DE102012218977B4

DE102012218977B4 - Hydrostatisch betätigtes Doppelkupplungssystem sowie Verfahren zu dessen Betätigung

Info

Publication number: DE102012218977B4
Application number: DE102012218977.7A
Authority: DE
Inventors: Erhard Hodrus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: DE102012218977A1

Abstract

Hydrostatisch betätigtes Doppelkupplungssystem, mit zwei hydrostatischen Strecken (11,12) zur hydrostatischen Betätigung von zwei Teilkupplungen einer Doppelkupplung, wobei den hydrostatischen Strecken (11,12) jeweils ein Druckbegrenzungsventil (15,16;25,26) zugeordnet ist, das einen Begrenzungsdruck hat, der durch elektrische Betätigung erhöht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass den Druckbegrenzungsventilen (25,26) ein gemeinsamer elektrischer Ventilaktor (32) zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisch betätigtes Doppelkupplungssystem, mit zwei hydrostatischen Strecken zur hydrostatischen Betätigung von zwei Teilkupplungen einer Doppelkupplung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystems.
DE 10 2011 108 649 A1 offenbart eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit einer Reibungskupplung und einem hydraulischen Aktuierungssystem.
DE 10 2011 085 127 A1 offenbart eine Einrichtung zur Betätigung einer Doppelkupplung und ein Verfahren zu dessen Schutz.
DE 10 2005 008 661 A1 offenbart ein hydraulisches System zur Betätigung einer Doppelkupplung sowie zur Notöffnung.
DE 10 2009 002 105 A1 offenbart eine hydraulische Getriebesteuerung
EP 2 084 421 B1 offenbart eine Aktuatoranordnung für eine Kraftfahrzeugkupplung.
Aus der internationalen Veröffentlichung WO 2007/054051 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Motorgrenzspannung bekannt, bei der ein Kupplungsaktor eines automatisierten Schaltgetriebes bewegungslos bleibt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 202 162 A1 ist eine hydraulische Einrichtung zum Betätigen einer Kupplung mit einem Elektromotor und einer hydraulischen Pumpe bekannt, wobei zum Halten der Kupplung in einer Zielposition ein Ventil vorgesehen sein kann, das eine Hydraulikstrecke zwischen der Pumpe und der Kupplung verschließt, sobald die Zielposition der Kupplung erreicht ist. Aus der deutschen Patentschrift DE 30 04 581 C2 ist eine hydrostatische Kupplung mit einer Zahnradpumpe bekannt, der zur Vermeidung von Drehmomentspitzen zumindest ein Druckbegrenzungsventil zugeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellkosten für ein hydrostatisch betätigtes Doppelkupplungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu reduzieren und/oder den Betrieb eines derartigen Doppelkupplungssystems zu vereinfachen.
Die Aufgabe ist bei einem hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystem, mit zwei hydrostatischen Strecken zur hydrostatischen Betätigung von zwei Teilkupplungen einer Doppelkupplung dadurch gelöst, dass den hydrostatischen Strecken jeweils ein Druckbegrenzungsventil zugeordnet ist, das einen Begrenzungsdruck hat, der durch elektrische Betätigung erhöht werden kann. Die Teilkupplungen des Doppelkupplungssystems werden vorzugsweise direkt über die hydrostatischen Strecken betätigt. Zu diesem Zweck kann ein Kolben eines Geberzylinders elektromotorisch verstellt werden. Ein Nehmerzylinder wird über eine der hydrostatischen Strecken betätigt. Ein Kolben des Nehmerzylinders wirkt dabei vorzugsweise direkt auf eine Kupplungsplatte, mit deren Hilfe eine Kupplungsscheibe der Teilkupplung eingeklemmt und somit die Übertragung eines Drehmoments über die geschlossene Teilkupplung ermöglicht wird. Bei geöffneter Teilkupplung wirkt eine Vorspannfeder gegen den Kolben des Nehmerzylinders und sorgt für die Aufrechterhaltung eines Mindestflüssigkeitsdrucks in dem hydrostatischen Betätigungssystem. Die Teilkupplungen werden in der Regel nur soweit geschlossen, wie es nötig ist, um ein angefordertes Drehmoment übertragen zu können. Durch die elektrische Betätigung der Druckbetätigungsventile kann der Begrenzungsdruck so erhöht werden, dass die jeweilige hydrostatische Strecke auch bei maximalem Betriebsdruck abgedichtet bleibt. Dadurch wird vorteilhaft die Darstellung einer Selbsthaltefunktion des hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystems ermöglicht. Bei einem Ausfall der elektrischen Betätigung kann, zum Beispiel durch eine geeignete Federvorspannung, auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass das jeweilige Druckbegrenzungsventil beziehungsweise beide Druckbegrenzungsventile im Fehlerfall öffnet beziehungsweise öffnen. Dadurch kann auf einfache Art und Weise erreicht werden, dass das Druckbegrenzungsventil beziehungsweise die Druckbegrenzungsventile nur im Fehlerfall öffnet beziehungsweise öffnen. Dadurch können unerwünschte Verschmutzungen am Ventilsitz der Druckbegrenzungsventile vermieden werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungsventile als Sitzventile mit einer vorzugsweise relativ weichen Dichtung ausgeführt sind. Dadurch werden die Herstellung und der Betrieb der Druckbegrenzungsventile vereinfacht.
Ein weiteres nicht-erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass den Druckbegrenzungsventilen jeweils ein elektrischer Ventilaktor zugeordnet ist. Über die beiden elektrischen Ventilaktoren können die beiden Druckbegrenzungsventile unabhängig voneinander angesteuert werden.
Das erfindungsgemäße hydrostatisch betätigte Doppelkupplungssystem ist zudem dadurch gekennzeichnet, dass den Druckbegrenzungsventilen ein gemeinsamer elektrischer Ventilaktor zugeordnet ist. Durch die Verwendung nur eines gemeinsamen elektrischen Ventilaktors können die Herstellkosten weiter reduziert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilaktor als piezoelektrischer Ventilaktor ausgeführt ist. Das liefert den Vorteil, dass der Ventilaktor nicht dauernd bestromt werden muss. Der piezoelektrische Ventilaktor muss nur so lange bestromt werden, bis er eine gewünschte Ausdehnung erreicht hat.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Druckbegrenzungsventile in einer gemeinsamen Ventileinrichtung kombiniert sind. Dadurch werden der Betrieb, die Herstellung und die Montage des Doppelkupplungssystems erheblich vereinfacht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungsventile über ein gemeinsames Steuergerät angesteuert werden. Dadurch können die Herstellkosten weiter reduziert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät zwei Prozessoren zur Ansteuerung der Druckbegrenzungsventile aufweist. Bei den Prozessoren handelt es sich vorzugsweise um einen Hauptprozessor und einen kleineren Nebenprozessor, der zur Überwachung des Hauptprozessors dient.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystems ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass eine Überdruckauslöseschwelle für den Begrenzungsdruck durch elektrische Betätigung so angehoben wird, dass die Druckbegrenzungsventile im normalen Betrieb der Doppelkupplung nicht öffnen. Im normalen Betrieb werden die Druckbegrenzungsventile durch die elektrische Betätigung sicher zugehalten. Die so zugehaltenen Druckbegrenzungsventile öffnen vorteilhaft nur im Fehlerfall, wenn die elektrische Betätigung unterbrochen wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckauslöseschwelle für den Begrenzungsdruck durch elektrische Betätigung auf einen Maximalwert angehoben wird. Der Maximalwert liegt vorteilhaft über den normalerweise im Betrieb des Betätigungssystems auftretenden maximalen Systemdruck.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckauslöseschwelle für den Begrenzungsdruck durch elektrische Betätigung auf einen systemdruckabhängigen Überwert angehoben wird. Der Systemdruck kann zum Beispiel mit einem Drucksensor erfasst werden. Der Überwert stellt sicher, dass die Druckbegrenzungsventile im normalen Betrieb des Betätigungssystems geschlossen bleiben. Dabei ist der Überwert normalerweise kleiner als der Maximalwert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

1 eine stark vereinfachte Darstellung eines hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystems mit zwei hydrostatischen Strecken gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei elektrisch angesteuerten Druckbegrenzungsventilen;
2 ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in 1, bei dem die beiden Druckbegrenzungsventile durch einen gemeinsamen elektrischen Ventilaktor angesteuert sind und
3 zwei kartesische Koordinatendiagramme, in denen zwei Ventilaktorspannungsverläufe jeweils über der Zeit aufgetragen sind.

In den 1 und 2 ist ein hydraulisch betätigtes Doppelkupplungssystem 10 mit zwei hydrostatischen Strecken 11, 12 stark vereinfacht dargestellt. Die hydrostatischen Strecken 11, 12 dienen zur direkten Betätigung von (nicht dargestellten) Teilkupplungen einer Doppelkupplung. Die hydrostatischen Strecken 11, 12 verbinden jeweils einen Kupplungsnehmerzylinder mit einem Kupplungsgeberzylinder.
In dem Kupplungsgeberzylinder ist ein Kolben angeordnet, der elektromotorisch verstellt wird. Die Verstellbewegung des Kolbens des Kupplungsgeberzylinders wird über ein Hydraulikmedium, wie Hydrauliköl, durch die hydraulischen Strecken 11, 12 auf einen zugehörigen Kolben des Kupplungsnehmerzylinders übertragen. Der Kolben des Kupplungsnehmerzylinders wirkt vorteilhaft direkt auf eine Kupplungsplatte der jeweiligen Teilkupplung.
Jeder Teilkupplung sind eine Kupplungsplatte und eine Kupplungsscheibe zugeordnet, die mit unterschiedlichen Getriebeeingangswellen verbunden sind. Bei geöffneter Teilkupplung wirkt eine Vorspannfeder gegen den Kolben des jeweiligen Nehmerzylinders. Durch die Vorspannfeder wird sichergestellt, dass in den hydraulischen Strecken 11, 12 ein Mindesthydraulikdruck aufrechterhalten wird. Die Teilkupplungen werden durch die elektromotorische Verstellung der Kolben in den Geberzylindern vorteilhaft nur so weit geschlossen, wie dies nötig ist, um ein angefordertes Drehmoment übertragen zu können.
Die elektromotorische Verstellung der Geberzylinderkolben wird über elektromotorische Aktoren realisiert, die aufgrund einer relativ hohen Übersetzung selbsthaltend ausgeführt sind. Aufgrund der Selbsthaltung öffnen die Teilkupplungen bei einem Ausfall der elektrischen Komponenten nicht automatisch. Aus Sicherheitsgründen ist deshalb in herkömmlichen Doppelkupplungsbetätigungssystemen beiden hydrostatischen Strecken jeweils ein Steuergerät zugeordnet, das zwei Prozessoren umfasst. Durch die beiden Steuergeräte wird sichergestellt, dass ein elektromotorischer Aktor auch dann noch öffnen kann, wenn der andere elektromotorische Aktor nicht mehr reagiert. Dadurch kann eine unerwünschte Verspannung im Getriebe verhindert werden.
Die Verwendung von zwei vollwertigen Steuergeräten ist relativ teuer. Darüber hinaus kann bei herkömmlichen Doppelkupplungssystemen, auch bei der Verwendung von zwei vollwertigen Steuergeräten, nur noch das jeweils funktionierende elektromotorische Aktorsystem geöffnet werden.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird den beiden hydrostatischen Strecken 11, 12 jeweils ein Druckbegrenzungsventil 15, 16; 25, 26 zugeordnet. Über die Druckbegrenzungsventile 15, 16; 25, 26 kann ein Überdruck in den hydraulischen Strecken 11, 12 in Reservoire 17, 18 beziehungsweise in ein Reservoir 28 abgebaut werden.
In 1 ist durch Symbole 21, 22, die vorgespannte Federn darstellen, angedeutet, dass die Druckbegrenzungsventile 15, 16 öffnen, wenn ein durch die Federvorspannkraft vorgegebener Wert überschritten wird. Durch die Federvorspannkraft 21, 22 wird ein Begrenzungsdruck eingestellt, bei dessen Überschreitung die Druckbegrenzungsventile 15, 16 im Fehlerfall öffnen.
Durch weitere Symbole 23, 24 ist angedeutet, dass der mit Hilfe der Federn 21, 22 eingestellte Begrenzungsdruck durch elektrische Ventilaktoren so erhöht werden kann, dass die den Druckbegrenzungsventilen 15, 16 zugeordneten hydrostatischen Strecken 11, 12 auch bei einem Druck geschlossen bleiben, der den mit den Federn 21, 22 eingestellten Begrenzungsdruck deutlich überschreitet.
Durch eine geeignete Ansteuerstrategie kann mit Hilfe der elektrischen Ventilaktoren 23, 24 auf einfache Art erreicht werden, dass die Druckbegrenzungsventile 15, 16 nur in Fehlerfällen öffnen. Dadurch wird vorteilhaft vermieden, dass Ventilsitze der als Sitzventile ausgeführten Druckbegrenzungsventile 15, 16 verschmutzen. Derartige Verschmutzungen könnten die Schließfunktion der Druckbegrenzungsventile 15, 16 beeinträchtigen.
Die Druckbegrenzungsventile 15, 16 sind als Überdruckventile ausgeführt, die, zum Beispiel bei einem durch die Federn 21, 22 eingestellten Begrenzungsdruck von vier bar öffnen. Dieser Begrenzungsdruck entspricht einem Systemdruck bei geöffneter Teilkupplung, der durch eine Blattfedervorspannung aufrechterhalten wird.
Der relativ geringe Begrenzungsdruck ermöglicht die Verwendung von relativ weichen Dichtungen. Dadurch werden relativ große Toleranzen, von zum Beispiel plus/minus einem bar ermöglicht, was 25 Prozent entspricht. Die elektrischen Ventilaktoren 23, 24 sind bei dieser relativ niedrigen Überdruckauslöseschwelle an sich noch nicht bestromt. Wenn die elektrischen Ventilaktoren 23, 24 bestromt werden, dann wird die Überdruckauslöseschwelle bis über den maximalen Systemdruck angehoben.
Durch die Ansteuerelektronik mit den elektrischen Aktoren 23, 24 können die Druckbegrenzungsventile 15, 16 vorteilhaft schon betätigt werden, bevor der Druck in den hydrostatischen Strecken 11, 12 ansteigt. Die elektrische Betätigung der Aktoren 23, 24 wird vorteilhaft erst dann wieder zurückgenommen, wenn sich der Druck in den hydrostatischen Strecken 11, 12 abgebaut hat. Durch die Ansteuerstrategie wird vorteilhaft erreicht, dass die Druckbegrenzungsventile 15, 16 im Normalbetrieb des Doppelkupplungssystems 10 nie öffnen.
In 2 ist durch ein punktiertes Rechteck und zwei Symbole 31, 32 angedeutet, dass die beiden Druckbegrenzungsventile 25, 26 auch in einer gemeinsamen Ventileinrichtung 27 zusammengefasst werden können.
Durch geeignete Führung der Ansteuerleitungen zwischen den Geberzylindern und den Nehmerzylindern, die durch die hydrostatischen Strecken 11, 12 miteinander verbunden sind, kann die ein Halteventil darstellende gemeinsame Ventileinrichtung 27 so gestaltet werden, dass mit nur einem Ventil beider Ansteuerleitungen der Teilkupplungen der Doppelkupplungen bedient werden können. Das liefert den Vorteil, dass, wie in 2 durch die Symbole 31, 32 angedeutet ist, nur eine Feder und ein elektrischer Ventilaktor benötigt werden. Darüber hinaus ist die gemeinsame Ventileinrichtung 27 nur mit einem Reservoir 28 verbunden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die elektrischen Aktoren 23, 24; 32 zur Betätigung der Druckbegrenzungsventile 15, 16; 25, 26 beziehungsweise 27 als piezoelektrische Aktoren ausgeführt. Die piezoelektrischen Aktoren liefern den Vorteil, dass sie nur bestromt werden müssen, bis der Aktor ausreichend unter Spannung steht.
In 3 sind zwei kartesische Koordinatendiagramme 40, 50 mit jeweils einer x-Achse und einer y-Achse dargestellt. Auf den x-Achsen der Koordinatendiagramme 40, 50 ist jeweils die Zeit mit zwei Zeitpunkten 41, 42 in einer geeigneten Zeiteinheit aufgetragen. Auf der y-Achse der beiden Koordinatendiagramme 40, 50 ist jeweils eine Ventilaktorspannung in einer geeigneten Spannungseinheit aufgetragen.
Von einem Zeitpunkt Null bis zum Zeitpunkt 41 ist eine Hochlaufphase angedeutet, die stark verlängert dargestellt ist. Zwischen beiden Zeitpunkten 41 und 42 ist eine normale Betriebsphase angedeutet, die stark verkürzt dargestellt ist. Nach dem Zeitpunkt 42 ist eine Runterfahrphase angedeutet, die stark verlängert dargestellt ist.
In der Hochlaufphase und in der Runterfahrphase hat die Ventilaktorspannung einen Minimalwert beziehungsweise ist Null. In dem Koordinatendiagramm 40 wird die Ventilaktorspannung zum Zeitpunkt 41 hochgefahren und in der gesamten normalen Betriebsphase bis zum Zeitpunkt 40 auf einem konstanten Wert gehalten. Dadurch wird erreicht, dass das zugehörige Druckbegrenzungsventil mit maximaler Kraft geschlossen gehalten wird.
In dem Koordinatendiagramm 50 ist durch eine gestrichelte Verlaufslinie und eine durchgezogene Verlaufslinie angedeutet, dass die Ventilaktorspannung auch in Abhängigkeit von einem Systemdruck nur bedarfsgerecht hochgefahren werden kann. Durch die gestrichelte Verlaufslinie ist die benötigte Ventilaktorspannung angedeutet. Durch die durchgezogene Verlaufslinie ist die eingestellte Ventilaktorspannung angedeutet.
Der Systemdruck kann zum Beispiel durch einen Drucksensor erfasst werden. Im Koordinatendiagramm 50 sieht man, dass die eingestellte Ventilaktorspannung immer um einen definierten Wert größer als die benötigte Ventilaktorspannung ist. Die eingestellte Ventilaktorspannung wird auf einen Überwert angehoben. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine definierte Überanpressung eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

10: Doppelkupplungssystem
11: hydrostatische Strecke
12: hydrostatische Strecke
15: Druckbegrenzungsventil
16: Druckbegrenzungsventil
17: Reservoir
18: Reservoir
21: Symbol
22: Symbol
23: Symbol
24: Symbol
25: Druckbegrenzungsventil
26: Druckbegrenzungsventil
27: Ventileinrichtung
28: Reservoir
31: Symbol
32: Symbol
40: Koordinatendiagramm
41: Zeitpunkt
42: Zeitpunkt
50: Koordinatendiagramm

Claims

Hydrostatisch betätigtes Doppelkupplungssystem, mit zwei hydrostatischen Strecken (11,12) zur hydrostatischen Betätigung von zwei Teilkupplungen einer Doppelkupplung, wobei den hydrostatischen Strecken (11,12) jeweils ein Druckbegrenzungsventil (15,16;25,26) zugeordnet ist, das einen Begrenzungsdruck hat, der durch elektrische Betätigung erhöht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass den Druckbegrenzungsventilen (25,26) ein gemeinsamer elektrischer Ventilaktor (32) zugeordnet ist.
Hydrostatisch betätigtes Doppelkupplungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungsventile (15,16; 25,26) als Sitzventile mit einer vorzugsweise relativ weichen Dichtung ausgeführt sind.
Hydrostatisch betätigtes Doppelkupplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Druckbegrenzungsventile (25,26) in einer gemeinsamen Ventileinrichtung (27) kombiniert sind.
Hydrostatisch betätigtes Doppelkupplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungsventile (25,26) über ein gemeinsames Steuergerät angesteuert werden.
Hydrostatisch betätigtes Doppelkupplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät zwei Prozessoren zur Ansteuerung der Druckbegrenzungsventile (25,26) aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines hydrostatisch betätigten Doppelkupplungssystems (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überdruckauslöseschwelle für den Begrenzungsdruck durch elektrische Betätigung so angehoben wird, dass die Druckbegrenzungsventile (25,26) im normalen Betrieb der Doppelkupplung nicht öffnen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckauslöseschwelle für den Begrenzungsdruck durch elektrische Betätigung auf einen Maximalwert angehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckauslöseschwelle für den Begrenzungsdruck durch elektrische Betätigung auf einen systemdruckabhängigen Überwert angehoben wird.