers 18 auf, der mit einem Steuergerät 20 gekoppelt ist. Beispielsweise kann der Schwimmer 18 mit einem nicht angestellten Schwimmerhebel verbunden sein, der ein einem Wasserfüllstand 22 innerhalb des Kupplungsgehäuses 18 entsprechendes elektrisches Signal für das Steuergerät 20 erzeugt. Die Abhängigkeit des von dem Füllstandssensor erzeugten Signals über den Wasserfüllstand 22 innerhalb des Getriebegehäuses 18 kann das Steuergerät 20 den ersten Aktor 12 und den zweiten Aktor 14 betreiben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Aktor 12 in Schwerkraftrichtung deutlich oberhalb zum zweiten Aktor 14 angeordnet. Der zweite Aktror 14 kann derart im Wesentlichen radial bewegt werden, dass ein Entlüftungsloch 24 des Aktors 14 zwischen einer ersten radialen Position A und einer zweiten radialen Position B bewegt wird, wobei in der radialen Position B das Entlüftungsloch 24 insbesondere bei einer Schrägstellung des Kraftfahrzeugs unterhalb des maximalen Wasserstands 22 gelangen kann. In dem Fall, dass der Wasserfüllstand 22 so hoch ist, dass über das Entlüftungsloch 24 Wasser in den zweiten Aktor 14 eindringen kann, kann das Steuergerät 20 den zweiten Aktor 14 deaktivieren, so dass in einem Notlaufbetrieb nur mit Hilfe des Aktors 12 die Kupplung 10 betrieben wird. Der erste Aktor 12 und der zweite Aktor 14 sind im Wesentlichen radial ausgerichtet, um über ein nicht dargestelltes Hebelsystem eine nicht dargestellte Anpressplatte zum Schließen der jeweiligen Kupplung axial zu bewegen.
Wie in 2 und 3 dargestellt kann der Aktor 12, 14 mit Hilfe eines Faltenbalgs 26 eine Linearbewegung ausüben. Über ein Anschlusselement 28 kann eine Welle eines Elektromotors angeschlossen werden, um den Aktor 12, 14 zu betätigen. Das Anschlusselement 28 kann insbesondere mit dem Inneren des Faltenbalgs 26 kommunizieren. Zum Druckausgleich des Drucks innerhalb des Faltenbalgs 26 ist der Faltenbalg 26 mit dem Entlüftungsloch 24 verbunden. Durch die Betriebsweise der Kupplung 10 im Notlaufbetrieb mit Hilfe des Steuergerätes 20 kann vermieden werden, dass über das Entlüftungsloch 24 beim Ausfahren des Aktors 12, 14 von dem in 2 dargestellten Zustand in den in 3 dargestellten Zustand über das Entlüftungsloch 24 Wasser in das Innere des Faltenbalgs 26 angesaugt wird und über das Anschlusselement 28 die Elektronik des Elektromotors beschädigen werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Kupplung
12: Erster Aktor
14: Zweiter Aktor
16: Kupplungsgehäuse
18: Schwimmer
20: Steuergerät
22: Wasserfüllstand
24: Entlüftungsloch
26: Faltenbalg
28: Anschlusselement
A: erste radiale Position
B: zweite radiale Position

Claims

Kupplungssystem, insbesondere Doppelkupplungssystem mit Betätigungsaktorik, zum Kuppeln einer Eingangswelle mit mindestens einer Ausgangswelle, mit einem Steuergerät (20) zum Betrieb der Kupplung, einem mit dem Steuergerät (20) verbundenem Füllstandssensor (18) zur Detektion eines Wasserfüllstands (22) innerhalb der Kupplung (10), wobei das Steuergerät (20) derart ausgestaltet ist, dass in Abhängigkeit eines detektierten Wasserfüllstands innerhalb der Kupplung (10) die Betriebsweise der Kupplung (10) zwischen einem Normalbetrieb und einem Notlaufbetrieb wechselbar ist.
Kupplungssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuergerät (20) im Notlaufbetrieb mindestens eine Bauteilkomponente (12, 14) mit einem Entlüftungsloch (24) unterhalb des Wasserfüllstands (22) zur Vermeidung eines Ansaugens von Wasser über das Entlüftungsloch (24) deaktiviert ist.
Kupplungssystem Nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktor (12, 14) zum Betätigen einer Anpressplatte der Kupplung vorgesehen ist, wobei der Aktor (12, 14) einen mit einem Entlüftungsloch (24) verbundenen Faltenbalg (26) zur Bereitstellung einer Linearbewegung aufweist.
Kupplung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Aktoren (12, 14) jeweils für eine zugehörige Anpressplatte vorgesehen sind, wobei ein erster Aktor (12) in Schwerkraftrichtung höher als der zweite Aktor (14) angeordnet ist, wobei das Steuergerät (20) im Notlaufbetrieb den zweiten Aktor (14) deaktiviert und den ersten Aktor (12) weiter betreibt.
Kupplung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des ersten Aktors (12) ein Rückwärtsgang eines Kraftfahrzeuggetriebes schaltbar ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12, 14) mit einem Elektromotor zum Antrieb des Aktors (12, 14) verbunden ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12, 14) mit einer Betätigungsmechanik zum Bewegen der Anpressplatte verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb einer Kupplung (10), insbesondere Doppelkupplung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den Schritten Messen eines Wasserfüllstands (22) innerhalb der Kupplung (10), in dem Fall, dass ein definierter maximaler Wasserfüllstand (22) überschritten wird, ein Notlaufbetrieb eingeleitet wird, bei dem mindestens eine Bauteilkomponente (12, 14) mit einem Entlüftungsloch (24) unterhalb des Wasserfüllstands (22) zur Vermeidung eines Ansaugens von Wasser über das Entlüftungsloch (24) deaktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem mindestens zwei jeweils ein Entlüftungsloch (24) aufweisende Aktoren (12, 14) jeweils für eine zugehörige Anpressplatte der Kupplung (10) vorgesehen sind, wobei ein erster Aktor (12) in Schwerkraftrichtung höher als der zweite Aktor (14) angeordnet ist, wobei im Notlaufbetrieb der zweite Aktor (14) deaktiviert wird und der erste Aktor (12) weiter betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (12, 14) mit Hilfe eines Elektromotors betrieben werden.