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Die Erfindung betrifft ein Fluidsystem zum Betätigen einer Kupplung, mit einer Kupplungsbetätigungseinrichtung, die mit einer durch einen Antrieb angetriebenen Fluidpumpe in fluidischer Wirkverbindung steht. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betätigen einer Kupplung mit Hilfe eines derartigen Fluidsystems.
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Aus der europäischen Patentschrift
EP 1 236 918 B1 ist ein Kupplungssystem mit einer unter Vermittlung einer Hydraulik-Pumpenanordnung betätigbaren Kupplungseinrichtung bekannt, wobei die Pumpenanordnung in direkter Wirkverbindung mit wenigstens einem Nehmerzylinder verbunden und so eingerichtet ist, dass durch Beeinflussung der Pumpenanordnung ein Druckniveau und damit ein Betätigungszustand direkt einstellbar ist, wobei die Pumpenanordnung wenigstens eine von einem Pumpenantrieb antreibbare Pumpe aufweist, deren Fördervolumenstrom hinsichtlich der Größe, oder/und der Förderrichtung einstellbar ist durch entsprechende Ansteuerung des Pumpenantriebs oder/und durch Verstellen eines den Pumpenantrieb mit der Pumpe verbindenden Koppelmechanismus oder/und durch Verstellen der Pumpe.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Betätigen von Kupplungen zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einem Fluidsystem zum Betätigen einer Kupplung, mit einer Kupplungsbetätigungseinrichtung, die mit einer durch einen Antrieb angetriebenen Fluidpumpe in fluidischer Wirkverbindung steht, dadurch gelöst, dass dem Antrieb der Fluidpumpe eine Bremseinrichtung zugeordnet ist. Die Fluidpumpe wird zum Beispiel über einen Elektromotor angetrieben. Mit Hilfe der Bremseinrichtung kann der Antrieb der Fluidpumpe vorteilhaft so beeinflusst werden, dass ein Haltestrom bei betätigter Kupplung reduziert wird.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung einen Fluidraum mit mindestens einer Wirkfläche umfasst, die mechanisch in Wirkverbindung mit dem Antrieb der Fluidpumpe steht. Die Fluidpumpe ist zum Beispiel durch einen Elektromotor über eine Antriebswelle mechanisch angetrieben. Über die Wirkfläche beziehungsweise ein geeignetes Konstruktionselement kann auf einfache Art und Weise eine Bremskraft auf rotierende Pumpenbauteile oder Antriebswellen aufgebracht werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidraum über eine Steuerleitung mit einem Ausgangsdruck der Fluidpumpe beaufschlagt ist. Dadurch wird die Steuerung beziehungsweise Regelung der Bremseinrichtung in dem Fluidsystem erheblich vereinfacht. In der Steuerleitung kann vorteilhaft ein fluidischer Widerstand, zum Beispiel in Form einer Dämpfungsblende, angeordnet sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Fluidpumpe einen Elektromotor umfasst, der, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Getriebes, mechanisch mit der Fluidpumpe gekoppelt ist. Eine Antriebswelle des Elektromotors ist vorteilhaft mechanisch mit einem Antriebselement der Fluidpumpe, wie einem Rotor, gekoppelt. Über das optionale Getriebe kann die Drehzahl der Fluidpumpe verändert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpe als Verstellpumpe mit einem verstellbaren Fördervolumen ausgeführt ist. Die Verstellpumpe kann zum Beispiel als Flügelzellenpumpe oder als Kolbenpumpe mit einem variablen Hub ausgeführt sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelleinrichtung zum Verstellen des Fördervolumens der Fluidpumpe über eine Steuerleitung mit einem Ausgangsdruck der Fluidpumpe beaufschlagt ist. Dadurch wird das Steuern beziehungsweise Regeln des Fördervolumens der Fluidpumpe erheblich vereinfacht. In der Steuerleitung kann vorteilhaft ein fluidischer Widerstand, zum Beispiel in Form einer Dämpfungsblende, angeordnet sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Fluidsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpe als Reversierpumpe ausgeführt ist. Die Reversierpumpe ist vorteilhaft in entgegengesetzten Förderrichtungen betreibbar.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betätigen einer Kupplung mit Hilfe eines vorab beschriebenen Fluidsystems. Die Fluidpumpe ist zum Beispiel als Flügelzellenpumpe oder als Kolbenpumpe mit einem variablen Hub ausgeführt. Über eine Hubverstellung der Fluidpumpe wird in Abhängigkeit eines Ausgangsdrucks der Fluidpumpe, der auch in der Kupplungsbetätigungseinrichtung herrscht, das Fördervolumen oder Hubvolumen der Fluidpumpe beeinflusst.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpe beim Öffnen und Schließen der Kupplung mit einem anderen Fördervolumen, insbesondere einem größeren Fördervolumen, betrieben wird als bei einer Übertragung von Drehmoment durch die Kupplung. Mit dem größeren Fördervolumen oder Hubvolumen kann die Kupplung schnell auf einen so genannten Tastpunkt gebracht werden. Nach Erreichen des Tastpunkts kann mit einem relativ kleinen Fördervolumen beziehungsweise Hubvolumen ein relativ großer Druck aufgebracht werden, um eine sichere Übertragung eines gewünschten Drehmoments zu ermöglichen. Mit dieser Maßnahme kann der erforderliche Pumpenantrieb klein und energiesparend gehalten werden. Das vorab beschriebene Verfahren bezieht sich auf eine normalerweise geöffnete Kupplung. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber analog auch für normalerweise geschlossene Kupplungen angewendet werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Fluidpumpe abgebremst wird, sobald bei Übertragung von Drehmoment durch die Kupplung ein Zielmoment erreicht ist. Dadurch kann vorteilhaft ein erforderlicher Haltestrom des Pumpenantriebs erheblich reduziert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer vereinfachten Kupplungskennlinie;
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2 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Fluidsystems;
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3 ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer vereinfachten Kennlinie einer Hubverstellung und
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4 ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer vereinfachten Kennlinie einer Antriebsbeeinflussung.
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Die Erfindung betrifft generell das Betätigen von Kupplungen, insbesondere das Betätigen von automatisierten Kupplungen in Getrieben von Kraftfahrzeugen.
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In 1 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse und einer y-Achse dargestellt. Auf der x-Achse ist ein Weg s, insbesondere ein Betätigungsweg einer Kupplung, in einer geeigneten Wegeinheit aufgetragen. Auf der y-Achse ist eine Kraft FA, insbesondere eine Betätigungskraft der Kupplung, in einer geeigneten Krafteinheit aufgetragen.
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Eine in 1 gestrichelt dargestellte Kupplungskennlinie steigt, ausgehend vom Koordinatenursprung, zunächst relativ flach an. In dem flachen Ast der Kupplungskennlinie wird die Kupplung geschlossen und geöffnet. Danach steigt die Kupplungskennlinie relativ steil an. In dem steilen Ast der Kupplungskennlinie erfolgt eine Übertragung von Drehmoment. Das in 1 gezeigte Beispiel betrifft eine normalerweise offene Kupplung. Grundsätzlich sind das erfindungsgemäße System und Verfahren aber auch in Verbindung mit normalerweise geschlossenen Kupplungen anwendbar.
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In 2 ist ein Fluidsystem mit einem Fluidbehälter 1 und mit einer Fluidpumpe 4 vereinfacht dargestellt. Der Fluidbehälter 1 enthält ein Fluid, insbesondere ein Hydraulikmedium, wie Hydrauliköl oder Bremsflüssigkeit. Das Hydraulikmedium aus dem Fluidbehälter 1 wird mit Hilfe der Fluidpumpe 4, die zum Beispiel als Flügelzellenpumpe oder Kolbenpumpe ausgeführt ist, zu einer Kupplungsbetätigungseinrichtung 5 gefördert. Die mit dem Hydraulikmedium betriebene Fluidpumpe 4 wird auch als Hydraulikpumpe bezeichnet.
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Die Kupplungsbetätigungseinrichtung 5 umfasst einen Fluidzylinder, insbesondere einen Hydraulikzylinder, in welchem ein Kolben mit einem Ausgangsdruck der Fluidpumpe 4 beaufschlagt ist. Der Kolben arbeitet gegen eine Federlast (durch die Kupplung gegeben) und ist über ein Koppelelement mit einer durch ein Rechteck mit einem Buchstaben K angedeuteten Kupplung gekoppelt.
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Über das Koppelelement wird in Abhängigkeit von dem Druck in den Fluidzylinder eine Betätigungskraft auf die Kupplung K aufgebracht. An einer Verzeigung 8 zwischen einem Ausgang der Fluidpumpe 4 und der Kupplungsbetätigungseinrichtung 5 herrscht der Ausgangsdruck der Fluidpumpe 4, der auch in dem Fluidzylinder der Kupplungsbetätigungseinrichtung 5 herrscht.
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Die Fluidpumpe 4 ist über einen Antrieb 10 angetrieben. Der Antrieb 10 umfasst einen Elektromotor 12 mit einer variablen Drehzahl. Der Elektromotor 12 ist unter Zwischenschaltung eines optionalen Getriebes 15 antriebsmäßig mit der Fluidpumpe 4 verbunden.
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Dem Antrieb 10 der Fluidpumpe 4 ist eine Bremseinrichtung 20 zugeordnet. Die Bremseinrichtung 20 umfasst einen Fluidraum mit einer Wirkfläche, die gegen eine Feder vorgespannt ist. Die Wirkfläche ist zur Darstellung einer Bremse über ein Koppelelement mit einer Reibfläche reibschlüssig mit einer Antriebswelle des Elektromotors 12 verbindbar. Über die reibschlüssige Verbindung kann der Antrieb 10 der Fluidpumpe 4 abgebremst werden.
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Der Fluidraum der Bremseinrichtung 20 ist über eine Steuerleitung 21 mit dem Ausgangsdruck der Fluidpumpe 4 beaufschlagt. In der Steuerleitung 21 ist vorteilhaft ein hydraulischer Widerstand 22 in Form einer Dämpfungsblende angeordnet.
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Die Fluidpumpe 4 ist als Verstellpumpe mit einem variablen Hub beziehungsweise einem variablen Fördervolumen ausgeführt. Der Hub beziehungsweise das Fördervolumen der Fluidpumpe 4 ist durch eine Stelleinrichtung 25 verstellbar. Die Stelleinrichtung 25 umfasst zum Beispiel einen Fluidzylinder mit einem Kolben, der gegen eine optionale Feder arbeiten kann. Der Kolben ist über eine Kolbenstange verstellmäßig mit der Fluidpumpe gekoppelt. Die Stelleinrichtung 25 der Fluidpumpe 4 ist über eine Steuerleitung 26 mit dem Ausgangsdruck der Fluidpumpe 4 beaufschlagt. In der Steuerleitung 26 ist vorteilhaft ein hydraulischer Widerstand 27 in Form einer Dämpfungsblende angeordnet.
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Die hubvariable Fluidpumpe 4, die zum Beispiel als Flügelzellenpumpe oder als Kolbenpumpe ausgeführt ist, wird über die Stelleinrichtung 25 in Abhängigkeit des Drucks in der Kupplungsbetätigungseinrichtung 5 in ihrem Hubvolumen oder Fördervolumen beeinflusst. Der Druck ergibt sich über das geförderte/geschobene Fluidvolumen aus der in 1 dargestellten Kupplungskennlinie.
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Im flachen Ast der Kupplungskennlinie wird in der Regel ein großes Hubvolumen eingestellt. Im steilen Ast der Kupplungskennlinie aus 1 wird dagegen ein kleineres Hubvolumen eingestellt. Dadurch kann erreicht werden, dass bei verhältnismäßig kleinen Aktordrücken ein schnelles Verfahren der Kupplung, zum Beispiel auf einen sogenannten Tastpunkt, möglich wird. Bei höheren Aktordrücken wird vorteilhaft eine Übertragung eines geforderten Drehmoments ermöglicht, ohne dass die Antriebsleistung für die Fluidpumpe 4 unerwünscht groß wird.
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Durch eine geeignete Wahl der Hubverstellung, zum Beispiel in Abhängigkeit von einer Federcharakteristik, von Wirkflächen und von Hebelverhältnissen, kann ein Übergang zwischen den Übersetzungen an den Verlauf der Kupplungskennlinie angepasst werden. Wenn ein gewünschtes Zielmoment der Kupplung erreicht ist, kann die Fluidpumpe 4 oder der Antrieb 10 der Fluidpumpe 4 über die Bremseinrichtung 20 gebremst werden. Dadurch kann ein erforderlicher Haltestrom des Pumpenantriebs 10 erheblich reduziert werden.
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Das optionale Getriebe 15 kann bei der Dimensionierung von Komponenten der Fluidpumpe 4 und/oder des Pumpenantriebs 10 nützlich sein.
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Die Ansteuerung der Stelleinrichtung 25 erfolgt über die Steuerleitung 26. Die Ansteuerung der Bremseinrichtung 20 erfolgt über die Steuerleitung 21. Über eine geeignete Auslegung von Wirkflächen, Federn und Anschlägen lassen sich auf einfache Art und Weise vorteilhafte Einstellungen des Hubvolumens und der Bremswirkung am Pumpenantrieb 10 darstellen.
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3 zeigt ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse und einer y-Achse. Auf der x-Achse ist ein Weg, insbesondere der Betätigungsweg der Kupplung, in einer geeigneten Wegeinheit aufgetragen. Auf der y-Achse ist der Hub beziehungsweise das Hubvolumen oder Fördervolumen Vth der Fluidpumpe 4 beispielhaft in Form einer gestrichelt angedeuteten Kennlinie aufgetragen.
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In 4 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse und einer y-Achse dargestellt. Auf der x-Achse ist ein Weg, insbesondere der Betätigungsweg der Kupplung in einer geeigneten Wegeinheit aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Bremskraft FETA beziehungsweise Antriebsbeeinflussung beispielhaft in einer geeigneten Einheit aufgetragen.
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In den 3 und 4 sieht man, dass sich die Zustände für Vth und FETA ab einem definierten Kupplungseinrückweg s deutlich verändern. Abweichend von der Darstellung der 3 und 4 können auch andere Zusammenhänge zwischen den Kennlinien realisiert werden.
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Anders als dargestellt, können die Stelleinrichtung 25 und die Bremseinrichtung 20 auch unabhängig vom Kupplungsbetätigungsdruck betrieben werden. Über geeignete Subaktoren können die Einrichtungen 20 und 25, zum Beispiel elektrisch, mechanisch oder hydraulisch, über ein Steuergerät frei angesteuert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluidbehälter
- 4
- Fluidpumpe
- 5
- Kupplungsbetätigungseinrichtung
- 8
- Verzweigung
- 10
- Antrieb
- 12
- Elektromotor
- 15
- Getriebe
- 20
- Bremseinrichtung
- 21
- Steuerleitung
- 22
- hydraulischer Widerstand
- 25
- Stelleinrichtung
- 26
- Steuerleitung
- 27
- hydraulischer Widerstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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