DE102014115366B3 - Verfahren zum Betreiben einer Kupplungsanordnung sowie Kupplungsanordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer eine Flüssigkeitsreibungskupplung (6) sowie eine Reibscheibenkupplung (5) umfassende Kupplungsanordnung (1) zum Übertragen eines Drehmomentes von einer antriebsmotorseitigen Primärseite (2) auf eine nebenaggregatseitige Sekundärseite (4), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei in einem ersten Betriebsmodus ein Steuerventil (8) der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) zum Einstellen eines Scherfluidfüllzustandes in einem Scherspalt (14) der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) und damit einer Abtriebsdrehzahl der Sekundärseite (4) in Abhängigkeit einer Antriebsdrehzahl der Primärseite (2) angesteuert wird und wobei in einem zweiten Betriebszustand die Reibscheibenkupplung (5) geschlossen wird, wodurch die Flüssigkeitsreibungskupplung (6) überbrückt und die Sekundärseite (2) mit der Antriebsdrehzahl betrieben wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem ersten Betriebsmodus das Steuerventil (8) derart angesteuert wird, dass sich eine Abtriebsdrehzahl der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) einstellt, bei welcher sich die Flüssigkeitsreibungskupplung (5) in einem kritischen Betriebszustand, insbesondere im 2/3-Bereich, befindet in dem die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) größer ist als das Wärmeabfuhrvermögen und sich das Scherfluid (15) erwärmt und dass bei Eintreten mindestens einer Bedingung der zweite Betriebsmodus aktiviert und dadurch die Flüssigkeitsreibungskupplung (6) überbrückt und dadurch das Scherfluid (15) gekühlt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Betreiben einer eine Flüssigkeitsreibungskupplung sowie eine Reibscheibenkupplung umfassende Kupplungsanordnung zum Übertragen eines Drehmomentes von einer antriebsmotorseitigen Primärseite auf eine nebenaggregatseitige Sekundsärseite, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei in einem ersten Betriebsmodus ein Steuerventil der Flüssigkeitsreibungskupplung zum Einstellen eines Scherfluidfüllzustandes in einem Scherspalt der Flüssigkeitsreibungskupplung und damit einer Antriebsdrehzahl der Sekundärseite in Abhängigkeit einer Antriebsdrehzahl der Primärseite angesteuert wird und wobei in einem zweiten Betriebszustand die Reibscheibenkupplung geschlossen wird, wodurch die Flüssigkeitsreibungskupplung überbrückt und die Sekundärseite mit der Antriebsdrehzahl betrieben wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Kupplungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11, einen Antriebsstrang gemäß Anspruch 14 sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen LKW oder einen Bus, mit einem derartigen Antriebsstrang gemäß Anspruch 15.
• Zum Antreiben von Nebenaggregaten, wie Lüfterrädern in Kraftfahrzeugen werden in der Praxis häufig ein- oder mehrstufige Reibscheibenkupplungen eingesetzt. Solche, beispielsweise als elektromagnetisch betätigbare Kupplungen ausgebildete Reibscheibenkupplungen sind beispielsweise in der EP 0 317 703 A2 , der DE 32 031 43 C2 oder DE 42 07 710 A1 beschrieben. Reibscheibenkupplungen haben bei Zuschaltung keinen Schlupf und somit keine Differenzdrehzahl auf der Lagerstelle. Insbesondere bei einstufigen Reibscheibenkupplungen ist von Nachteil, dass diese im zugeschalteten Zustand bei hohen Antriebsdrehzahlen oftmals unerwünscht hohe Abtriebsdrehzahlen zur Verfügung stellen und zudem starke Schaltstöße auftreten.
• Anstelle von Reibscheibenkupplungen ist es bekannt, zum Übertragen von Drehmomenten auf Nebenaggregate sogenannte Flüssigkeitsreibungskupplungen, auch Viskokupplungen oder Viskositätskupplungen genannt, einzusetzen. Bei Viskokupplungen wird eine Drehzahl von einer Primärseite auf ein Scherfluid übertragen und von diesem dann auf eine Sekundärseite der Kupplung. Hinsichtlich eines möglichen Aufbaus von Flüssigkeitsreibungskupplungen wird auf die US 4 305 491 A , die EP 1 248 007 B1 oder die DE 699 11 479 T2 verwiesen. Die meisten im kommerziellen Einsatz befindlichen Flüssigkeitsreibungskupplungen umfassen ein hydraulisches Steuerventil, mit dem der Schlupf der Flüssigkeitsreibungskupplung einstellbar ist. Bei einfachen Ausführungsvarianten wird der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils über ein temperaturerfassendes Bimetallelement eingestellt. Daneben sind als Elektromagnetventil ausgebildete Steuerventile bekannt, die den Fluidstrom zwischen einem Reservoir und dem Scherspalt und damit den Schlupf zwischen Primär- und Sekundärseite der Reibungskupplung steuern. Grundsätzlich ist es bekannt, die hydraulischen Steuerventile als Proportionalventile auszubilden oder alternativ als getaktet betriebene Diskretventile, bei denen die Durchflussmenge abhängig von dem Verhältnis des geöffneten Zeitanteils zu dem geschlossenen Zeitanteil des Ankers (Ventilelement) ist.
• Im Gegensatz zu einstufigen Reibscheibenkupplungen haben Flüssigkeitsreibungskupplungen ein träges Ansprechverhalten und sind mit hohen Schlupfwerten behaftet. Ein Hauptproblem von bekannten Flüssigkeitsreibungskupplungen ist zudem, dass diese in der Praxis nicht sämtliche Drehzahlverhältnisse von Abtriebsdrehzahl zu Antriebsdrehzahl darstellen können. Flüssigkeitsreibungskupplungen weisen nämlich einen kritischen Betriebszustand auf, der von Fachleuten als 2/3-Bereich oder Slip-Heat-Area bezeichnet wird. In diesem kritischen Bereich ist die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupplung aufgrund des Drehzahlverhältnisses größer als das Wärmeabfuhrvermögen der Kupplung, so dass, falls die Flüssigkeitsreibungskupplung in einem solchen Zustand betrieben würde, das Scherfluid unzulässig stark erhitzen würde, was mit einer geringer werdenden Viskosität des Scherfluids einhergehen würde, wodurch wiederum die Abtriebsdrehzahl weiter abfallen würde. Dies führt dann letztendlich zu einem noch größeren Schlupf, wodurch das Scherfluid heißer wird. Bei Überschreiten der maximal ertragbaren Temperatur des Fluides setzen irreversible Schädigungen ein, welche einer Zerstörung der Kupplung gleich kommen.
• Zur Vermeidung des vorgenannten kritischen Betriebszustandes von Flüssigkeitsreibungskupplungen sind die Steuereinheiten bekannter Flüssigkeitsreibungskupplungen so ausgebildet, dass der kritische Betriebszustand (2/3-Bereich) umfahren wird, so dass kritische Drehzahlverhältnisse von vornherein vermieden werden. Dabei wird im Regelfall eine Abtriebsdrehzahl oberhalb des kritischen Bereichs eingestellt, wodurch das Nebenaggregat, beispielsweise ein Lüfterrad für den momentanen Betriebszustand des Antriebsmotors mit im Verhältnis zur angeforderten Drehzahl zu hoher Drehzahl betrieben wird.
• Oberhalb des kritischen Bereichs, insbesondere des 2/3-Bereichs ist der Schlupf so gering, dass keine unzulässig hohe Scherfluidtemperatur resultiert – das Wärmeabfuhrvermögen der Kupplung ist ausreichend. In dem Bereich unterhalb des kritischen Bereichs ist zwar ein großer Schlupf und damit eine große Scherung des Scherfluids mit der Folge einer hohen Scherfluidtemperatur gegeben. Jedoch findet sich der Großteil des Scherfluids in diesem Bereich im Reservoir der Flüssigkeitsreibungskupplung. Da das Scherfluid im Kreislauf gefördert wird, hat das Scherfluid bei dieser geringen Menge im Scherspalt ausreichend Zeit um abzukühlen, so dass Abtriebsdrehzahlen unterhalb des kritischen Bereichs nicht zu unzulässigen Scherfluidtemperaturen führen. Bei kleiner Ausgangsdrehzahl wird entsprechend auch die Verlustleistung und damit die Wärmeentwicklung geringer. Dieser Effekt führt vorwiegend dazu, dass das Scherfluid unterhalb des kritischen Bereiches, insbesondere des 2/3-Bereiches nicht zu heiß wird.
• Von der Anmelderin sind zum Übertragen von Drehmomenten zwischen einem Antriebsmotor und einem Nebenaggregat Kupplungsanordnungen beschrieben worden, die aus einer Kombination einer Reibscheibenkupplung mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung bestehen, wobei die Flüssigkeitsreibungskupplung zur Realisierung einer 1:1 Durchschaltung mittels der Reibscheibenkupplung überbrückbar ist. Derartige, beispielsweise in der WO 2012/156264 A1 oder der WO 2013/135457 A1 beschriebene Kupplungsanordnungen vereinen die Vorteile beider Kupplungstypen, bei weitgehender Vermeidung bzw. Minimierung von deren Nachteilen.
• Als weiterer Stand der Technik wird die DE 10 2013 102 716 A1 genannt. Auch diese Druckschrift zeigt eine Kupplungsanordnung, umfassend eine Reibscheibenkupplung sowie eine Flüssigkeitsreibungskupplung, die in Abhängigkeit bestimmter Betriebsbedingungen durch die Reibscheibenkupplung überbrückbar ist.
• Weiterhin werden als Stand der Technik die DE 199 40 538 A1 sowie die DE 39 42 270 A1 genannt.
• Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eine Flüssigkeitsreibungskupplung umfassende Kupplungsanordnung anzugeben, die in einem möglichst großen Abtriebsdrehzahlbereich, vorzugsweise unabhängig von der Antriebsdrehzahl, betrieben werden kann. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kupplungsanordnung in einem möglichst großen Abtriebsdrehzahlbereich, insbesondere unabhängig von der Antriebsdrehzahl, anzugeben. Darüber hinaus besteht die Aufgabe darin, einen Antriebsstrang mit einer solchen Kupplungsanordnung und ein Fahrzeug mit einem derartig verbesserten Antriebsstrang anzugeben.
• Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, d. h. bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, dass in dem ersten Betriebsmodus das Steuerventil derart angesteuert wird, dass sich eine Abtriebsdrehzahl der Flüssigkeitsreibungskupplung einstellt, bei welcher sich die Flüssigkeitsreibungskupplung in einem kritischen Betriebszustand, insbesondere im 2/3-Bereich (Slip-Heat-Area) befindet, in welchem die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupplung größer ist als das Wärmeabfuhrvermögen und sich somit das Scherfluid zunehmend erwärmt und dass bei Eintreten mindestens einer Bedingung der zweite Betriebsmodus aktiviert und dadurch die Flüssigkeitsreibungskupplung überbrückt und das Scherfluid dadurch gekühlt wird.
• Hinsichtlich der Kupplungsanordnung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 11, hinsichtlich des Antriebsstrangs mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und hinsichtlich des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
• Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Vorteile einer eine Flüssigkeitsreibungskupplung sowie eine Reibscheibenkupplung, aufweisenden Kupplungsanordnung, vorzugsweise kombiniert in einer einzigen, ein gemeinsames Gehäuse aufweisenden Kupplung, weiter auszubauen, indem die Flüssigkeitsreibungskupplung (Viskokupplung) bewusst über einen längeren Zeitraum im kritischen Betriebszustand (insbesondere dem sogenannten 2/3-Bereich bzw. Slip-Heat-Bereich) betrieben wird, d. h. bei gegebener Antriebsdrehzahl im ersten Betriebsmodus der Kupplung eine Abtriebsdrehzahl (bei einer entsprechenden Drehzahlanforderung durch eine Steuereinheit) durch entsprechende Ansteuerung des bevorzugt als Proportionalventil oder getaktetes Diskretventil ausgebildeten Steuerventils einzustellen, bei welcher die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupplung durch den auftretenden Schlupf größer ist als das Wärmeabfuhrvermögen der Kupplungsanordnung, mit der Folge, dass sich die Temperatur des Scherfluids erhöht. Unter dem Wärmeabfuhrvermögen der Kupplungsanordnung wird dabei das Wärmeabfuhrvermögen, oder anders ausgedrückt einer Kühlleistung, der Kupplung bzw. Kupplungsanordnung, vorzugsweise innerhalb des Antriebsstrangs, verstanden, also das Vermögen der Kupplungsanordnung, Wärme abzugeben. Der kritische Bereich bzw. Betriebszustand ist mit anderen Worten also der Bereich, in welchem aufgrund der Tatsache, dass die Verlustleistung der Kupplungsanordnung höher ist als das Wärmeabfuhrvermögen die Temperatur des Scherfluids bis zum Erreichen einer unzulässigen bzw. kritischen Temperatur zunehmen würde. Die unzulässige Temperatur ist dabei insbesondere eine Temperatur, bei der das Scherfluid kocht und/oder bei der eine dauerhafte Schädigung der Kupplungsanordnung eintritt. Erst bei Eintreten mindestens einer auflösenden Bedingung wird dieser kritische Betriebszustand, vorzugsweise vor Erreichen der kritischen Temperatur, verlassen und zwar erfindungsgemäß in dem die Flüssigkeitsreibungskupplung durch Zuschaltung der Reibscheibenkupplung überbrückt und vom Antrieb auf den Abtrieb, d. h. von der Primärseite auf die Sekundärseite der Kupplungsanordnung eine 1:1 Drehmomentübertragung erfolgt und damit in der Flüssigkeitsreibungskupplung ab dem Moment der Zuschaltung der Reibscheibenkupplung kein Schlupf mehr auftritt und das Scherfluid Zeit hat wieder abzukühlen. Mit anderen Worten kann also eine, insbesondere beliebige, Drehzahlanforderung einer Motorsteuerung des Antriebsmotors oder eine von einer übergeordneten Steuereinheit angeforderte Nebenaggregatleistung, insbesondere eine Kühlleistung eines Lüfterrades (Nebenaggregat), umgesetzt und gehalten werden, auch wenn die sich hieraus ergebende Abtriebsdrehzahl bei anliegender Antriebsdrehzahl im kritischen Betriebszustand bzw. kritischen Bereich (2/3-Bereich bzw. Slip-Heat-Area) liegt und sich dadurch das Scherfluid, insbesondere ein Viskoöl erhitzt. Bevorzugt wird der erste Betriebszustand in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur für mindestens 20 Sekunden, weiter bevorzugt mindestens 50 Sekunden, noch weiter bevorzugt mindestens 70 Sekunden gehalten, wovor die Flüssigkeitsreibungskupplung durch Zuschalten der Reibscheibenkupplung überbrückt wird. Bevorzugt erfolgt der Wechsel in den zweiten Betriebsmodus, d. h. das Zuschalten der Reibscheibenkupplung innerhalb einer kurzen Zuschaltzeit ab Eintreten der (Wechsel- bzw. Zuschalt-)Bedingung von weniger als 1,5 s, weiter bevorzugt von gleich oder weniger als 1 s. Bei Eintreten mindestens einer Bedingung wird dann, bevorzugt vor Erreichen einer kritischen Temperatur des Scherfluids, die Flüssigkeitsreibungskupplung mittels der Reibscheibenkupplung überbrückt und das Scherfluid kühlt wieder ab. Bevorzugt wird danach, falls eine entsprechende Drehzahlanforderung oder eine Nebenaggregatsleistungsanforderung noch oder wieder vorliegt, die Flüssigkeitsreibungskupplung wieder im kritischen Bereich betrieben, insbesondere so lange, bis die mindestens eine Bedingung für einen Wechsel in den zweiten Betriebsmodus (wieder) vorliegt.
• Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung umfasst eine Flüssigkeitsreibungskupplung und eine Reibscheibenkupplung, die vorzugsweise Teil einer gemeinsamen Kupplung sind. Wesentlich ist, dass die Flüssigkeitsreibungskupplung und die Reibscheibenkupplung parallel angeordnet sind, also derart, dass die Flüssigkeitsreibungskupplung mittels der Reibscheibenkupplung zur Realisierung einer 1:1 Drehmomentübertragung überbrückbar ist. Die Steuereinheit der Kupplungsanordnung ist dabei derart ausgebildet, dass diese die Kupplungsanordnung in einem ersten und einem zweiten Betriebszustand ansteuern kann, wobei in einem ersten Betriebszustand die Flüssigkeitsreibungskupplung in einem kritischen Drehzahlbereich zwischen Abtriebsdrehzahl und Antriebsdrehzahl betrieben wird, bei welchem die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupplung größer ist als das Wärmeabfuhrvermögen. Mit anderen Worten entsteht in der Kupplung mehr Wärmeenergie pro Zeiteinheit als pro Zeiteinheit abtransportiert werden kann, so dass eine Erhitzung bzw. Erwärmung des Scherfluids resultiert. Die Steuereinheit ist weiter so ausgebildet, dass diese bei Eintreten mindestens einer Bedingung, insbesondere vor Erreichen einer kritischen Temperatur des Scherfluids die Kupplungsanordnung so ansteuert, dass diese dann im zweiten Betriebsmodus betrieben wird, in welchem die Flüssigkeitsreibungskupplung mittels der Reibscheibenkupplung überbrückt ist, so dass der Schlupf zwischen Primärseite und Sekundärseite null beträgt und das Scherfluid abkühlen kann.
• Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung überwinden viele Nachteile aus dem Stand der Technik. Aufgrund der Option zum Verlassen des ersten Betriebsmodus und damit des kritischen Zustandes der Reibscheibenkupplung ist es möglich, beliebige Abtriebdrehzahlen durch eine entsprechende Ansteuerung des Steuerventils, insbesondere eines Elektromagnetventils, einzustellen und zwar unabhängig von der anliegenden Antriebsdrehzahl, so dass das Nebenaggregat immer mit der jeweils für den Zweck des Nebenaggregats optimalen Drehzahl betrieben werden kann. Der Einsatzbereich einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung wird dadurch wesentlich erhöht und eine unzulässige Überhitzung der Flüssigkeitsreibungskupplung wird dennoch durch die 1:1 Zuschaltung vermieden, da während der innerhalb weniger Millisekunden realisierbaren Zuschaltung der Reibscheibenkupplung keine Abwärme in dem mindestens einen, vorzugsweise als sogenannter Konstantscherspalt ausgebildeten Scherspalt entsteht, wodurch die Flüssigkeitsreibungskupplung der Kupplungsanordnung wesentlich schneller abkühlen kann als herkömmliche Flüssigkeitsreibungskupplungen, die nicht mittels einer Reibscheibenkupplung in einem Antriebsstrang kombiniert bzw. überbrückbar sind.
• Wie erwähnt handelt es sich bei dem kritischen Betriebszustand gemäß einer weiten Definition um einen Betriebszustand, in dem die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupplung größer ist als das Wärmeabfuhrvermögen. Gemäß einer engeren, weiterbildungsgemäßen Definition bzw. Mindestdefinition handelt es sich bei dem kritischen Betriebszustand um einen Betriebszustand der Flüssigkeitsreibungskupplung in dem die Abtriebsdrehzahl zwischen 60% und 90%, vorzugsweise zwischen 66% und 85%, noch weiter bevorzugt zwischen 70% und 80% der Antriebsdrehzahl und/oder der Nenndrehzahl des Antriebsmotors entspricht. Ganz besonders bevorzugt ist die Antriebsdrehzahl und/oder die Nenndrehzahl, bei der vorgenannte Bedingung bzw. Bedingungen erfüllt sein soll/sollen. größer als 2.000 U/min, noch weiter bevorzugt größer als 2.500 U/min, besonders zweckmäßig ist es, wenn die Antriebsdrehzahl, insbesondere die Nenndrehzahl zwischen 2.000 U/min und 4.000 U/min, noch weiter bevorzugt zwischen 2.000 U/min und 3.000 U/min, ganz besonders bevorzugt zwischen 2.500 U/min und 3.000 U/min beträgt.
• Zusätzlich oder alternativ zu einer vorstehenden engeren, weiterbildungsgemäßen Definition des kritischen Betriebszustandes ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass in dem kritischen Betriebszustand die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupplung das Wärmeabfuhrvermögen der Kupplungs-anordnung um mindestens 10%, noch weiter bevorzugt um mindestens 20%, noch weiter bevorzugt um mindestens 30%, besonders bevorzugt um mindestens 50%, ganz besonders bevorzugt um mindestens 75%, noch weiter bevorzugt um mindestens 100% überschreitet.
• Üblicherweise liegt das Wärmeabfuhrvermögen der Kupplungsanordnung unter 3.500 Watt, vorzugsweise zwischen 2.000 und 3.000 Watt und/oder die Verlustleistung im kritischen Bereich über 6.000 Watt, vorzugsweise über 7.000 Watt, ganz besonders bevorzugt zwischen 7.000 und 10.000 Watt. Dabei ist das Wärmeabfuhrvermögen von größeren Kupplungsanordnungen zur Übertragung größerer Drehmomente in der Regel größer als das von kleineren Bauformen.
• Bevorzugt befindet sich im vorgenannten kritischen Bereich der Flüssigkeitsreibungskupplung zwischen 20% und 85% der Gesamtscherfluidmenge der Flüssigkeitsreibungskupplung im Scherspalt, ganz besonders bevorzugt zwischen 30% und 80%, noch weiter bevorzugt zwischen 40% und 70%.
• Während die Flüssigkeitsreibungskupplung im kritischen Bereich betrieben wird, erwärmt sich, wie erläutert, das Scherfluid mit einer damit einhergehenden Viskositätsverringerung, was dann bei nicht Eingreifen bzw. nicht Nachregeln des Scherfluidstandes im Scherspalt zu einem Abtriebsdrehzahlabfall führen würde. Bevorzugt ist daher in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Steuerventil während des Betreibens der Flüssigkeitsreibungskupplung im kritischen Bereich zum Halten einer Abtriebsdrehzahl oder eines Abtriebsdrehzahlbereichs über die Zeit weiter geöffnet wird, um den vorgenannten Drehzahlabfall auszugleichen oder zumindest zu minimieren. Das Steuerventil wird also bevorzugt über die Zeit immer weiter geöffnet, so dass aus einem Scherfluidreservoir mehr Scherfluid in den Scherspalt der Flüssigkeitsreibungskupplung zwischen Primär- und Sekundärseite nachströmen kann, um dem Abtriebsdrehzahlverlust entgegenzuwirken. Bevorzugt wird dann, wenn, insbesondere trotz maximal geöffnetem Steuerventil, ein weiterer unzulässiger Abtriebsdrehzahlabfall (unter eine vorgegebene Grenzdrehzahl und/oder eine unzulässig hohe Abfallgeschwindigkeit) detektiert wird, der zweite Betriebsmodus aktiviert.
• Wie erläutert, kann die Bedingung zum Wechseln vom ersten in den zweiten Betriebsmodus das Abfallen der Abtriebsdrehzahl unter einen zulässigen, insbesondere antriebsdrehzahlabhängigen, Drehzahlwert sein oder umfassen, insbesondere bei maximal geöffnetem Steuerventil und/oder das Abfallen der Abtriebsdrehzahl mit einer unzulässig hohen Geschwindigkeit, wobei der Wert bzw. Grenzwert der Abtriebsdrehzahl bzw. die unzulässig große Abfallgeschwindigkeit für die Abtriebsdrehzahl bevorzugt in der Steuereinheit hinterlegt ist/sind. Bevorzugt wird zur Realisierung einer derartigen Steuerung die Abtriebsdrehzahl mittels eines geeigneten Sensors, welcher signalleitend mit der Steuereinheit mittelbar oder unmittelbar verbunden ist, erfasst.
• Zusätzlich oder alternativ zu einer vorgenannten Bedingung zum Wechseln in den zweiten Betriebsmodus kann die Bedingung zum Wechsel in den zweiten Betriebsmodus das Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen Betriebsdauer im ersten Betriebsmodus sein und/oder das Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen maximalen, im Zusammenhang mit der Erwärmung des Scherfluids stehenden Temperatur, insbesondere der Scherfluidtemperatur selbst, die dann entsprechend zu messen ist, oder einer Kupplungsanordnungsgehäusetemperatur. Um auf einen hierzu notwendigen Temperatursensor verzichten zu können ist es jedoch bevorzugt, wenn die Bedingung zum Wechseln in den zweiten Betriebsmodus anhand der Abtriebsdrehzahl überwacht wird.
• Bevorzugt wird die Kupplungsanordnung nach Beendigung des ersten Betriebsmodus so lange im zweiten Betriebsmodus betrieben, bis mindestens eine Rückfallbedingung erfüllt ist und wobei nach Erfüllen der mindestens einen Rückfallbedingung die Kupplungsanordnung durch eine entsprechende Ansteuerung über die Steuereinheit wieder im ersten Betriebsmodus betrieben wird, vorzugsweise bis die mindestens eine erste Betriebsbedingung wieder erfüllt ist. Als Rückfallbedingung zum Zurückwechseln in den ersten Betriebsmodus kommt beispielsweise das Erreichen oder Unterschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur, vorzugsweise einer Scherfluidtemperatur oder einer mit der Scherfluidtemperatur in Zusammenhang stehenden Temperatur, beispielsweise einer Gehäusetemperatur in Betracht und/oder das Erreichen oder Unterschreiten einer vorgegebenen, maximalen (insbesondere antriebs- oder abtriebsdrehzahlabhängigen) Betriebsdauer im zweiten Betriebsmodus.
• Um eine zu geringe Abtriebsdrehzahl bzw. einen zu großen Abtriebsdrehzahlabfall beim Wechseln vom zweiten Betriebsmodus zurück in den ersten Betriebsmodus (Flüssigkeitsreibungskupplungsbetrieb) zu vermeiden bzw. zu gewährleisten, dass nach einer 1:1 Drehmomentübertragung mittels der Flüssigkeitsreibungskupplung vergleichsweise große Abtriebsdrehmomente, d. h. ein geringer Schlupf realisierbar ist, ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass das Steuerventil, welches eine fluidleitende Verbindung zwischen einem Reservoir und dem mindestens einen Scherspalt der Flüssigkeitsreibungskupplung herstellt, gebypasst wird, wodurch sehr schnell eine große Menge an Scherfluid aus dem Reservoir in den Scherspalt strömen kann, mit der Folge, dass der Schlupf der Flüssigkeitsreibungskupplung minimiert wird bzw. ist. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn der, vorzugsweise einen größeren Strömungsquerschnitt als das maximal geöffnete Steuerventil aufweisende, Bypass bereits beim Wechseln von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus geöffnet wird, so dass die Betriebsdauer im zweiten Betriebsmodus dazu genutzt werden kann, den Scherspalt der Flüssigkeitsreibungskupplung zu befüllen. Wird dann durch eine entsprechende Ansteuerung der Steuereinheit von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus gewechselt (und vorzugsweise der Bypass wieder geschlossen), steht im Scherspalt bereits eine große Scherfluidmenge zur Verfügung, so dass unmittelbar nach dem Wechsel in den ersten Betriebsmodus bereits große Abtriebsdrehmomente bei geringerem Schlupf der Flüssigkeitsreibungskupplung realisiert werden können.
• Die Verwirklichung eines Bypasses, welcher, wie später noch erläutert werden wird, bevorzugt mittels einer Rückstellfeder für eine Reibscheibe der Reibscheibenkupplung öffnen- und schließbar ist sowie sämtliche vorteilhaften Ausgestaltungen der Realisierung eines solchen Bypasses im Rahmen einer eine Flüssigkeitsreibungskupplung und einer Reibscheibenkupplung umfassenden Kupplungsanordnung, soll als eigenständige Erfindung offenbart gelten und beanspruchbar sein, ohne dass es im Rahmen dieser eigenständigen Erfindung erforderlich, jedoch weiterbildungsgemäß möglich ist die Steuereinheit so auszubilden, dass die Flüssigkeitsreibungskupplung im kritischen Bereich betreibbar ist. Die entsprechende eigenständige Erfindung enthält folgende Mindestmerkmalskombination, wobei beliebige Merkmale der gesamten Offenbarung dieser Anmeldung als Weiterbildung addierbar sind:
  Kupplungsanordnung, umfassend eine Flüssigkeitsreibungskupplung sowie eine Reibscheibenkupplung zum Übertragen eines Drehmomentes von einer anriebsseitigen Primärseite auf eine nebenaggregatseitige Sekundärseite, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei Flüssigkeitsreibungskupplung mittels der Reibscheibenkupplung überbrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerventil der Flüssigkeitsreibungskupplung zum Einstellen des Fluidstandes im Scherspalt der Flüssigkeitsreibungskupplung durch Öffnen eines Bypasses bypassbar ist (insbesondere um eine schnelle Befüllung des Scherspaltes mit Scherfluid aus einem Reservoir der Flüssigkeitsreibungskupplung zu ermöglichen).
• Bevorzugt ist der Bypass mittelbar oder unmittelbar mittels einer Rückstellfeder der Reibscheibenkupplung öffnen- und schließbar. Noch weiter bevorzugt ist der Bypass automatisch beim Wechseln auf einen Reibscheibenkupplungsbetriebsmodus, bei welchem die Flüssigkeitsreibungskupplung mittels der Reibscheibenkupplung überbrückbar ist, öffenbar, um bei einem Wechsel des Betriebs vom Reibscheibenkupplungsmodus in einen Flüssigkeitsreibungskupplungsmodus eine möglichst große Menge an Scherfluid im Scherspalt der Flüssigkeitsreibungskupplung sicherzustellen.
• Die folgenden vorteilhaften Ausgestaltungen im Rahmen der Bypasslösung beziehen sich sowohl auf die im Rahmen der Anmeldung beanspruchte Lösung als auch auf die als eigenständige Erfindung offenbarte Bypasserfindung.
• Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Bypass, wie erwähnt, durch das Verstellen einer, vorzugsweise als Scheibenfeder ausgebildeten, Rückstellfeder zum Rückstellen einer Reibscheibe der Reibscheibenkupplung öffnenbar und schließbar ist. Bevorzugt wird der Bypass bei Überschreiten einer elektrischen Schließspannung für die Reibscheibenkupplung, bei der die Reibscheibenkupplung geschlossen wird, geöffnet.
• Dabei ist es möglich, dass die Rückstellfeder unmittelbar den Bypass begrenzt und/oder bei geschlossener Reibscheibenkupplung den Bypass durch Abstützen an einem, insbesondere primärseitigen Widerlagerabschnitt verschließt.
• Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsvariante, bei der das Scherfluid bei geschlossenem Bypass aus dem Reservoir in axialer Richtung durch die Rücktellfeder strömt und dann auf der Rückseite der Rückstellfeder in radialer Richtung nach außen, um dann wieder in axialer Richtung auf die ursprüngliche Seite der Rückstellfeder in den mindestens einen Scherspalt hinein zu strömen. Bevorzugt kann das Scherfluid bei geöffnetem Bypass unmittelbar aus dem Reservoir zu dem Scherspalt durch den Bypass strömen, ohne die Rückstellfederseite axial wechseln zu müssen.
• Die Erfindung führt auf eine Kupplungsanordnung, deren Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass diese die Kupplungsanordnung in den zuvor beschriebenen Betriebsmodi betreibt. Bevorzugt ist die Steuereinheit zur Ausführung bzw. zur Ansteuerung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
• Jedenfalls ist die Steuereinheit derart ausgebildet, dass diese in den ersten Betriebsmodus das, vorzugsweise als Elektromagnetventil ausgebildete Steuerventil (vorzugsweise ein Proportionalventil oder ein getaktetes Diskretventil) derart ansteuert, dass sich eine Abtriebsdrehzahl der Flüssigkeitsreibungskupplung einstellt, bei welcher sich die Flüssigkeitsreibungskupplung in eine (im Rahmen der Verfahrensbeschreibung definierten) kritischen Betriebszustand befindet bzw. betrieben wird, wobei sich der Betriebszustand dadurch gemäß einer weiten Definition auszeichnet, dass die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupplung größer ist als das Wärmeabfuhrvermögen (der Flüssigkeitsreibungskupplung) und sich das Scherfluid erwärmt und dass die Steuereinheit ferner so ausgebildet ist, dass diese bei Eintreten mindestens einer Bedingung des zweiten Betriebsmodus zum Überbrücken der Flüssigkeitsreibungskupplung durch die Reibscheibenkupplung aktiviert.
• Besonders zweckmäßig handelt es sich bei der Kupplungsanordnung um eine Kupplungsanordnung, bei der die Flüssigkeitsreibungskupplung und die Reibscheibenkupplung Bestandteil einer gemeinsamen Kupplung sind. Zweckmäßig ist es dabei, wenn der mindestens eine Scherspalt bzw. mindestens ein Scherspalt als Konstantscherspalt ausgebildet ist, also als ein Scherspalt, dessen Spaltbreite sich nicht durch Verstellen der Reibscheibenkupplung verändert. Zusätzlich oder alternativ kann ein Scherspalt der Flüssigkeitsreibungskupplung von einer Reibscheibe (und/oder einem Anker) der Reibscheibenkupplung begrenzt sein, so dass die Spaltbreite des Scherspaltes veränderbar ist. Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn ein verstellbarer Anker der Reibscheibenkupplung, welcher bevorzugt von einer Reibscheibe gebildet oder zusammen mit der Reibscheibe verstellbar ist, mit der selben Elektromagnetanordnung verstellbar bzw. betätigbar ist, wie das Steuerventil der Flüssigkeitsreibungskupplung. Eine bevorzugte Ausführungsvariante einer solchen Ansteuerlösung ist in der WO 2012/156264 A1 beschrieben.
• In Weiterbildung der Erfindung sowie als eigenständige Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Flüssigkeitsreibungskupplung der Kupplungsanordnung einen Bypass zum bypassen des Steuerventils der Flüssigkeitsreibungskupplung aufweist und dass der, vorzugsweise unmittelbar oder mittelbar von einer Rückstellfeder der Reibscheibenkupplung verschließbare, Bypass durch Betätigen, insbesondere Schließen der Reibscheibenkupplung öffenbar ist.
• Die Erfindung führt auch auf einen Antriebsstrang mit einem primärseitigen Antriebsmotor, insbesondere einem Verbrennungsmotor und einem sekundärseitigen Nebenaggregat, insbesondere einem Lüfterrad, wobei der Antriebsstrang zum Übertragen eines Drehmomentes von dem Antriebsmotor auf das Nebenaggregat eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Kupplungsanordnung aufweist. Bevorzugt beträgt die Nenndrehzahl des Antriebsmotors mehr als 2.000 U/min, vorzugsweise mehr als 2.500 U/min und/oder ist aus einem Wertebereich zwischen 2.000 U/min und 3.000 U/min, ganz besonders bevorzugt zwischen 2.500 U/min und 3.000 U/min gewählt.
• Ferner führt die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, beispielsweise einen Bus oder einen Lastkraftwagen mit einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Antriebsstrang und/oder einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kupplungsanordnung.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
• Diese zeigen in:
• 1 eine hälftige Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung,
• 2 in einem Diagramm, bei dem die Abtriebsdrehzahl über die Antriebsdrehzahl der Kupplungsanordnung aufgetragen ist den kritischen Betriebsbereich (2/3-Bereich bzw. Slip-Heat-Area)
• 3 einen Ausschnitt aus einer eine Flüssigkeitsreibungskupplung und eine Reibscheibenkupplung umfassenden Kupplungsanordnung mit geöffneter Reibscheibenkupplung, insbesondere in einem kritischen Betriebszustand, und
• 4 die Kupplungsanordnung gemäß 3 bei zugeschalteter Reibscheibenkupplung, insbesondere im zweiten Betriebsmodus.
• In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
• In 1 ist ausschnittsweise ein Antriebsstrang mit einer Kupplungsanordnung 1 gezeigt. Eine Primärseite 2 der Kupplungsanordnung 1 ist drehfest verbunden mit einer Antriebswelle 3, die von einem nicht gezeigten Antriebsmotor, insbesondere einem Verbrennungsmotor, noch weiter bevorzugt in einem Kraftfahrzeug, angetrieben ist. Zur Übertragung des Drehmomentes von der Antriebswelle 3 bzw. der Primärseite 2 auf eine Sekundärseite 4 und damit auf ein nicht gezeigtes, mit der Sekundärseite 4 wirkverbundenes Nebenaggregat, beispielsweise ein Lüfterrad, weist die Kupplungsanordnung 1 sowohl eine Reibscheibenkupplung 5 als auch eine Flüssigkeitsreibungskupplung 6 auf, wobei die Flüssigkeitsreibungskupplung 6 mittels der Reibscheibenkupplung 5 für eine 1:1 Durchschaltung des Drehmomentes von der Primärseite 2 auf die Sekundärseite 4 überbrückbar ist. Konkret sind hier die Reibscheibenkupplung und die Flüssigkeitsreibungskupplung als gemeinsame Kupplung realisiert. Die Kupplungsanordnung 1 umfasst eine Steuereinheit 7 mit der ein elektromagnetisches Steuerventil 8 der Flüssigkeitsreibungskupplung sowie eine Reibscheibe 9 (Anker) der Reibscheibenkupplung 5 verstellbar ist. Das Steuerventil kann beispielsweise über einen Drehankermechanismus zum Öffnen und Schließen der Steuerventilöffnung umfassen, einen Klappanker oder einen axial verstellbaren Anker. In dem konkreten Ausführungsbeispiel ist sowohl zum Verstellen des Steuerventils 8 als auch zum Verstellen der Reibscheibe 9 eine gemeinsame bzw. einzige Elektromagnetanordnung 10 vorgesehen, wobei in einem unteren Spannungsbereich das Steuerventil, bevorzugt proportional, zum Verändern des Querschnitts einer Ventilöffnung des Steuerventils verstellbar ist und ab Überschreiten einer vorgegebenen Schließspannung die Reibscheibe 9 axial verstellbar bzw. schließbar und damit die Reibscheibenkupplung zum Überbrücken der Flüssigkeitsreibungskupplung betätigbar bzw. schließbar ist. Selbstverständlich ist es gemäß einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsvariante möglich, separate Elektromagnetanordnungen für das Steuerventil 8 und die Reibscheibe 9, welche axial verstellbar ist, vorzusehen.
• Bei Überschreiten einer vorgegebenen elektrischen Schließspannung ist die Reibscheibe 9 von der gezeigten geöffneten Position axial, hier in der Zeichnungsebene nach rechts gegen einen Reibabschnitt 11 bzw. Reibpartner der Sekundärseite 4 verstellbar und zwar entgegen der Federkraft bzw. Rückstellkraft einer Rückstellfeder 12, die primärseitig an einem drehfest mit der Antriebswelle 3 verbundenen Arm 13 (bzw. Primärscheibe) fixiert ist.
• Die Flüssigkeitsreibungskupplung 6 umfasst einen als Konstantscherspalt ausgebildeten Scherspalt 14 zwischen der Primärseite 2 und der Sekundärseite 4, wobei der Scherspalt 14 als Labyrinthspalt ausgebildet ist.
• Bei nicht-Zuschaltung der Reibscheibenkupplung 5 und gleichzeitig geöffnetem Steuerventil 8 kann Scherfluid 15, beispielsweise ein Viskoöl aus einem Reservoir 16, welches sich bevorzugt radial näher an der Antriebswelle 3 befindet als der Scherspalt 14, in axialer Richtung durch eine Ventilöffnung 17 strömen, die sich in dem konkreten Ausführungsbeispiel, jedoch nicht zwingend, in der Rückstellfeder 12 befindet und zwar in einen Kanal 18, der sich in radialer Richtung erstreckt. Der freie Strömungsquerschnitt der Ventilöffnung 17 ist mittels einer über einen Rotationsanker 26 verschwenkbaren Ventilplatte 27 des Steuerventils 8 einstellbar. Radial beabstandet zu der Ventilöffnung 17 befindet sich eine weitere Öffnung 19 in der Rückstellfeder, durch die hindurch das Scherfluid axial aus dem Kanal 18 strömen kann und von dort aus über einen in 1 nicht gezeigten, jedoch in 3 dargestellten Durchbruch 20 im Arm 13, so dass das Scherfluid dann in axialer Richtung in den als Labyrinthspalt ausgebildeten Scherspalt 14 mit konstant bleibender Spaltbreite einströmen kann. Der über das Steuerventil eingestellte Querschnitt der Ventilöffnung bestimmt den Fluidstand des Scherfluids im Scherspalt. Aus dem Scherspalt gelangt das Scherfluid dann in an sich bekannter Weise zurück in das Reservoir 16 und von dort aus wieder zum Steuerventil 17, mit anderen Worten wird das Scherfluid ständig im Kreislauf gefördert.
• Die Kupplungsanordnung 1, welche die Reibscheibenkupplung 5 und die Flüssigkeitsreibungskupplung 6 als integrale Bestandteile mit gemeinsamen Gehäuse enthält, kann über die Steuereinheit 7 in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden, in welchem das Drehmoment von der Primärseite auf die Sekundärseite ausschließlich über die Flüssigkeitsreibungskupplung übertragen wird und in einem zweiten Betriebsmodus, in dem die Flüssigkeitsreibungskupplung 6 überbrückt ist und das Drehmoment 1:1 über die Reibscheibenkupplung 5 von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragen wird.
• Die in 1 gezeigte Kupplungsanordnung 1 kann durch eine entsprechende Ausgestaltung der Steuereinheit 7 in einem sogenannten kritischen Bereich K (vgl. 2) betrieben werden. Der kritische Bereich K ist derjenige Bereich, in dem das Verhältnis zwischen der auf der Y-Achse des Diagramms gemäß 2 aufgetragenen Abtriebsdrehzahl n₁ und der auf der X-Achse aufgetragenen Antriebsdrehzahl n₂ in einem solchen Verhältnis steht, dass die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupplung größer ist als das Wärmeabfuhrvermögen, so dass sich das Scherfluid ständig weiter erwärmt. Wie aus 2 zu ersehen ist, ist gleichzeitig die Abtriebsdrehzahl größer als eine kritische Drehzahl n_K. Hier beträgt die kritische Drehzahl n_K beispielsweise 2000 U/min.
• In dem Diagramm gemäß 2 kennzeichnet eine untere Linie 21 eine minimale Abtriebsdrehzahl n₁ in Abhängigkeit der Antriebsdrehzahl n₂ und eine obere Linie 20 eine maximale Abtriebsdrehzahl n₂ in Abhängigkeit der Antriebsdrehzahl n₂.
• Zu erkennen ist, dass der auch als 2/3-Bereich oder Slip-Heat-Area gekennzeichnete kritische Bereich K eine sich in dem Diagramm n₁ über n₂ nach rechts öffnende bzw. gekippte, näherungsweise parabelförmige Form aufweist. In einem Bereich zwischen dem kritischen Bereich und der oberen Linie 22 kann eine Flüssigkeitsreibungskupplung aufgrund des vergleichsweise geringen Schlupfes gefahrlos betrieben werden. Hier ist die Verlustleistung geringer als das Wärmeabfuhrvermögen der Kupplungsanordnung. Auch ist ein Betreiben unterhalb des kritischen Bereichs K möglich, da hier die Scherfluidmenge im Scherspalt so gering ist, dass das Wärmeabfuhrvermögen ausreicht trotz des hohen Schlupfes, um eine unzulässige Erwärmung des Scherfluids zu vermeiden.
• Die Steuereinheit 7 ist nun so ausgebildet, dass die Kupplungsanordnung 1, genauer die Flüssigkeitsreibungskupplung 6 bewusst in den kritischen Bereich K betrieben wird und erst bei Eintreten mindestens einer Bedingung in den zweiten Betriebsmodus wechselt, in dem die Drehmomentübertragung über die Reibscheibenkupplung erfolgt.
• In den 3 und 4 ist ein Ausschnitt einer möglichen Ausgestaltungsvariante einer Kupplungsanordnung 1 gezeigt. Zu erkennen ist die axial verstellbare Reibscheibe 9 der nur ausschnittsweise dargestellten Reibscheibenkupplung 5, wobei die Reibscheibe 9 Bestandteil der Primärseite 2 ist. Ebenfalls Bestandteil der Primärseite 2 ist ein primärseitiger Teil des Scherspaltes 14. Die Primärseite 2 umfasst einen drehfest mit der nicht gezeigten Antriebswelle (vgl. 1) verbundenen Arm 13, der sowohl die Reibscheibe 9 als auch den primärseitigen Teil der Scherspaltbegrenzung, hier Labyrinthspaltbegrenzung trägt.
• Wie sich aus 3 ergibt, ist die Reibscheibe 9 durch eine entsprechende Bestromung einer nicht gezeigten Elektromagnetanordnung entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 12 axial verstellbar, die die Reibscheibe 9 mit dem Arm 13 (Primärscheibe) verbindet und die Reibscheibe 9 in Richtung Arm 13 kraftbeaufschlagt.
• In 3 ist das Reservoir 16 gezeigt, welches abschnittsweise von dem Arm 13 begrenzt ist und sich radial innerhalb des Scherspaltes 14 befindet.
• Zu erkennen ist in 3, dass sich in dem gezeigten, geschlossenen Zustand der Reibscheibenkupplung 5, die Rückstellfeder 12 mit der dem Reservoir zugewandten Seite an einen primärseitigen Widerlager 24 axial abstützt und so einen in 4 gezeigten Bypass 25 verschließt. In diesem Zustand muss also sämtliches Scherfluid vom Reservoir 16 über das Steuerventil, mit welchem der Durchfluss durch die Ventilöffnung 17 einstellbar ist, in den Scherspalt 14 schließen.
• Über eine Ventilöffnung 17 des nicht näher dargestellten Steuerventils, kann das Scherfluid in einen sich in radialer Richtung erstreckenden Kanal 18 strömen, der sich auf der dem Reservoir 16 abgewandten Seite der Rückstellfeder 12 befindet und von dieser begrenzt ist. Jedenfalls ist das Steuerventil so angeordnet, dass mit diesem, beispielsweise über eine Drehankermimik der freie Querschnitt der Öffnung 17 variierbar ist, insbesondere durch Bestromen der Elektromagnetanordnung zum Verstellen der Reibscheibe. In dem Kanal 18 strömt das Scherfluid in radialer Richtung nach außen hin zu einer weiteren, radial zur Ventilöffnung 17 beabstandeten Öffnung 19 in der Rückstellfeder 12 und gelangt von dort aus axial in einen Durchbruch 20 in dem den Scherspalt 14 begrenzenden Scheibenabschnitt 23 der Primärseite und durch diesen axial hindurch in den Scherspalt 14. Radial weiter außen gelangt das Scherfluid in einen nicht gezeigten, wieder zum Reservoir 16 führenden Kanal.
• Wird die Reibscheibe 9, wie in 4 gezeigt, in Richtung gegenüberliegendem Reibabschnitt der Sekundärseite (nicht gezeigt) verstellt und zwar entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder 12, hebt die Rückstellfeder 12 in axialer Richtung von dem Widerlager 24 ab und der Bypass 25 wird geöffnet, so dass Scherfluid unter Umgehung der Ventilöffnung 17 und des Kanals 18, ohne axial durch die Rückstellfeder 12 strömen zu müssen, direkt zum Durchbruch 20 und damit in den Scherspalt 14 strömen kann, um somit den Scherspalt 14 maximal und vor allem in kürzester Zeit zu füllen.
• Bezugszeichenliste

1

Kupplungsanordnung

2

Primärseite

3

Abtriebswelle

4

Sekundärseite

5

Reibscheibenkupplung

6

Flüssigkeitsreibungskupplung

7

Steuereinheit

8

Steuerventil

9

Reibscheibe

10

Elektromagnet

11

Reibabschnitt der Sekundärseite (Reibpartner für die Reibscheibe)

12

Rückstellfeder

13

primärseitiger Arm (Primärscheibe)

14

Scherspalt

15

Scherfluid

16

Reservoir

17

Ventilöffnung

18

Kanal

19

Öffnung

20

Durchbruch

21

untere Linie

22

obere Linie

23

Scheibenabschnitt

24

Widerlager

25

Bypass

26

Rotationsanker

27

Ventilplatte

Claims (15)

1. Verfahren zum Betreiben einer eine Flüssigkeitsreibungskupplung (6) sowie eine Reibscheibenkupplung (5) umfassende Kupplungsanordnung (1) zum Übertragen eines Drehmomentes von einer antriebsmotorseitigen Primärseite (2) auf eine nebenaggregatseitige Sekundärseite (4), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei in einem ersten Betriebsmodus ein Steuerventil (8) der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) zum Einstellen eines Scherfluidfüllzustandes in einem Scherspalt (14) der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) und damit einer Abtriebsdrehzahl der Sekundärseite (4) in Abhängigkeit einer Antriebsdrehzahl der Primärseite (2) angesteuert wird und wobei in einem zweiten Betriebszustand die Reibscheibenkupplung (5) geschlossen wird, wodurch die Flüssigkeitsreibungskupplung (6) überbrückt und die Sekundärseite (2) mit der Antriebsdrehzahl betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Betriebsmodus das Steuerventil (8) derart angesteuert wird, dass sich eine Abtriebsdrehzahl der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) einstellt, bei welcher sich die Flüssigkeitsreibungskupplung (5) in einem kritischen Betriebszustand, insbesondere im 2/3-Bereich, befindet in dem die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) größer ist als das Wärmeabfuhrvermögen und sich das Scherfluid (15) erwärmt und dass bei Eintreten mindestens einer Bedingung der zweite Betriebsmodus aktiviert und dadurch die Flüssigkeitsreibungskupplung (6) überbrückt und dadurch das Scherfluid (15) gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung zum Wechseln in den zweiten Betriebsmodus das Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen maximalen, insbesondere antriebs- oder abtriebsdrehzahlabhängigen, Betriebsdauer im ersten Betriebsmodus und/oder das Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen maximalen im Zusammenhang mit der Erwärmung des Scherfluids (15) stehenden Temperatur, insbesondere einer Scherfluidtemperatur oder einer Kupplungsanordnungsgehäusetemperatur ist oder umfasst.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung zum Wechseln in den zweiten Betriebsmodus das Abfallen der Abtriebsdrehzahl unter einen zulässigen, insbesondere antriebsdrehzahlabhängigen, Wert und/oder mit einer unzulässig großen Geschwindigkeit, vorzugsweise jeweils trotz vollständig geöffnetem Steuerventil (8), ist oder umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (1) nach Beendigung des ersten Betriebsmodus solange im zweiten Betriebsmodus gehalten wird, bis mindestens eine Rückfallbedingung erfüllt ist und dass nach Erfüllen der mindestens einen Rückfallbedingung die Kupplungsanordnung (1) wieder im ersten Betriebsmodus betrieben wird, vorzugsweise bis die mindestens eine erste Bedingung wieder erfüllt ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfallbedingung zum Zurückwechseln in den ersten Betriebsmodus aus dem zweiten Betriebsmodus das Erreichen oder Unterschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur, vorzugsweise einer Scherfluidtemperatur oder einer mit der Scherfluidtemperatur in einem Zusammenhang stehenden Temperatur, und/oder das Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen maximalen, insbesondere antriebs- oder abtriebsdrehzahlabhängigen, Betriebsdauer im zweiten Betriebsmodus ist oder umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere beim Wechseln von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus, ein, vorzugsweise einen größeren freien Strömungsquerschnitt als das maximal geöffnete Steuerventil (8) aufweisender, Bypass (25) geöffnet wird, über den Scherfluid (15) aus dem Reservoir (16) unter Umströmung eines Scherfluidweges über das Steuerventil (8) in den mindestens einen Scherspalt (14) der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) strömen kann.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (25) durch Verstellen einer, vorzugsweise als Scheibenfeder ausgebildeten, Rückstellfeder der Reibscheibenkupplung (5) zum Rückstellen einer Reibscheibe (9) der Reibscheibenkupplung (5), insbesondere bei Überschreiten einer elektrischen Schließspannung für die Reibscheibenkupplung (5) geöffnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (12) unmittelbar den Bypass (25) begrenzt und/oder bei geöffneter Reibscheibenkupplung (6) den Bypass (25) durch Abstützen an einem, insbesondere primärseitgen, Widerlagerabschnitt verschließt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem kritischen Betriebszustand die Abtriebsdrehzahl zwischen 60% und 90%, vorzugsweise zwischen 66 und 85%, noch weiter bevorzugt 70% bis 80% der Antriebsdrehzahl und/oder einer der Nenndrehzahl des Antriebsmotors, entspricht, und dass vorzugsweise die Antriebsdrehzahl oder die Nenndrehzahl, größer als 2000 U/min, weiter bevorzugt größer 2.500 U/min, besonders bevorzugt zwischen 2000 und 4000 U/min, noch weiter bevorzugt 2000 und 3000 U/min, ganz besonders bevorzugt 2.500 U/min und 3000 U/min beträgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem kritischen Betriebszustand die Verlustleitung der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) das Wärmeabfuhrvermögen um mindestens 10%, noch weiter bevorzugt mindestens 20%, noch weiter bevorzugt um mindestens 30%, besonders bevorzugt um mindestens 50%, ganz besonders bevorzugt um mindestens 75%, weiter bevorzugt um mindestens 100% überschreitet.
11. Kupplungsanordnung, umfassend eine Flüssigkeitsreibungskupplung (6) sowie eine Reibscheibenkupplung (5) zum Übertragen eines Drehmomentes von einer antriebsmotorseitigen Primärseite (2) auf eine nebenaggregatseitige Sekundärseite (4), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei die Kupplungsanordnung (1) eine, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildete, Steuereinheit (7) umfasst, mit denen die Kupplungsanordnung (1) in einem ersten und in einem davon unterschiedlichen zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, wobei in dem ersten Betriebsmodus ein Steuerventil (8) der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) zum Einstellen eines Scherfluidfüllzustandes in einem Scherspalt (14) der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) und damit einer Abtriebsdrehzahl der Sekundärseite (4) in Abhängigkeit einer Antriebsdrehzahl der Primärseite (2) ansteuerbar ist und wobei in einem zweiten Betriebszustand die Reibscheibenkupplung (5) schließbar ist, wodurch die Flüssigkeitsreibungskupplung (6) überbrückbar und die Sekundärseite (4) mit der Antriebsdrehzahl betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) derart ausgebildet ist, dass diese in dem ersten Betriebsmodus das Steuerventil (8) derart ansteuert, dass sich eine Abtriebsdrehzahl der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) einstellt, bei welcher sich die Flüssigkeitsreibungskupplung (6) in einem kritischen Betriebszustand, insbesondere im 2/3-Bereich, befindet in dem die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) größer ist als das Wärmeabfuhrvermögen und sich das Scherfluid (15) erwärmt und dass die Steuereinheit (7) bei Eintreten mindestens einer Bedingung den zweiten Betriebsmodus zum Überbrücken der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) und dadurch Kühlen des Scherfluids (15) aktivierend ausgebildet ist.
12. Kupplungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die, vorzugsweise einen Konstantscherspalt aufweisende, Flüssigkeitsreibungskupplung (6) und die Reibscheibenkupplung (5) Bestanteile einer gemeinsamen Kupplung sind und/oder dass ein verstellbarer Anker der Reibscheibenkupplung (5) und das Steuerventil (8) der Flüssigkeitsreibungskupplung (6) über eine gemeinsame Elektromagnetanordnung ansteuerbar sind.
13. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsreibungskupplung (6) einen Bypass (25) zum Bypassen des Steuerventils (8) aufweist und dass der, vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar von einer Rückstellfeder (12) Reibscheibenkupplung (6) verschließbare, Bypass (25) durch Betätigen, insbesondere Schließen, der Reibscheibenkupplung (6) öffenbar ist.
14. Antriebsstrang mit einem primärseitigen Antriebsmotor, insbesondere einem Verbrennungsmotor, und einem sekundärseitigen Nebenaggregat, insbesondere einem Lüfterrad, wobei der Antriebstrang zum Übertragen eines Drehmomentes von dem Antriebsmotor auf das Nebenaggregat eine Kupplungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13 aufweist.
15. Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang gemäß Anspruch 14 und/oder einer Kupplungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.

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