DE102014216810A1

DE102014216810A1 - Kupplungsbetätigungsvorrichtung mit stufenlosem Getriebe

Info

Publication number: DE102014216810A1
Application number: DE102014216810.4A
Authority: DE
Inventors: Dominik Herkommer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-02-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung (1) zur Betätigung einer von einer Kraftmaschine (2) antreibbaren Kupplung (5) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges, welche Kupplung (5) wenigstens eine gegenüber einer Gegendruckplatte verstellbare Anpressplatte aufweist, wobei die Anpressplatte mit der Betätigungseinrichtung zusammenwirkt und zwischen einer eingekuppelten Stellung und einer ausgekuppelten Stellung verstellbar ist, wobei die Betätigungseinrichtung (1) eine mittels der Kraftmaschine (2) des Kraftfahrzeugs angetriebene Pumpe (9) aufweist, die zum Verstellen der Anpressplatte ein die Stellung der Anpressplatte gegenüber der Gegendruckplatte beeinflussendes Druckniveau erzeugt, wobei die Pumpe (9) über ein selbsteinstellendes stufenloses Getriebe (8) mit der Kraftmaschine (2) gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Kupplungs- oder Getriebeanordnung mit einer solchen Betätigungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Betätigung einer Kupplung (5) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges mittels einer solchen Betätigungsvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung einer von einer Kraftmaschine antreibbaren Kupplung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges, etwa eines PKW, LKW, Bus oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs, welche Kupplung wenigstens eine gegenüber einer Gegendruckplatte verstellbare Anpressplatte aufweist, wobei die Anpressplatte mit einer hydraulischen Betätigungseinrichtung zusammenwirkt und zwischen einer eingekuppelten Stellung und einer ausgekuppelten Stellung verstellbar ist, zum Beispiel hin und her bewegbar ist, und wobei die Betätigungseinrichtung zumindest eine mittels der Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetriebene Pumpe oder hydraulische Antriebseinheit aufweist, die zum Verstellen der Anpressplatte ein die Stellung der Anpressplatte gegenüber der Gegendruckplatte beeinflussendes Druckniveau erzeugt.
Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. In der EP 1 236 918 B1 ist zum Beispiel ein Kupplungssystem offenbart, das eine Kupplungseinrichtung, insbesondere für die Anordnung in einem Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe, aufweist. Auch umfasst das Kupplungssystem eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Kupplungseinrichtung auf hydraulischem Wege vermittels wenigstens eines hydraulischen Nehmerzylinders der Kupplungseinrichtung, wobei die Betätigungseinrichtung eine Einrichtung zum Bereitstellen von Hydraulikmedium auf einem einstellbaren, über den Nehmerzylinder den Betätigungszustand der Kupplungseinrichtung bestimmenden Druckniveau aufweist. Die Einrichtung zum Bereitstellen von Hydraulikmedium weist eine hinsichtlich eines Abgabedrucks oder/und einer Fördermenge oder/und einer Förderrichtung beeinflussbare Pumpenanordnung auf, die eingerichtet ist, durch Beeinflussung der Pumpenanordnung das Druckniveau und damit der Betätigungszustand einzustellen.
Aus einer bislang nicht offengelegten Anmeldung der Anmelderin ist ein Kupplungsmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einer Kupplungseinrichtung und einer Betätigungseinrichtung bekannt. Die Kupplungseinrichtung ist von einer Ausgangswelle einer Verbrennungskraftmaschine antreibbar und weist eine verstellbare Anpressplatte auf. Die Betätigungseinrichtung weist einen Betätigungskolben und eine mittels eines Leitungssystems hydraulisch mit dem Betätigungskolben verbundene Pumpe auf. Die Pumpe ist so in einem mit einer Gegendruckplatte der Kupplungseinrichtung drehfest verbundenen Pumpenaufnahmegehäuse aufgenommen, dass sie in zumindest einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine durch Zusammenwirkung mit der Ausgangswelle angetrieben ist. Der Betätigungskolben ist derart mit zumindest einer Hochdruckleitung mit der Pumpe verbunden, dass die Anpressplatte in Abhängigkeit eines durch die Pumpe erzeugten Druckniveaus in der Hochdruckleitung zwischen einer ausgekuppelten Stellung und einer eingekuppelten Stellung verschiebbar ist, wobei in dem Leitungssystem eine das Druckniveau in der Hochdruckleitung beeinflussende, den Leitungsquerschnitt reduzierende Querschnittsbegrenzungseinrichtung angeordnet ist.
Aus einer weiteren bislang nicht offengelegten Anmeldung der Anmelderin ist eine Kupplungsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges bekannt, mit wenigstens einer vorzugsweise in einer axialen Richtung der Kupplungsvorrichtung beweglichen Anpressplatte, wobei die Anpressplatte mit einem Betätigungskolben einer Betätigungseinrichtung zusammenwirkt und zwischen einer eingekuppelten Stellung und einer ausgekuppelten Stellung hin und her bewegbar ist, und wobei die Betätigungseinrichtung eine Pumpe mit einer Pumpenantriebswelle aufweist und zur Verstellung der Anpressplatte ein die Stellung des Betätigungskolbens beeinflussendes Druckniveau steuert, wobei die Pumpenantriebswelle derart mit einer Bremseinrichtung in zumindest einem aktivierten Zustand der Bremseinrichtung zusammenwirkt, dass die Pumpe zum Beaufschlagen des Betätigungskolbens mit einem ersten Druckniveau durch die Pumpenantriebswelle angetrieben ist.
Aus der DE 100 34 735 A1 ist ein Verfahren zum Steuern des Betriebs von wenigstens einem Nebenaggregat einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei das Nebenaggregat von der Brennkraftmaschine über ein Getriebe mit variabler Übersetzung angetrieben wird, wobei ferner das Getriebe derart gesteuert wird, dass ein vorbestimmtes Antriebsmoment nicht überschritten wird.
Bei bekannten Systemen und Verfahren ist es von Nachteil, dass bei direkter Koppelung einer Pumpe an einen Antriebsstrang die Pumpe auf einen sehr weiten Drehzahlbereich ausgelegt werden muss, was in der Regel zum einen zu einer schlechten Dynamik bei niedrigen Drehzahlen und zum anderen zu hohen Verlusten bei hohen Drehzahlen führt. Bei Verwendung einer Vollhydraulik mit Druckspeicher kann in der Regel das energetische Optimum nicht erreich werden, da das Fluid immer über den maximalen Betätigungsdruck gebracht werden muss.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsvorrichtung bereit zu stellen, bei der die vorgenannten Nachteile bekannter Systeme vermieden oder reduziert werden und insbesondere die Verlustleistung von antriebsgekoppelten Pumpen zur Aktuierung der Kupplung gegenüber dem Stand der Technik reduziert ist.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Kupplungsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Pumpe oder zumindest eine Pumpe und/oder zumindest ein anderer Verbraucher über ein selbsteinstellendes stufenloses Getriebe, auch als CVT bezeichnet, mit der Verbrennungskraftmaschine / Kraftmaschine gekoppelt ist. Bei dem Getriebe handelt es sich vorzugsweise um ein mechanisches Getriebe. Es kann insbesondere ein Umschlingungsgetriebe oder ein Wälzkörpergetriebe sein.
Durch Einsatz des Getriebes kann eine Spreizung der Antriebsdrehzahl, wie sie bei einem Antriebe der Pumpe, wie auch anderer Verbraucher, mittels eines Kfz-Antriebsmotors in der Regel vorliegt, verringert oder sogar vermieden werden. Anders ausgedrückt kann mittels des CVT die Drehzahl der Pumpe unabhängig von der Drehzahl der Kraftmaschine konstant oder wenigstens konstanter als bei Systemen nach dem Stand der Technik gehalten werden. Die Übersetzung zwischen der Kraftmaschine und der mit dieser gekoppelten Pumpe ist durch Verwendung des CVT abhängig von der Drehzahl der Kraftmaschine und vorzugsweise derart ausgewählt, gesteuert oder geregelt, dass die Pumpendrehzahl konstant oder weitgehend konstant ist. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass die Pumpe gezielt auf eine bestimmte Nenndrehzahl oder einen bestimmten Nenndrehzahlbereich optimiert ausgelegt werden kann, so dass die Verlustleistung bei antriebsgekoppelten Pumpen oder anderen Verbrauchern, bei denen der Verlust üblicherweise mit steigender Drehzahl überproportional ansteigt, erheblich verringert werden kann.
Eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung kann als Bausatz aus einer Kupplung, insbesondere einer Reibungskupplung/Reibkupplung, und einem Kupplungsaktor bezeichnet werden. Die Kupplung kann als Einzel- oder Doppelkupplungsmodul, jeweils als Trockenkupplung oder Nasskupplung ausgebildet sein. Die Kupplungsvorrichtung nach der Erfindung wird vorzugsweise für eine zu kuppelnde Anordnung eines automatisierten Schaltgetriebes (ASG), eines Parallelschaltgetriebes (PSG), in der Regel ein Doppelkupplungsgetriebe, eines elektrischen Schaltgetriebes (ESG) sowie weiterer Getriebe und ähnlicher Einheiten verwendet.
Anders ausgedrückt wird mit der Erfindung zur Reduzierung der Verlustleistung von z. B. antriebsgekoppelten Pumpen zur PSG-Aktuierung (Kupplungs- und/oder Getriebeaktorik) vorgeschlagen, ein selbsteinstellendes CVT zu verwenden, um bei allen Motordrehzahlen oder über einen möglichst weiten Motordrehzahlbereich eine möglichst konstante die Pumpendrehzahl zu erreichen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Vorzugsweise ist eine Eingangswelle des Getriebes mit der Kraftmaschine gekoppelt und eine Ausgangswelle des Getriebes mit der Pumpe gekoppelt. Nach einer Ausführungsform weist das Getriebe einen Fliehkraftregler auf bzw. ist sein Übersetzungsverhältnis mittels eines Fliehkraftreglers einstellbar. Dieser kann entweder die Eingangsdrehzahl oder die Ausgangsdrehzahl des Getriebes aufnehmen und zur Verstellung, Regelung oder Steuerung der Übersetzung des Getriebes nutzen. Der Fliehkraftregler kann insbesondere die Drehzahl der Eingangswelle oder die Drehzahl der Ausgangswelle zu diesem Zweck aufnehmen.
Bei einer Ausführungsform weist das Getriebe eine mit einem Fluid gefüllte und mit der Eingangsdrehzahl oder der Ausgangsdrehzahl, vorzugsweise mit der Eingangswelle oder der Ausgangswelle, rotierende Kammer auf. Der Fluiddruck in dieser Kammer wirkt auf ein Stellglied, das aufgrund dessen relativpositioniert wird, insbesondere auf der Eingangswelle bzw. der Ausgangswelle in deren jeweiliger Axialrichtung relativpositioniert wird. Das in der Kammer aufgenommene Fluid rotiert zusammen mit dieser und wird durch die aufgrund dieser Rotation auf es ausgeübten Fliehkraft radial nach außen gedrückt. Anders ausgedrückt ist das Fluid einem zur Fliehkraft proportionalen Druck ausgesetzt. Je höher die Drehzahl ist, mit der die Kammer rotiert, desto größer werden die auf das in der Kammer aufgenommene Fluid wirkenden Fliehkräfte und der damit im Fluid vorliegende Druck. Dieser drehzahlabhängige Druck wirkt auf das Stellglied, das infolgedessen relativpositioniert wird. Anders ausgedrückt ist die Position des Stellglieds von dem auf dieses wirkenden Fluiddrucks und damit von der Drehzahl der Kammer abhängig. Es ist von besonderem Vorteil, wenn in den Flüssigkeitsräumen Lamellen so angebracht sind, dass die Flüssigkeit bei Drehzahländerungen schnell mitgenommen wird.
Das Stellglied kann insbesondere relativ zu Eingangswelle oder zur Ausgangswelle in deren jeweiliger Axialrichtung positioniert werden. In besonders vorteilhafter Weise ist das Stellglied eine drehfest jedoch axialverschieblich auf der entsprechenden Welle angeordnete Kegelscheibe. Zwischen dieser und einer weiteren drehfest auf der jeweiligen Welle angeordneten Kegelscheibe, die axialverschieblich oder -fest zu Welle sein kann, ist ein Umschlingungsmittel aufgenommen. Die Kegelscheiben sind derart zueinander positioniert, dass ihre geneigten Flächen einander zugewandt sind. Anders ausgedrückt ist das Umschlingungsmittel in einem zwischen den beiden Kegelscheiben ausgebildeten V-förmigen, sich nach radial außen erweiternden Spalt von drehzahlabhängig variabler Spaltbreite aufgenommen. Das Umschlingungsmittel weist vorzugsweise entsprechend der Neigung der Kegelscheiben ausgebildete Seitenflächen auf, steht mit den beiden Stellgliedern bzw. Kegelscheiben in Reibschluss und wird dadurch angetrieben. Es steht mit zumindest einer weiteren, komplementären Triebscheibe, die auf der anderen Welle (Eingangswelle bzw. Ausgangswelle) drehfest angeordnet ist, in Eingriff und überträgt die Leistung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. Die komplementäre Triebscheibe(n) kann (können) entsprechend den zuvor beschriebenen Stellgliedern bzw. Kegelscheiben ausgebildet und auf der entsprechenden Welle angeordnet sein. Wird der Spalt zwischen den Kegelscheiben, wandert das Umschlingungsmittel aufgrund seiner konstanten Breite in radialer Richtung nach außen, bei einer Verringerung der Spaltbreite nach innen. Anders ausgedrückt wird der radiale Abstand des Umschlingungsmittels von der jeweiligen Welle durch die Positionierung der beiden Kegelscheiben zueinander bestimmt. Die komplementären Kegelscheiben werden jeweils konträr zueinander positioniert. Beispielsweise hat eine Verringerung der Spaltbreite zwischen den Kegelscheiben auf der Eingangswelle einen größeren Abstand (Radius) des Umschlingungsmittels von der Eingangswelle zur Folge. Der Abstand (Radius) des Umschlingungsmittels von der Ausgangswelle verringert sich aufgrund der konstanten Länge des Umschlingungsmittels in entsprechendem Maß, wobei sich der Abstand der auf der Ausgangswelle angeordneten Kegelscheiben entsprechend vergrößert.
Nach einer anderen Ausführungsform kann das Getriebe zumindest einen Wälzkörper, insbesondere einen kugelförmigen Wälzkörper, aufweisen. Dieser rollt auf der Eingangswelle (oder einem mit diesem rotierenden Bauteil) und auf der Ausgangswelle (oder einem mit diesem rotierenden Bauteil) und auf einem Stator ab. Vorzugsweise rotiert der Stator, der auch als Zentralkörper, Käfig, Sonne bezeichnet werden kann, relativ zum Getriebe nicht.
Da der Wälzkörper auf dem fixen Stator abrollt, sind die Drehzahlen der gleichfalls auf dem Wälzkörper abrollenden Eingangswelle und Ausgangswelle bestimmt. Entspricht die Drehzahl der Eingangswelle der Drehzahl der Ausgangswelle ist der Wälzkörper nicht geneigt und seine Rotationsachse ist parallel zu den Wellenachsen (bei gleichen Rollbahnradien von Eingangswelle Ausgangswelle). Durch eine Neigung der Rotationsachse des Wälzkörpers kann nun bewirkt werden, dass die Eingangswelle mit einer anderen Drehzahl rotiert als die Ausgangswelle, da der Abstand der jeweiligen Rollbahnen auf dem Wälzkörper unterschiedlich ist. Je nachdem wie groß die Neigung der Rotationsachse des Wälzkörpers und damit das Verhältnis der Abstände der Rollbahnen von dieser sind, wird die Übersetzung des Getriebes eingestellt.
Der Wälzkörper ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sein Schwerpunkt von seiner geometrischen Mitte, insbesondere von seiner geometrischen Mitte entlang seiner Rotationsachse, beabstandet ist. Insbesondere liegt der Schwerpunkt des Wälzkörpers auf der der Eingangswelle gegenüberliegenden Seite seiner geometrischen Mitte. Infolgedessen wirkt bei einem Abrollen des Wälzkörpers auf der Eingangswelle sowie der Ausgangswelle, wobei er eine Rotation um diese beiden Wellen vollführt, aufgrund von Fliehkräften ein Drehmoment (auch als Kippmoment bezeichnet) auf den Wälzkörper, das dessen Verkippen um eine Achse tangential zu seiner Rollbahn bewirkt. Das Kippmoment wird bewirkt durch die Zentripetalkraft mit dem Abstand des Schwerpunkts von der geometrischen Mitte als Hebel. Durch die Ausbildung des Wälzkörpers mit einem Schwerpunkt außerhalb seiner geometrischen Mitte wirkt auf den Wälzkörper ein Kippmoment, dessen Größe von der Umlaufgeschwindigkeit des Wälzkörpers abhängt. Steigt zum Beispiel die Drehzahl der Eingangswelle aufgrund eines Ansteigens der Drehzahl der Kraftmaschine an, beginnt der Wälzkörper zunächst ebenfalls schneller im Getriebe umzulaufen, da er auf der Eingangswelle abrollt. Infolge des Abrollens des Wälzkörpers auf dem Stator und der Ausgangswelle hätte das zur Folge, dass die Drehzahl der Ausgangswelle ebenfalls anstiege. Proportional mit dem Anwachsen der Drehzahl der Eingangswelle und dem damit verbunden schnelleren Umlaufen des Wälzkörpers steigt auch das auf diesen wirkende Kippmoment, wodurch sich die Neigung des Wälzkörpers relativ zu Eingangswelle und Ausgangswelle ändert. Liegt der Schwerpunkt des Wälzkörpers auf der der Eingangswelle gegenüberliegenden Seite seiner geometrischen Mitte, kippt der Wälzkörper derart, dass sich der Abstand der Eingangswellenrollbahn von der Rotationsachse des Wälzkörpers verringert, während sich der Abstand der Ausgangswellenrollbahn davon vergrößert. Aufgrund des Abrollverhältnisses von Wälzkörper, Eingangswelle, Ausgangswelle und Stator zueinander hat so ein Ansteigen der Eingangswellendrehzahl je nach Kippwinkel des Wälzkörpers ein weniger starkes Ansteigen, ein Konstant bleiben oder gar ein Absinken der Ausgangswellendrehzahl zur Folge.
Nach einer Ausführungsform hat der Wälzkörper eine Wälzkörperwelle, die zum Wälzkörper lagefixiert ist. Lagefixiert in diesem Sinne bedeutet, dass die Wälzkörperwelle in allen Bewegungsgraden fixiert ist, zumindest jedoch derart lagefixiert ist, dass nur eine Relativrotation um die Wellenachse möglich ist. In besonders einfacher und vorteilhafter Weise kann der Wälzkörper nun mit einem exzentrischen Schwerpunkt versehen werden, indem an der an einer Seite des Wälzkörpers ein Masseelement angeordnet ist, vorzugsweise auf der der Eingangswelle gegenüber liegenden Seite.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn der Wälzkörper mit einem Wälzkörperkäfig oder einer Wälzkörperhalterung wirkverbunden ist, insbesondere wenn die Wälzkörperwelle mit einem Wälzkörperkäfig oder einer Wälzkörperhalterung verbunden ist. Der Wälzkörper und der Wälzkörperkäfig sind derart ausgebildet, dass ein Kippen des Wälzkörpers aufgrund einer Drehzahlvariation zu einer Lageänderung oder einer Positionsänderung des Wälzkörperkäfigs führt. Dieser ist unmittelbar oder mittelbar, insbesondere über den Stator, mit einer gegenüber dem Getriebe lagefixierten Kraftspeichereinheit, insbesondere mit einem Federelement wirkverbunden, derart, dass seine Lage- oder Positionsänderung zu einer Deformation der Kraftspeichereinheit führt. Die von der Kraftspeichereinheit auf den Wälzkörperkäfig ausgeübte Kraft wirkt einem Verkippen des Wälzkörpers entgegen. Anders ausgedrückt kann eine Neigung des Wälzkörperkäfigs so eine Belastung oder Entlastung des Federelements bewirken. Durch eine geeignete Abstimmung von Kraftspeichereinheit, exzentrischer Masse, Rollradien etc. kann das Übersetzungsverhalten des Neige-Kugel-Getriebes bestimmt und eingestellt werden, so dass die Ausgangswellendrehzahlt nahezu unabhängig von der Eingangswellendrehzahl konstant gehalten werden kann. Es sei angemerkt, dass die Kraftspeichereinheit aktiv gesteuert sein kann und auf diese Weise das Übersetzungsverhalten des Getriebes aktiv gesteuert werden kann.
Vorzugsweise weist die Betätigungsvorrichtung der Erfindung eine Hochdruckleitung auf, die einen Fluidanschluss der Pumpe mit der hydraulischen Betätigungseinrichtung verbindet. Alternativ oder zusätzlich weist sie eine Niederdruckleitung auf, die einen weiteren Fluidanschluss der Pumpe mit einem Rückhaltesystem, beispielsweise einem Reservoir, verbindet. Die kann eine weitere Hochdruckleitung aufweisen, die einen weiteren Fluidanschluss der Pumpe fluidisch mit einem weiteren Betätigungselement verbindet. Das mit dem ersten Fluidanschluss der Pumpe verbundene Betätigungselement kann zur Betätigung einer Kupplung und das zweite Betätigungselement zur Betätigung eines Getriebes vorgesehen und/oder ausgestaltet sein.
Die Erfindung betrifft auch eine Getriebeanordnung mit einer Betätigungsvorrichtung nach der vorstehenden Beschreibung sowie nach einem der angehängten Ansprüche.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Betätigung einer Kupplung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges, wobei eine Anpressplatte einer von einer Ausgangswelle einer Kraftmaschine angetriebenen Kupplung gegenüber einer Gegendruckplatte verstellt wird, indem die Anpressplatte mittels einer hydraulischen Betätigungseinrichtung zwischen einer eingekuppelten Stellung und einer ausgekuppelten Stellung verstellt wird, wobei die Betätigungseinrichtung eine mittels der Kraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetriebene Pumpe aufweist, die zum Verstellen der Anpressplatte ein die Stellung der Anpressplatte gegenüber der Gegendruckplatte beeinflussendes Druckniveau erzeugt, wobei die Pumpe über ein selbsteinstellendes stufenloses Getriebe mittels der Kraftmaschine angetrieben wird. Das Verfahren erfolgt insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung. Vorzugsweise erfolgt die Einstellung der Übersetzung des stufenlosen Getriebes über die Drehzahl dessen Eingangswelle, also abhängig von der Drehzahl der Kraftmaschine des Fahrzeugs, und fliehkraftabhängig gemäß der vorstehenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Anders und zusammenfassend ausgedrückt betrifft die Erfindung eine Entwicklung eines einfachen, selbst einstellenden CVTs, das die Spreizung der Antriebs-Drehzahl für derartige Pumpenantriebe und andere Verbraucher deutlich verringert. Die Konstruktion kann insbesondere die folgenden Merkmale aufweisen:

– CASS (Clutch Actuated Subsystem) + GASS (Gear Actuated Subsystem) Aktuierung per antriebsgekoppelter Pumpe mit einer drehzahlabhängigen Übersetzung zwischen Pumpe und Antrieb, so dass die Pumpendrehzahl möglichst konstant ist.
– Es können mehrere Pumpen oder andere Verbraucher angeschlossen werden.
– Nutzung der Fliehkraft des Ein- oder Ausgangsteiles eines CVT zur Verstellung.
– Ausführung nach dem Neige-Kugel Prinzip mit Gewicht an der Kugelaufhängung.
– Ausführung nach dem Ketten-Prinzip mit fluidgefülltem Raum zur Krafterzeugung.
– Die Übersetzung stellt sich ein über ein Gleichgewicht aus der Fliehkraft und einer Fe derkraft.
– Die Federkennlinie kann so gestaltet sein, dass eine nichtlineare Zunahme der Flieh kraft kompensiert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend mit mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung,
2 eine erste Ausführungsform eines selbsteinstellenden stufenlosen Getriebes nach der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung nach dem Kugel-Neige-Prinzip bzw. Neige-Kugel-Prinzip,
3 eine zweite Ausführungsform eines selbsteinstellenden stufenlosen Getriebes nach der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung nach dem Kugel-Neige-Prinzip,
4 eine dritte Ausführungsform eines selbsteinstellenden stufenlosen Getriebes nach der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung nach einem Band- oder Ketten-Prinzip mit einem Umschlingungsmittel,
5 eine vierte Ausführungsform eines selbsteinstellenden stufenlosen Getriebes nach der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung nach dem Band- oder Ketten-Prinzip mit einem Umschlingungsmittel und
6 eine fünfte Ausführungsform eines selbsteinstellenden stufenlosen Getriebes nach der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung nach dem Band- oder Ketten-Prinzip mit einem Umschlingungsmittel.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugs-zeichen versehen. Details der unterschiedlichen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden und/oder untereinander ausgetauscht werden.
1 zeigt beispielhaft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung 1 aufweist. Der Antriebsstrang weist eine Kraftmaschine 2, die ein Verbrennungsmotor, ein Elektromotor oder anderer geeigneter Motor sein kann, auf. Von der Kraftmaschine 2 wird über eine Kurbelwelle 3 und eine Ausgangswelle 4 Antriebsenergie über eine Kupplung 5 und ein Schaltgetriebe 6, beispielsweise ein automatisiertes Schaltgetriebe (ASG), ein Parallelschaltgetriebe (PSG), ein Doppelkupplungsgetriebe, ein elektrisches Schaltgetriebe (ESG) oder ein ähnliches Getriebe zu einem angetriebenen Rad 7 übertragen.
Die Kupplung 5 wird mittels der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 1 betätigt, das heißt gekuppelt und entkuppelt. Die Betätigungsvorrichtung 1 umfasst dazu eine Pumpe 9. Diese ist über ein selbsteinstellendes stufenloses Getriebe 8, insbesondere ein Fliehkraft CVT, mit dem Antriebsstrang verbunden, im gezeigten Beispiel mit der Ausgangswelle 4 des Motors 2. Das selbsteinstellende stufenlose Getriebe 8 ist wirktechnisch zwischen Motor 2 und Kupplung 5 platziert.
Die Pumpe 9, die auch als Pumpeneinheit mit einer oder mehreren Pumpen sowie Ventilen ausgebildet sein kann, ist fluidisch mittels Hochdruckleitungen 10, 11 mit der Kupplung 5 und/oder dem Getriebe 6 verbunden. Dort wird das mittels der Pumpe 9 zur Verfügung gestellte Fluid unter Hochdruck zum Betätigen genutzt.
In den dargestellten Ausführungsformen ist das Getriebe 8 durch Fliehkrafteffekte selbsteinstellend. Eine genauere Beschreibung der Funktion erfolgt im weiteren Verlauf anhand der in den 2 bis 6 dargestellten selbsteinstellenden Getriebe 8, die in dem Antriebsstrang der 1 implementiert sein können. Das Getriebe 8 ist derart ausgebildet, dass seine Ausgangsdrehzahl, also die Eingangsdrehzahl der Pumpe 9, unabhängig von der Eingangsdrehzahl des selbsteinstellenden Getriebes 8, also der Ausgangsdrehzahl der Kraftmaschine 2, möglichst konstant bleibt. Dadurch werden für die Betätigung der Kupplung 5 bzw. des Getriebes 6 stets ein konstanter Fluiddruck und eine konstante Fluidmenge bereitgestellt.
Alternativ zur dargestellten Ausführungsform kann die Pumpe 9 an oder in der Kupplung 5 angeordnet sein.
2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform des selbsteinstellenden stufenlosen Getriebes 8 nach dem sogenannten Neige-Kugel-Prinzip. Das Getriebe 8 umfasst im Wesentlichen eine Eingangswelle 12 als Antrieb, eine Ausgangswelle 13 als Abtrieb, eine Mehrzahl an Kugeln 14 als Wälzkörper und einen Stator 15. Der Stator 15 ist in der Ausführungsform der 2 als Zentralkörper oder Sonnenrad ausgebildet. Die Kugeln 14 rollen sowohl auf dem Stator 15 als auch auf der Eingangswelle 12 sowie der Ausgangswelle 13 ab. Der Stator 15 steht relativ zu einem angedeuteten Getriebegehäuse 16 still und ist gegenüber diesem mittels Federn 17 als Kraftspeichereinheiten gelagert. Jede Kugel 14 ist mit einer Kugelwelle 18 und einer Halterung 19, die auch als Wälzkörperkäfig ausgebildet sein kann, versehen. An der Kugelwelle 18 und/oder an der Halterung 19 ist eine Masse oder ein Masseelement 20 angeordnet.
Das mit der Kugel 14 verbundene Masseelement 20 bewirkt, dass der Schwerpunkt des aus Kugel 14 und Masse 20 bestehenden Gesamtsystems nicht mehr im geometrischen Mittelpunkt der Kugel 14 liegt, sondern auf der Kugelwelle 18 in Richtung der Masse 20 verschoben ist. Die auf das System Kugel 14 mit Masse 20 wirkende Fliehkraft bewirkt daher ein Kippmoment, dessen Vektor orthogonal zur Zeichnungsebene gerichtet ist und dessen Betrag dem Produkt aus Fliehkraft und dem Abstand des Schwerpunkts vom geometrischen Mittelpunkt der Kugel 14 entspricht. Anders ausgedrückt wird während des Betriebs des Getriebes 8 das Masseelement 20 durch die auf dieses wirkende Fliehkraft in radialer Richtung nach außen gedrängt. Infolgedessen kippt das System aus Kugel 14, Kugelwelle 18, Halterung 19 und Masse 20 in der Darstellung der 2 gegen den Uhrzeigersinn. Diese Kippbewegung wird durch das Zusammenwirken der Halterung 19 mit dem Stator 15 kompensiert. Anders ausgedrückt wirkt die Feder 17 einer entsprechenden, durch das Kippen der Kugeln 14 bewirkten Bewegung des Stators 15 entgegen. Es besteht ein Gleichgewicht zwischen der Kraft der Feder 17 und dem Kippmoment der Kugeln 14. Die Feder 17 ist nun in vorteilhafter Weise derart ausgelegt, dass die Drehzahl der Ausgangswelle 13 möglichst konstant gehalten wird. Die Übersetzung des Getriebes 8 wird durch die Lager der Kugeln 14, genauer gesagt der Kugelwelle 18, relativ zur Eingangswelle 12 und zur Ausgangswelle 13 bestimmt. Je nach Kippwinkel der Kugel 14 rollt die Eingangswelle 12 bzw. die Ausgangswelle 13 in einem mehr oder weniger großen Abstand von der Kugelwelle 18, auch als Rollradius 21, 22 bezeichnet, ab.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Getriebes 8, die im Wesentlichen der Ausführungsform der 2 gleicht, mit der Ausnahme, dass anstelle des Stators 15 als Zentralkörper oder Sonnenrad ein Stator 23 vorgesehen ist, der radial außerhalb der Kugeln 14 als Hohlkörper oder Hohlrad ausgebildet und angeordnet ist. Die Funktion dieser Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der der 2, ist aber radial invertiert.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform des Getriebes 8 als Ketten- oder Band-CVT. Auch bei dieser Form des Getriebes 8 wird ein Gleichgewicht aus Fliehkraft und der Kraft einer Feder 17 genutzt. Die zum Verstellen der Übersetzung des Getriebes 8 erforderliche und gegen die Kraft der Feder 17 wirkende Kraft wird durch die auf eine Flüssigkeit 24 wirkende Fliehkraft erzeugt. Das Getriebe 8 umfasst im Wesentlichen eine Eingangswelle 12 als Antrieb und eine Ausgangswelle 13 als Abtrieb.
Auf der Eingangswelle 12 sind zwei Zylinder 25, 26 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Im Zylinder 25 ist eine Kegelscheibe 27 aufgenommen, während im Zylinder 26 eine Kegelscheibe 28 aufgenommen ist, jeweils derart, dass zwischen Kegelscheibe 27, 28 und dem entsprechenden Zylinder 25, 26 ein abgedichteter Fluidraum gebildet ist, in dem die Flüssigkeit 24 vorliegt. Die Kegelscheiben 27, 28 sind relativ zueinander derart angeordnet, dass ihre geneigten Seiten einander zugewandt sind, anders ausgedrückt, dass zwischen ihnen ein V-förmiger Spalt ausgebildet ist, der sich radial nach außen aufweitet. Die beiden Kegelscheiben 27, 28 sind auf der Eingangswelle 12 in deren axialer Richtung verschiebbar.
Auf der Ausgangswelle 13 sind zwei Kegelscheiben 29, 30 angeordnet und mit dieser drehfest aber in axialer Richtung der Ausgangswelle 13 verschiebbar verbunden. Die Kegelscheiben 29, 30 sind relativ zueinander derart angeordnet, dass ihre geneigten Seiten einander zugewandt sind, anders ausgedrückt, dass zwischen ihnen ein V-förmiger Spalt ausgebildet ist, der sich radial nach außen aufweitet. Die beiden Kegelscheiben 27, 28 sind mittels auf der Ausgangswelle 13 angeordneten und abgestützten Federelementen 31, 32 zueinander vorgespannt.
In dem Spalt und damit zwischen den Kegelscheiben 27, 28 der Eingangswelle 12 ist ein Umschlingungsmittel 33 in Form einer Kette oder eines Bands angeordnet, das außerdem in dem Spalt zwischen den Kegelscheiben 29, 30 der Ausgangswelle 13 eingreift. Das Umschlingungsmittel 33 steht jeweils mit den Kegelscheiben 27, 28, 29, 39 in Reibschluss und überträgt Drehmoment von der Eingangswelle 12 zur Ausgangswelle 13. Die Übersetzung des Getriebes 8 der 4 wird bestimmt durch den radialen Abstand des Umschlingungsmittels 33 von der Eingangswelle 12 sowie der Ausgangswelle 13.
Die in den Fluidräumen der Zylinder 25, 26 aufgenommene Flüssigkeit 24 rotiert mit diesen mit der Drehzahl der Eingangswelle 12. Die auf die Flüssigkeit 24 dabei wirkende Fliehkraft ist proportional zur Drehzahl der Eingangswelle 12. Ein Ansteigen der Drehzahl der Eingangswelle 12 bewirkt ein Ansteigen der auf die Flüssigkeit 24 wirkenden Fliehkraft und damit des in der Flüssigkeit vorliegenden Drucks, so dass die Kegelscheiben 27, 28 aus dem jeweiligen Zylinder 25, 26 herausgedrückt werden. Infolgedessen verlagern sich die Kegelscheiben 27, 28 bei einem Ansteigen der Eingangswellendrehzahl zueinander, so dass der Spalt zwischen den Kegelscheiben 27, 28 verengt wird und sich der Ketten- oder Bandradius antriebsseitig vergrößert. Infolge der konstanten Länge des Umschlingungsmittels 33 wird die Spaltverengung auf der Eingangswelle 12 durch eine Spaltaufweitung auf der Ausgangswelle 13 ausgeglichen. Diese Aufweitung des Spalts zwischen den Kegelscheiben 29, 30 wirkt gegen die Kraft der Federelemente 31, 32. Anders ausgedrückt besteht ein Gleichgewicht zwischen der Kraft der Federelemente 31, 32 und dem Druck in der Flüssigkeit 24. Die Federelemente 31, 32 sind nun in vorteilhafter Weise derart ausgelegt, dass die Drehzahl der Ausgangswelle 13 möglichst konstant gehalten wird. Es ist von besonderem Vorteil, wenn in den Flüssigkeitsräumen Lamellen so angebracht sind, dass die Flüssigkeit bei Drehzahländerungen schnell mitgenommen wird.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform des Getriebes 8 in Form eines Ketten- oder Band-CVT, bei dem nicht nur die Kegelscheiben 27, 28 der Antriebsseite zusammengedrückt werden, sondern auch die Kegelscheiben 29, 30 der Abtriebsseite auseinandergedrückt werden. Zu diesem Zweck sind auch die Kegelscheiben 29, 30 der Ausgangswelle 13 in mit dieser rotierenden Zylindern 34, 35 aufgenommen. Die Funktion gleicht der Kegelscheiben 27, 28 der Eingangswelle 12, und es wird auf die entsprechende Beschreibung verwiesen.
6 zeigt schließlich eine fünfte Ausführungsform des Getriebes 8 in Form eines Kettenoder Band-CVT, bei dem die Steuerung der Übersetzung über die Drehzahl der Abtriebsseite geschieht. Die Beschreibung der Ausführungsformen der 4 und 5 gilt entsprechend.
Bezugszeichenliste

1: Betätigungsvorrichtung
2: Kraftmaschine, Motor
3: Kurbelwelle
4: Ausgangswelle der Kraftmaschine 2
5: Kupplung
6: Getriebe
7: Rad
8: selbsteinstellendes stufenloses Getriebe (CVT)
9: Pumpe, Pumpeneinheit
10: Hochdruckleitung zur Kupplung 5
11: Hochdruckleitung zum Getriebe 6
12: Eingangswelle
13: Ausgangswelle
14: Kugel, Wälzkörper
15: Stator, Zentralkörper, Sonnenrad
16: Getriebegehäuse
17: Feder, Kraftspeichereinheit
18: Kugelwelle
19: Halterung, Wälzkörperkäfig
20: Masse, Masseelement
21: Rollradius
22: Rollradius
23: Stator, Hohlkörper, Hohlrad
24: Flüssigkeit, Fluid
25: Zylinder
26: Zylinder
27: Kegelscheibe
28: Kegelscheibe
29: Kegelscheibe
30: Kegelscheibe
31: Federelement
32: Federelement
33: Umschlingungsmittel, Kette, Band
34: Zylinder
35: Zylinder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1236918 B1 [0002]
DE 10034735 A1 [0005]

Claims

Betätigungsvorrichtung (1) zur Betätigung einer von einer Kraftmaschine (2) antreibbaren Kupplung (5) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges, wobei die Kupplung (5) wenigstens eine gegenüber einer Gegendruckplatte verstellbare Anpressplatte aufweist, wobei die Anpressplatte mit der Betätigungseinrichtung zusammenwirkt und zwischen einer eingekuppelten Stellung und einer ausgekuppelten Stellung verstellbar ist, wobei die Betätigungseinrichtung (1) eine mittels der Kraftmaschine (2) des Kraftfahrzeugs angetriebene Pumpe (9) aufweist, die zum Verstellen der Anpressplatte ein die Stellung der Anpressplatte gegenüber der Gegendruckplatte beeinflussendes Druckniveau erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (9) über ein selbsteinstellendes stufenloses Getriebe (8) mit der Kraftmaschine (2) gekoppelt ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (8) ein mechanisches Getriebe ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (8) einen Fliehkraftregler aufweist, der die Eingangsdrehzahl oder die Ausgangsdrehzahl des Getriebes (8), aufnimmt und zur Regelung der Übersetzung des Getriebes (8) nutzt.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das das Getriebe (8) eine mit einem Fluid (24) gefüllte und mit einer Eingangsdrehzahl oder einer Ausgangsdrehzahl rotierende Kammer aufweist, wobei der Fluiddruck auf ein Stellglied (27, 28, 29, 30) wirkt und dieses relativpositioniert relativpositioniert.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (8) zumindest einen Wälzkörper (14), insbesondere einen kugelförmigen Wälzkörper (14), aufweist, der auf einer Eingangswelle (12) und auf einer Ausgangswelle (13) und auf einem Stator (15, 23) abrollt.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (14) derart ausgebildet ist, dass sein Schwerpunkt von seiner geometrischen Mitte, insbesondere von seiner geometrischen Mitte entlang seiner Rotationsachse (18), beabstandet ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (14) eine Wälzkörperwelle (18) aufweist, die zum Wälzkörper (14) lagefixiert ist, an der an einer Seite des Wälzkörpers (14) ein Masseelement (20) angeordnet ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Wälzkörperkäfig (19) verbunden ist, der mit einem gegenüber dem Getriebe (8) lagefixierten Federelement (17) wirkverbunden ist.
Kupplungsanordnung oder Getriebeanordnung mit einer Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zur Betätigung einer Kupplung (5) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges, wobei eine Anpressplatte einer von einer Ausgangswelle (4) einer Kraftmaschine (2) angetriebenen Kupplung (5) gegenüber einer Gegendruckplatte verstellt wird, indem die Anpressplatte mittels einer hydraulischen Betätigungseinrichtung zwischen einer eingekuppelten Stellung und einer ausgekuppelten Stellung verstellt wird, wobei die Betätigungseinrichtung eine mittels der Kraftmaschine (2) des Kraftfahrzeugs angetriebene Pumpe (9) aufweist, die zum Verstellen der Anpressplatte ein die Stellung der Anpressplatte gegenüber der Gegendruckplatte beeinflussendes Druckniveau erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (9) über ein selbsteinstellendes stufenloses Getriebe (8) mittels der Kraftmaschine (2) angetrieben wird.