DE102014204336A1

DE102014204336A1 - Kupplungsbetätigungssystem zum Öffnen und/oder Schließen einer Reibungskupplung sowie Verfahren zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes

Info

Publication number: DE102014204336A1
Application number: DE201410204336
Authority: DE
Inventors: Jens Langanki
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2014-10-09

Abstract

Es ist ein Kupplungsbetätigungssystem zum Öffnen und/oder Schließen einer Reibungskupplung vorgesehen mit einem Rampensystem zum axialen Verlagern einer Anpressplatte einer Reibungskupplung, wobei das Rampensystem eine Eingangsrampe und eine relativ zur Eingangsrampe zur Veränderung einer axialen Erstreckung des Rampensystems verdrehbare Ausgangsrampe aufweist, und einer Vorsteuerkupplung zum Auslösen eines Verdrehens der Eingangsrampe relativ zur Ausgangsrampe infolge einer Differenzdrehzahl zwischen einem Drehmomenteinleitungselement, insbesondere Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors, und einem Drehmomentausleitungselement, insbesondere eine Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, wobei die Vorsteuerkupplung als Hydraulikaggregat mit einem regelbaren Durchflussregler zum Betätigen der Vorsteuerkupplung ausgestaltet ist. Die erforderlich Kraft zum Regeln des Durchflussreglers des Hydraulikaggregats ist über die Lebensdauer der Reibungskupplung im Wesentlichen konstant, so dass sich ein Verlauf des Widerstandsmoment beim Betätigen eines Kupplungspedals über die Lebensdauer der Reibungskupplung im Wesentlichen unabhängig vom Verschleißzustand der Reibungskupplung nicht oder nur unwesentlich ändert, was als guter Schaltkomfort verstanden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kupplungsbetätigungssystem zum Öffnen und/oder Schließen einer Reibungskupplung sowie ein Verfahren zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, mit deren Hilfe eine Reibungskupplung, insbesondere eine Anfahrkupplung zum Schalten von Getriebegängen eines Kraftfahrzeuggetriebes, betätigt werden kann.
Aus der DE 10 2006 028 645 A1 ist ein Kupplungsbetätigungssystem zum Betätigen einer Reibungskupplung bekannt. Das Kupplungsbetätigungssystem weist eine elektromagnetisch betätigbare Vorsteuerkupplung auf, welche mit einem Kugel-Rampe-System gekoppelt ist. Zum Betätigen der Reibungskupplung wird die elektromagnetische Vorsteuerkupplung über einen Elektromagneten mit einer in Schließrichtung der Vorsteuerkupplung wirkenden Betätigungskraft beaufschlagt. Bei Vorliegen einer Drehzahldifferenz zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite der Vorsteuerkupplung wird die der Vorsteuerkupplung zugewande Rampe des Kugel-Rampe-Systems verdreht, wodurch die der Reibungskupplung zugewandte Rampe in axialer Richtung weggedrückt wird. Die weggedrückte Rampe nimmt bei der axialen Bewegung eine Anpressplatte zum reibschlüssigen Schließen der Reibungskupplung mit, wodurch die Reibungskupplung geschlossen wird.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Schaltkomfort von Reibungskupplungen zu verbessern.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine Reibungskupplung mit einem guten Schaltkomfort ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Kupplungsbetätigungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Erfindungsgemäß ist ein Kupplungsbetätigungssystem zum Öffnen und/oder Schließen einer Reibungskupplung vorgesehen mit einem Rampensystem zum axialen Verlagern einer Anpressplatte einer Reibungskupplung, wobei das Rampensystem eine Eingangsrampe und eine relativ zur Eingangsrampe zur Veränderung einer axialen Erstreckung des Rampensystems verdrehbare Ausgangsrampe aufweist, und einer Vorsteuerkupplung zum Auslösen eines Verdrehens der Eingangsrampe relativ zur Ausgangsrampe infolge einer Differenzdrehzahl zwischen einem Drehmomenteinleitungselement, insbesondere Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors, und einem Drehmomentausleitungselement, insbesondere eine Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, wobei die Vorsteuerkupplung als Hydraulikaggregat mit einem regelbaren Durchflussregler zum Betätigen der Vorsteuerkupplung ausgestaltet ist.
Wenn die von der Vorsteuerkupplung des Kupplungsbetätigungssystems zu betätigende Reibungskupplung geöffnet ist, ist der Drehmomentfluss zwischen dem Drehmomenteinleitungselement, insbesondere eine Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors und/oder eines Ausgangsteils eines Drehschwingungsdämpfers zum Dämpfen und/oder Tilgen von Drehschwingungen einer Motorwelle eines Kraftfahrzeugmotors, und dem Drehmomentausleitungselement unterbrochen, so dass das Drehmomenteinleitungselement und das Drehmomentausleitungselement mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen. Ein Stator des Hydraulikaggregats kann mit dem Drehmomenteinleitungselement gekoppelt sein, während ein relativ zum Stator drehbarer Rotor des Hydraulikaggregats mit dem Drehmomentausleitungselement gekoppelt sein kann, oder umgekehrt, so dass die Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement zu einer Förderung von Fluid, insbesondere Hydrauliköl, innerhalb des Hydraulikaggregats führt. Diese Drehzahldifferenz kann bei einer entsprechenden Einstellung des Durchflussreglers mit Hilfe des als Hydraulikaggregats ausgestalteten Kupplungsbetätigungssystems ausgenutzt werden, um ein auf der Drehzahldifferenz basierendes Differenzmoment zu erzeugen. Der Durchflussregler kann den von dem Hydraulikaggregat geförderten Volumenstrom drosseln, so dass sich das Drehmomenteinleitungselement über das Hydraulikaggregat an dem Drehmomentausleitungselement abstützen kann, wodurch das Differenzmoment bereit gestellt werden kann. Mit Hilfe des Differenzmoments von der Vorsteuerkupplung können die Rampen des Rampensystems relativ zueinander verdreht werden, um über das Rampensystem eine Anpresskraft auf die Anpressplatte der Reibungskupplung auszuüben. Die Anpressplatte, oder mehrere miteinander gekoppelte Anpressplatten, können dadurch verlagert werden, so dass die Reibungskupplung geschlossen werden kann. Nach Beendigung des Schlupfbetriebs der Reibungskupplung sind die Drehzahlen des Drehmomenteinleitungselement und des Drehmomentausleitungselement miteinander synchronisiert, so dass eine Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement nicht mehr vorliegt. Das Rampensystem kann dann in der erreichten Stellung verharren, ohne dass über die Vorsteuerkupplung ein Moment und/oder eine Anpresskraft eingeleitet werden muss. Beispielsweise kann vorgesehen sein das Rampensystem in der geschlossenen Stellung der Reibungskupplung zu verspannen und/oder zu arretieren, um ein unbeabsichtigtes Öffnen der Reibungskupplung bei einem sich abbauenden Anpressdruck zu vermeiden. Ein innerhalb des Hydraulikaggregats aufgebauter Förderdruck kann dann abgebaut werden oder beispielsweise mit Hilfe eines Rückschlagventils zu einem Großteil gehalten werden.
Durch die Ausgestaltung der Vorsteuerkupplung als Hydraulikaggregat mit einem regelbaren Durchflussregler ist es möglich den Durchflussregler infolge der Betätigung eines Kupplungspedals zu verstellen. Die erforderlich Kraft zum Regeln des Durchflussreglers des Hydraulikaggregats ist über die Lebensdauer der Reibungskupplung im Wesentlichen konstant, so dass sich ein Verlauf des Widerstandsmoment beim Betätigen eines Kupplungspedals über die Lebensdauer der Reibungskupplung im Wesentlichen unabhängig vom Verschleißzustand der Reibungskupplung nicht oder nur unwesentlich ändert, was als guter Schaltkomfort verstanden wird. Insbesondere ist es nicht zwingend erforderlich die Kraft zur Betätigung der Reibungskupplung aus der mechanischen Energie beim Betätigen des Kupplungspedals gewinnen zu müssen. Stattdessen kann das Betätigen des Kupplungspedals beispielsweise mit geeigneten Sensoren detektiert und in elektrische Signale zur Ansteuerung des Durchflussreglers umgewandelt werden. Veränderungen im Verlauf der Anpresskraft beim Betätigen der Reibungskupplung und/oder durch Verschleißeffekte während der Lebensdauer der Reibungskupplung können von dem Widerstandsmoment beim Betätigen des Kupplungspedals entkoppelt werden, wodurch der Schaltkomfort beim Betätigen der Reibungskupplungen über die Lebensdauer der Reibungskupplung verbessert wird.
Die Rampen des Rampensystems können direkt aufeinander abgleiten oder über mindestens eine Kugel, einen Zylinder oder sonstiges drehbares Element relativ zueinander verdreht werden. Durch das Verdrehen der Rampen relativ zu einander kann sich der Abstand der von der jeweils anderen gegenüberliegenden Rampe wegweisenden Rückseiten der Eingangsrampe und der Ausgangsrampe verändern, so dass sich entsprechend die axiale Erstreckung des Rampensystems verringern beziehungsweise vergrößern kann. Vorzugsweise kann das Rampensystem sowohl bei einer positiven Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement als auch bei einer negativen Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement und dem Drehmomentausleitungselement seine axiale Erstreckung vergrößern. Hierzu können die jeweiligen Rampen beispielsweise zwei unter einem Winkel, insbesondere im Wesentlichen V-förmig, von einander weglaufende zur Radialebene angeschrägte Teilrampen vorgesehen sein, so dass ausgehend von einer Neutralstellung mit minimaler axialer Erstreckung des Rampensystems sowohl ein Verdrehen in die eine Umfangsrichtung als auch ein Verdrehen in die umgekehrte Umfangsrichtung zu einer Vergrößerung der axialen Erstreckung des Rampensystems führt. Die Teilrampen können direkt miteinander verbunden sein oder über einen nicht angeschrägten in der Radialebene verlaufenden Zwischenbereich miteinander verbunden sein. Die Teilrampen können im Wesentlichen spiegelbildlich ausgestaltet sein oder eine unterschiedliche Steigung und/oder Länge in Umfangsrichtung aufweisen. Besonders bevorzugt ist der maximale relative Verdrehwinkel der Eingangsrampe zu der Ausgangsrampe beispielsweise durch mindestens einen Anschlag begrenzt, wodurch beispielsweise eine Überschreitung eines maximalen Verschleißbereichs von Reibbelägen der Reibungskupplung vermieden werden kann. Vorzugsweise sind zumindest die rampenförmigen Teilbereiche der Eingangsrampe und der Ausgangsrampe identisch, insbesondere als Gleichteile, ausgeformt. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Anpressplatte der Reibungskupplung durch die Ausgangsrampe ausgebildet ist. Die Anpressplatte der Reibungskupplung kann einstückig mit der Ausgangsrampe des Rampensystems ausgebildet sein.
Insbesondere ist das von der Reibungskupplung maximal übertragbare Drehmoment durch die Ausgestaltung der Rampen des Rampensystems, beispielsweise mit Hilfe an geeigneten Stellen vorgesehenen Anschlägen, begrenzt. Eine Anpresskraft der Anpressplatte kann dadurch begrenzt werden. Das maximal übertragbare Drehmoment für den Zugbetrieb kann zu dem maximal übertragbaren Drehmoment für den Schubbetrieb unterschiedlich oder gleich sein. Insbesondere ist das maximal übertragbare Drehmoment für den Schubbetrieb geringer als für den Zugbetrieb. Eine unnötig hohe Belastung von Bauteilen im Antriebsstrang, insbesondere während des Schubbetriebs, kann dadurch vermieden werden, so dass insbesondre eine mögliche Beschädigung eines Drehschwingungsdämpfers, insbesondere Zweimassenschwungrad, vermieden wird.
Das Hydraulikaggregat kann beispielsweise als Flügelzellenmaschine, Sperrflügelmaschine, Axialkolbenmaschine der Schrägscheibenbauweise, Radialkolbenmaschine, Innenzahnradmaschine oder Zahnringmaschine ausgestaltet sein. Als von dem Hydraulikaggregat gefördertes Förderfluid kann insbesondere eine im Wesentlichen inkompressible Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder Öl, verwendet werden. Das Förderfluid kann insbesondere von dem Hydraulikaggregat im Kreis gefördert werden, vorzugsweise ohne damit andere Aggregate anzutreiben. Das Förderfluid kann dadurch innerhalb des Hydraulikaggregat eingekapselt sein und im Wesentlichen nicht mit der Umgebung außerhalb des Hydraulikaggregats in Kontakt treten. Vorzugsweise weist das Hydraulikaggregat einen Vorratsbehälter, beispielsweise einen Ölsumpf, auf, aus dem das Förderfluid heraus- und hineingefördert werden kann. Der Vorratsbehälter ist insbesondere derart dimensioniert und ausgeformt, dass bei jeder Drehzahl zwischen einem Stillstand und einer maximal zu erwartenden Drehzahl, insbesondere unter Berücksichtigung von Fliehkrafteffekten, eine Förderung von Förderfluid aus dem Vorratsbehälter gewährleistet ist.
Das Hydraulikaggregat kann insbesondere ein Überdruckventil zur Begrenzung des maximalen Förderdrucks aufweisen. Dadurch können plötzliche Drehmomentstöße („Impacts“) über das Überdruckventil abgefangen werden, so dass derartige Drehmomentspitzen allenfalls gedämpft übertragen werden. Eine unnötig hohe Anpresskraft der Anpressplatte kann dadurch vermieden werden, so dass die Reibungskupplung bei auftretenden plötzlichen Drehmomentstößen in der Art einer Überlastkupplung durchrutschen kann. Dadurch werden im Antriebsstrang nachfolgende Bauteile vor Überbelastungen geschützt.
Wenn die Reibungskupplung geschlossen ist, kann sich der Druck innerhalb des Hydraulikaggregats beispielsweise durch Leckage allmählich abbauen. Dadurch kann sich der Anpressdruck der Anpressplatte bis zur Schlupfgrenze abbauen. Sobald ein Schlupf in der Reibungskupplung auftritt, wird automatisch der Druck innerhalb des Hydraulikaggregats wieder aufgebaut und der Schlupfbetrieb umgehend wieder verlassen. Dadurch stellt sich bei der Anpressplatte automatisch an Anpressdruck ein, bei dem die Reibungskupplung in unmittelbarer Nähe der Schlupfgrenze des aktuell zu übertragenen Drehmoments betrieben wird. Wenn plötzliche Drehmomentstöße auftreten, kann die Reibungskupplung sofort in den Schlupfbetrieb wechseln und in der Art einer Überlastkupplung eine Übertragung eines zu hohen Drehmoments verhindern. Alternativ kann beispielsweise vorgesehen sein das Rampensystem in der geschlossenen Stellung der Reibungskupplung zu verspannen und/oder zu arretieren, um einen Schlupfbetrieb der Reibungskupplung bei einem sich abbauenden Druck innerhalb des Hydraulikaggregats zu vermeiden. Dadurch ist es nicht erforderlich einen bestimmten Mindestdruck innerhalb des Hydraulikaggregats aufrecht zu erhalten, um die Reibungskupplung geschlossen zu halten.
Der Durchflussregler des Hydraulikaggregats kann insbesondere den Durchfluss des von dem Hydraulikaggregat geförderten Förderfluids beeinflussen, vorzugsweise drosseln. Es ist auch möglich den Durchfluss des Förderfluids auf Null zu drosseln, das heißt zu unterbrechen. Hierzu kann beispielsweise eine Veränderung des Strömungsquerschnitts mit Hilfe eines Ventils vorgesehen sein. Der Strömungsquerschnitt kann beispielsweise mit Hilfe einer verformbaren Membran und/oder einer veränderbaren Blende und/oder einen in den Strömungsquerschnitt einschiebbaren Schieber erfolgen. Zusätzlich oder alternativ können die rheologischen Eigenschaften des Förderfluids verändert werden. Beispielsweise kann das Förderfluid eine elektrorheologische Flüssigkeit sein, dessen dynamische Viskosität und damit die innere Reibung durch ein magnetisches und/oder elektrisches Feld beeinflusst werden kann.
Die Reibungskupplung, die von dem Kupplungsbetätigungssystems betätigt werden soll, ist insbesondere eingangsseitig mit dem Drehmomenteinleitungselement und ausgangsseitig mit dem Drehmomentausleitungselement drehfest verbunden. Im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung ist das Drehmomenteinleitungselement mit dem Drehmomentausleitungselement gekuppelt, so dass gegebenenfalls nach einem zwischenzeitlichen Schlupfbetrieb, die Drehzahl des Drehmomenteinleitungselements im Wesentlichen der Drehzahl des Drehmomentausleitungselements entspricht. Gegebenenfalls weist die Reibungskupplung ein Drehschwingungsdämpfer, beispielsweise einen Kupplungsscheibendämpfer, auf, so dass die Drehzahl des Drehmomentausleitungselements um das Ausmaß der durch den Drehschwingungsdämpfer erreichten Drehschwingungsdämpfung von der Drehzahl des Drehmomenteinleitungselements leicht abweichen kann. Die Nenndrehzahl des Drehmomenteinleitungselements und die Nenndrehzahl des Drehmomentausleitungselements können im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung im Wesentlichen übereinstimmen, wobei unter der Nenndrehzahl eine Drehzahl verstanden wird, die für auftretende Drehschwingungen einen Mittelwert darstellt. Die Reibungskupplung wird insbesondere als Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet, insbesondere um eine Motorwelle eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes zu koppeln.
Insbesondere ist zwischen der Vorsteuerkupplung und der Eingangsrampe ein Planetengetriebe zur Übersetzung einer von der Vorsteuerkupplung an die Ausgangsrampe übertragenen Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Reibungskupplung ausgebildet. Das Planetengetriebe weist insbesondere Funktionselemente in Form einer Sonne, eines Hohlrads und mindestens eines mit der Sonne und dem Holrad kämmenden Planetenrads, das von einem Planetenträger drehbar gelagert wird, auf. Ein für die gewünschte Übersetzung beziehungsweise Untersetzung geeignetes Funktionselement kann mit der Eingangsrampe des Rampensystems verbunden sein, während ein anderes Funktionselement mit einer Ausgangsseite der Vorsteuerkupplung verbunden sein kann. Über die Dimensionierung des Durchmessers des Sonnenrads, des Planetenrads sowie des Innendurchmessers des Hohlrads kann ein geeignetes Übersetzungsverhältnis vorgegeben werden. Gegebenenfalls kann ein Funktionselement undrehbar festgehalten und/oder mit und/oder ohne Schlupf wahlweise gebremst werden, um ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis einstellen und/oder wahlweise verändern zu können. Das Planetengetriebe ist insbesondere derart ausgestaltet und/oder mit dem Rampensystem und der Vorsteuerkupplung verbunden, dass eine von der Vorsteuerkupplung eingeleitete Drehzahl untersetzt wird und an dem Rampensystem eine im Vergleich zu der von der Vorsteuerkupplung eingeleiteten Drehzahl geringere Drehzahl ankommt und gleichzeitig ein von der Vorsteuerkupplung eingeleitetes Drehmoment übersetzt wird und an dem Rampensystem eine im Vergleich zu dem von der Vorsteuerkupplung eingeleiteten Drehmoment größeres Drehmoment ankommt, wodurch eine Übersetzung einer von der Vorsteuerkupplung an die Ausgangsrampe übertragenen Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Reibungskupplung erfolgt.
Durch das Planetengetriebe ist es möglich das über die Vorsteuerkupplung eingeleitete Differenzmoment zu verstärken, so dass ein entsprechend erhöhtes Drehmoment an dem Rampensystem ankommt und eine entsprechend erhöhte Anpresskraft generiert werden kann. Dies bedeutet, dass ein entsprechend geringeres Differenzmoment von der Vorsteuerkupplung aufgenommen werden muss, um eine gewünschte Anpresskraft zu erzeugen. Die Vorsteuerkupplung kann dadurch für ein geringeres zu übertragendes Drehmoment ausgelegt werden und entsprechend kleiner dimensioniert werden. Beispielsweise kann das Hydraulikaggregat für einen geringeren zu fördernden Volumenstrom ausgelegt sein. Dies ermöglicht es beispielsweise die Vorsteuerkupplung radial innerhalb der Reibungskupplung vorzusehen, wobei sich die Vorsteuerkupplung und die Reibungskupplung insbesondere in radialer Richtung betrachtet zumindest teilweise in einem axialen Bereich überlappen können. Der Bauraumbedarf kann dadurch reduziert werden. Gleichzeitig kann durch das Planetengetriebe eine Untersetzung der über die Vorsteuerkupplung in das Rampensystem eingeleiteten Drehzahl erreicht werden, so dass die von dem Rampensystem verlagerte Anpressplatte entsprechend langsamer und vorsichtiger beim Schließen der Reibungskupplung bewegt werden kann. Ein harter Reibkontakt mit einem plötzlichen Drehmomentstoß kann dadurch vermieden oder zumindest gedämpft werden. Insbesondere wenn die Reibungskupplung als Anfahrkupplung zum Schalten von Getriebegängen eines Kraftfahrzeuggetriebes verwendet wird, kann ein plötzlicher Drehmomentschlag auf die Getriebeeingangswelle vermieden werden. Durch die von dem Planetengetriebe erreichbare Untersetzung der Drehzahl kann das Schließen der Reibungskupplung sanfter erfolgen, was als guter Schaltkomfort verstanden wird.
Vorzugsweise ist die Eingangsrampe als Hohlrad des Planetengetriebes ausgestaltet. Der Rampenbereich der Eingangsrampe kann zumindest teilweise nach radial außen weisen, so dass die Eingangsrampe sehr leicht als geschlossener Ring ausgestaltet werden kann, der eine nach radial innen weisende Verzahnung zur Ausbildung des Hohlrads aufweisen kann. Dadurch kann ein sowieso vorhandenes Bauteil verwendet werden ein Funktionselement des Planetengetriebes auszubilden ohne für dieses Funktionselement ein separates Bauteil vorzusehen. Der Bauraumbedarf sowie die Bauteileanzahl kann dadurch gering gehalten werden.
Besonders bevorzugt weist die Vorsteuerkupplung ein Eingangselement und ein mit Hilfe des Durchflussreglers hydrodynamisch mit dem Eingangselement koppelbares Ausgangselement auf, wobei das Ausgangselement mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes drehfest verbunden ist. Das Sonnenrad kann einstückig mit dem Ausgangselement ausgestaltet werden, so dass der Bauraumbedarf sowie die Bauteileanzahl gering gehalten werden kann, um das Planetengetriebe vorzusehen. Die Vorsteuerkupplung kann insbesondere im Vergleich zu den Reibflächen der Reibungskupplung radial weiter innen positioniert werden, so dass ein geringer Bauraumbedarf erreicht ist und eine besonders leichte Anbindung an das Sonnenrad gelingen kann.
Insbesondere weist das Planetengetriebe mindestens ein mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad des Planetengetriebes kämmendes Planetenrad auf, wobei das Planetenrad drehbar an einem Kupplungsdeckel der Reibungskupplung gelagert ist, wobei insbesondere der Kupplungsdeckel drehfest mit dem Drehmomenteinleitungselement verbindbar ist. Ein gesonderter vorgesehener Planetenträger kann vermieden werden, indem für diese Funktion ein sowieso vorgesehener Kupplungsdeckel verwendet wird. Beispielsweise kann das Planetenrad einen in dem Kupplungsdeckel drehbar gelagerten Bolzen aufweisen und/oder der Kupplungsdeckel weist einen mit dem Kupplungsdeckel drehfest, insbesondere einstückig, verbundenen Bolzen auf, um den das Planetenrad rotieren kann. Eine Bremsvorrichtung, welche einen separat ausgeführten Planetenträger bremst und mit der Bewegung des Drehmomenteinleitungselements koppelt, kann eingespart werden. Hierzu ist es ausreichend, dass der Kupplungsdeckel beispielsweise durch eine drehfeste Befestigung mit einer Gegenplatte der Reibungskupplung drehfest mit dem Drehmomenteinleitungselement gekoppelt ist.
Vorzugsweise weist entweder die Vorsteuerkupplung, insbesondere das Eingangselement der Vorsteuerkupplung, ein erstes Verbindungsmittel zur drehfesten Verbindung mit dem Drehmomentausleitungselement auf, während die Ausgangsrampe des Rampensystems ein zweites Verbindungsmittel, insbesondere Steckverzahnung, zur drehfesten Verbindung mit dem Drehmomenteinleitungselement aufweist, oder die Ausgangsrampe des Rampensystems weist ein erstes Verbindungsmittel, insbesondere Steckverzahnung, zur drehfesten Verbindung mit dem Drehmomentausleitungselement auf, während die Vorsteuerkupplung, insbesondere das Eingangselement der Vorsteuerkupplung ein zweites Verbindungsmittel zur drehfesten Verbindung mit dem Drehmomenteinleitungselement aufweist. Dadurch ist sichergestellt, dass bei gedrosselter Vorsteuerkupplung und geöffneter Reibungskupplung ein Differenzmoment an dem Rampensystem zur Verdrehung der Eingangsrampe relativ zur Ausgangsrampe anliegen kann. Das Eingangselement, insbesondere ein Rotor des Hydraulikaggregats, kann beispielsweise über eine Flanschverbindung oder eine Steckverzahnung mit dem Drehmomentausleitungselement drehfest verbunden sein.
Besonders bevorzugt weist die Vorsteuerkupplung ein Eingangselement, ein mit Hilfe des Durchflussreglers hydrodynamisch mit dem Eingangselement koppelbares Ausgangselement und ein das Eingangselement und das Ausgangselement aufnehmendes Gehäuse auf, wobei das Gehäuse entweder mit dem Drehmomenteinleitungselement oder dem Drehmomentausleitungselement, insbesondere über einen Kupplungsdeckel, gekoppelt ist. Das Hydraulikaggregat kann dadurch mitdrehend ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Gehäuse mit dem Ausgangselement gekoppelt sein und/oder mit dem Ausgangselement einstückig ausgeführt sein, so dass eine Relativdrehung zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangselement vermieden ist.
Insbesondere ist die Ausgangsrampe mittelbar oder unmittelbar mit einer Rückdrehfeder zum Verdrehen der Ausgangsrampe in eine definierte Ausgangsposition bei fehlender Anpresskraft verbunden, wobei insbesondere die Reibungskupplung in der definierten Ausgangsposition der Ausgangsrampe geöffnet ist. Wenn die Reibungskupplung geöffnet werden soll, kann ein Förderdruck innerhalb des Hydraulikaggregats der Vorsteuerkupplung im Wesentlichen vollständig abgebaut werden, so dass sich die Rampen des Rampensystems nicht mehr über die gedrosselte Vorsteuerkupplung abstützen können. Durch die Federkraft der Rückdrehfeder kann die Ausgangsrampe relativ zur Eingangsrampe zurückgedreht werden, so dass die axiale Erstreckung des Rampensystems verringert werden kann und die Reibungskupplung geöffnet wird. Hierzu kann die Rückdrehfeder, die beispielsweise in der Art eines Momentenfühlers ausgestaltet sein kann, eine in tangentialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung wirkende Federkraft auf die Ausgangsrampe ausüben und dadurch ein geeignetes Rückdrehmoment bereitstellen. Ferner ist es möglich, dass die Rückdrehfeder, beispielsweise ausgestaltet als Blattfeder, eine Federkraft auf die Anpressplatte in eine Öffnungsrichtung der Reibungskupplung ausübt, so dass die Anpressplatte eine axiale Kraft auf die Ausgangsrampe ausübt, wodurch die Ausgangsrampe zur Verringerung der axialen Erstreckung des Rampensystems verdreht werden kann. Vorzugsweise kann mit Hilfe der Rückdrehfeder die Anpressplatte der Reibungskupplung bei einer fehlenden Anpresskraft in eine geöffnete Stellung gedrückt werden oder das Rampensystem und/oder die Vorsteuerkupplung in einer zur geöffneten Stellung der Reibungskupplung korrespondierende Stellung gedrückt werden. Dadurch kann ein Restmoment, das bei geöffneter Reibungskupplung durch das geförderte Fluid des im Wesentlichen ungedrosselten Hydraulikaggregats der Vorsteuerkupplung generiert werden kann, abgetragen werden, ohne dass ein unbeabsichtigtes Schließen der Reibungskupplung erfolgen kann. Das von dem Federelement aufgebrachte an der Vorsteuerkupplung anliegende Rückstellmoment ist insbesondere mindestens so groß wie das maximal mögliche Restmoment des Hydraulikaggregats oder mindestens 1%, insbesondere mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10% größer, wobei das Rückstellmoment insbesondere maximal 15%, vorzugsweise maximal 10% und besonders bevorzugt maximal 5% größer als das maximal mögliche Restmoment des Hydraulikaggregats ist.
Vorzugsweise weist der Durchflussregler ein, insbesondere federbelastetes, Regelelement auf, wobei das Regelelement in einem nicht angesteuerten Zustand einen maximal möglichen Durchfluss für den Durchflussregler einstellt. Dadurch kann in dem Fall, dass kein Stellsignal dem Durchflussregler zugeführt wird, mit Hilfe ihrer Federkraft das Regelelement in eine definierte Position positionieren, beispielsweise um eine „normally open“- oder „normally closed“-Stellung der Vorsteuerkupplung und vorzugsweise dadurch auch für die Reibungskupplung vorzusehen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kupplungsaggregat mit einer Reibungskupplung zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, wobei die Reibungskupplung eine Gegenplatte zum Einleiten eines Drehmoments und eine relativ zur Gegenplatte verlagerbare Anpressplatte zum reibschlüssigen Verpressen einer Kupplungsscheibe zwischen der Gegenplatte und der Anpressplatte zum Ausleiten des Drehmoments aufweist, und einem Kupplungsbetätigungssystem, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum Verlagern der Anpressplatte. Die erforderlich Kraft zum Regeln des Durchflussreglers des Hydraulikaggregats ist über die Lebensdauer der Reibungskupplung im Wesentlichen konstant, so dass sich ein Verlauf des Widerstandsmoment beim Betätigen eines Kupplungspedals über die Lebensdauer der Reibungskupplung im Wesentlichen unabhängig vom Verschleißzustand der Reibungskupplung nicht oder nur unwesentlich ändert, was als guter Schaltkomfort des Kupplungsaggregats verstanden wird.
Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors, einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes und einem Kupplungsaggregat, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum Kuppeln der Antriebswelle mit der Getriebeeingangswelle. Die erforderlich Kraft zum Regeln des Durchflussreglers des Hydraulikaggregats ist über die Lebensdauer der Reibungskupplung im Wesentlichen konstant, so dass sich ein Verlauf des Widerstandsmoment beim Betätigen eines Kupplungspedals über die Lebensdauer der Reibungskupplung im Wesentlichen unabhängig vom Verschleißzustand der Reibungskupplung nicht oder nur unwesentlich ändert, was als guter Schaltkomfort des Antriebsstrangs verstanden wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes mit Hilfe einer Reibungskupplung, bei dem ein durch eine Drehzahldifferenz zwischen der Antriebswelle und der Getriebeeingangswelle erzeugtes Differenzmoment mit Hilfe eines Kupplungsbetätigungssystem, das insbesondere wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, hydraulisch erzeugt wird, wobei insbesondere das Differenzmoment übersetzt wird bevor das Differenzmoment zum Betätigen der Reibungskupplung verwendet wird.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1: eine schematische Prinzipdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems,
2: eine schematische Schnittansicht einer als Hydraulikpumpe ausgestalteten Vorsteuerkupplung des Kupplungsbetätigungssystems aus 1 und
3: eine schematische Schnittansicht einer Reibungskupplung mit dem Kupplungsbetätigungssystem aus 1.
Das in 1 stark schematisch dargestellte Kupplungsbetätigungssystem 10 ist zwischen einem mit einem Kraftfahrzeugmotor 12 gekoppelten Drehmomenteinleitungselement 14, beispielsweise eine Kurbelwelle, eine Ausgangsseite eines Drehschwingungsdämpfers oder ein Kupplungsdeckel 16 einer Reibungskupplung 18, und einem mit einem Kraftfahrzeuggetriebe 20 gekoppelten Drehmomentausleitungselement 22, beispielsweise eine Getriebeeingangswelle, vorgesehen. Das Kupplungsbetätigungssystem 10 weist eine als Hydraulikaggregat ausgestaltete Vorsteuerkupplung 24 auf, deren geförderter Volumenstrom mit Hilfe eines regelbaren Durchflussreglers 26 insbesondere im Wesentlichen stufenlos geregelt, insbesondere gedrosselt, werden kann. Eine Förderung des Förderfluids erfolgt bei einer Drehzahldifferenz zwischen dem Drehmomenteinleitungselement 14 und dem Drehmomentausleitungselement 22 automatisch, da in diesem Fall auch ein als Rotor des Hydraulikaggregat 24 ausgestaltetes Eingangselement 28 relativ zu einem als Stator des Hydraulikaggregat 24 ausgestaltetes Ausgangselement 30 verdreht wird. Das Hydraulikaggregat weist ein Gehäuse 32 auf, in dem das Eingangselement 28 und das Ausgangselement 30 gelagert sind, um das Förderfluid zu fördern. Bei geöffneter Reibungskupplung 18 kann der Durchflussregler 26 ein von dem Hydraulikaggregat 24 gefördertes Förderfluid drosseln, um über das Ausgangselement 30 ein Differenzmoment abzugeben.
Das Ausgangselement 30 der Vorsteuerkupplung 24 ist beispielsweise über das Gehäuse 32 mit einem Sonnenrad 36 eines Planetengetriebes 38 verbunden. Das Sonnenrad 36 kämmt mit mindestens einem Planetenrad 40, das von einem durch den Kupplungsdeckel 16 der Reibungskupplung 18 ausgebildeten Planetenträger 42 drehbar gelagert ist und mit einem Hohlrad 44 kämmt.
Das Hohlrad 44 des Planetengetriebes 38 ist mit einer Eingangsrampe 46 eines Rampensystems 48 verbunden. Die Eingangsrampe 46 ist an einer Seite über ein Lager 50 an dem Drehmomenteinleitungselement 14 und an der gegenüberliegenden die Rampenform ausbildenden Seite über eine Kugel 52 an einer Ausgangsrampe 54 mit einer korrespondierenden Rampenform abgestützt. Mit Hilfe einer beispielsweise als Blattfeder ausgestalteten Rückdrehfeder 55 kann die Ausgangsrampe 54 in eine definierte Ausgangsposition zurückgedreht werden, wenn kein von der Vorsteuerkupplung 24 eingeleitetes Moment zum Verdrehen der Rampen 46, 54 anliegt.
Wie in 3 dargestellt ist die Ausgangsrampe 54 des Rampensystems 48 mit einer Anpressplatte 56 der Reibungskupplung 18 eines Kupplungsaggregats 58 verbunden oder sogar einstückig ausgeführt. Bei einer Relativdrehung der Eingangsrampe 46 zur Ausgangsrampe 54 kann sich die axiale Erstreckung des Rampensystems 48 vergrößern, so dass die Anpressplatte 56 in axialer Richtung auf eine mit dem Kupplungsdeckel 16 fest verbundene Gegenplatte 60 zu verlagert werden kann, um mindestens eine Kupplungsscheibe 62 gegebenenfalls mit Hilfe zwischengeschalteter Zusatzanpressplatten 64 reibschlüssig zu verpressen und dadurch die Reibungskupplung 18 zu schließen. Das über den Kupplungsdeckel 16 und die Gegenplatte 60 ankommende Drehmoment des Kraftfahrzeugmotors 12 kann dann über einen Kupplungsscheibenträger 66, der gegebenenfalls einen Scheibendämpfer 68 aufweisen kann, an eine Getriebeeingangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes 20 übertragen werden.
Die in 2 dargestellte Vorsteuerkupplung 24 kann beispielsweise als ein Hydraulikaggregat in Form einer Zahnradpumpe ausgestaltet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 32 mit dem als Stator ausgebildeten Ausgangselement 30 drehfest verbunden, so dass über eine von dem Gehäuse 32 abstehende Nabe 70 das Ausgangselement 30 mit dem Sonnenrad 36 des Planetengetriebes 38 verbunden werden kann. Zwischen dem als Rotor ausgestalteten Eingangselement 28 und dem Ausgangselement 30 ist ein Ölraum 72 ausgebildet. Der Ölraum 72 ist an einer von dem Gehäuse 32 offen gelassenen Axialseite durch eine Steuerscheibe 74 abgedeckt, wobei die Steuerscheibe sowohl an der Saugseite als auch an der Druckseite mindestens eine Öffnung aufweist, die über einen Spaltraum 76, der zwischen der Steuerscheibe 74 und einer Membran 78 ausgebildet ist, miteinander verbunden sind. Durch die Steuerscheibe 74 und die Membran 78 wird der Durchflussregler 26 ausgebildet. Die Membran 78 kann beispielsweise als Regelelement des Durchflussreglers 26 gegen die Steuerscheibe 74 gedrückt werden, wodurch sich der Strömungsquerschnitt des Spaltraums 76 verringert und eine Drosselung des geförderten Volumenstroms des Förderfluids erreicht wird.
Bezugszeichenliste

10: Kupplungsbetätigungssystem
12: Kraftfahrzeugmotor
14: Drehmomenteinleitungselement
16: Kupplungsdeckel
18: Reibungskupplung
20: Kraftfahrzeuggetriebe
22: Drehmomentausleitungselement
24: Vorsteuerkupplung
26: Durchflussregler
28: Eingangselement
30: Ausgangselement
32: Gehäuse
36: Sonnenrad
38: Planetengetriebe
40: Planetenrad
42: Planetenträger
44: Hohlrad
46: Eingangsrampe
48: Rampensystem
50: Lager
52: Kugel
54: Ausgangsrampe
55: Rückdrehfeder
56: Anpressplatte
58: Kupplungsaggregat
60: Gegenplatte
62: Kupplungsscheibe
64: Zusatzanpressplatte
66: Kupplungsscheibenträger
68: Scheibendämpfer
70: Nabe
72: Ölraum
74: Steuerscheibe
76: Spaltraum
78: Membran

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006028645 A1 [0002]

Claims

Kupplungsbetätigungssystem zum Öffnen und/oder Schließen einer Reibungskupplung (18), mit einem Rampensystem (48) zum axialen Verlagern einer Anpressplatte (56) einer Reibungskupplung (18), wobei das Rampensystem (48) eine Eingangsrampe (46) und eine relativ zur Eingangsrampe (46) zur Veränderung einer axialen Erstreckung des Rampensystems (48) verdrehbare Ausgangsrampe (54) aufweist, und einer Vorsteuerkupplung (24) zum Auslösen eines Verdrehens der Eingangsrampe (46) relativ zur Ausgangsrampe (54) infolge einer Differenzdrehzahl zwischen einem Drehmomenteinleitungselement (14), insbesondere Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors (12), und einem Drehmomentausleitungselement (22), insbesondere eine Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes (20), wobei die Vorsteuerkupplung (24) als Hydraulikaggregat mit einem regelbaren Durchflussregler (26) zum Betätigen der Vorsteuerkupplung (24) ausgestaltet ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorsteuerkupplung (24) und der Eingangsrampe (46) ein Planetengetriebe (38) zur Übersetzung einer von der Vorsteuerkupplung (24) an die Ausgangsrampe (54) übertragenen Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Reibungskupplung (16) ausgebildet ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsrampe (46) als Hohlrad (44) des Planetengetriebes (38) ausgestaltet ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerkupplung (24) ein Eingangselement (28) und ein mit Hilfe des Durchflussreglers (26) hydrodynamisch mit dem Eingangselement (28) koppelbares Ausgangselement (30) aufweist, wobei das Ausgangselement (30) mit einem Sonnenrad (36) des Planetengetriebes (38) drehfest verbunden ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (38) mindestens ein mit einem Sonnenrad (36) und einem Hohlrad (44) des Planetengetriebes (38) kämmendes Planetenrad (40) aufweist, wobei das Planetenrad (40) drehbar an einem Kupplungsdeckel (16) der Reibungskupplung (18) gelagert ist, wobei insbesondere der Kupplungsdeckel (16) drehfest mit dem Drehmomenteinleitungselement (14) verbindbar ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Vorsteuerkupplung (24), insbesondere das Eingangselement (28) der Vorsteuerkupplung (24), ein erstes Verbindungsmittel zur drehfesten Verbindung mit dem Drehmomentausleitungselement (22) aufweist, während die Ausgangsrampe (54) des Rampensystems (48) ein zweites Verbindungsmittel, insbesondere Steckverzahnung, zur drehfesten Verbindung mit dem Drehmomenteinleitungselement (14) aufweist, oder die Ausgangsrampe (54) des Rampensystems (48) ein erstes Verbindungsmittel, insbesondere Steckverzahnung, zur drehfesten Verbindung mit dem Drehmomentausleitungselement (22) aufweist, während die Vorsteuerkupplung (24), insbesondere das Eingangselement (28) der Vorsteuerkupplung (24) ein zweites Verbindungsmittel zur drehfesten Verbindung mit dem Drehmomenteinleitungselement (14) aufweist.
Kupplungsbetätigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerkupplung (24) ein Eingangselement (28), ein mit Hilfe des Durchflussreglers (26) hydrodynamisch mit dem Eingangselement (28) koppelbares Ausgangselement (30) und ein das Eingangselement und das Ausgangselement aufnehmendes Gehäuse (32) aufweist, wobei das Gehäuse (32) entweder mit dem Drehmomenteinleitungselement (14) oder dem Drehmomentausleitungselement (22), insbesondere über einen Kupplungsdeckel (16), gekoppelt ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsrampe (54) mittelbar oder unmittelbar mit einer Rückdrehfeder (55) zum Verdrehen der Ausgangsrampe (54) in eine definierte Ausgangsposition bei fehlender Anpresskraft verbunden ist, wobei insbesondere die Reibungskupplung (18) in der definierten Ausgangsposition der Ausgangsrampe (54) geöffnet ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussregler (26) ein, insbesondere federbelastetes, Regelelement (78) aufweist, wobei das Regelelement (78) in einem nicht angesteuerten Zustand einen maximal möglichen Durchfluss für den Durchflussregler (26) einstellt.
Verfahren zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors (12) mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes (20) mit Hilfe einer Reibungskupplung (18), bei dem ein durch eine Drehzahldifferenz zwischen der Antriebswelle und der Getriebeeingangswelle erzeugtes Differenzmoment mit Hilfe eines Kupplungsbetätigungssystem (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, hydraulisch erzeugt wird, wobei insbesondere das Differenzmoment übersetzt wird bevor das Differenzmoment zum Betätigen der Reibungskupplung (18) verwendet wird.