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Die Erfindung betrifft ein Kupplungsbetätigungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kupplungsaktor, welcher über eine Hydraulikleitung mit einem Nehmerzylinder zur Ansteuerung einer nassen Kupplung in einer Wirkverbindung steht, wobei der Nehmerzylinder ein Gehäuse umfasst, welches einen ringförmigen Druckraum umschließt, in dem ein axial beweglicher Kolben gelagert ist, der in Richtung der Hydraulikleitung eine axiale Dichtung aufweist.
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In Kupplungsbetätigungssystemen, welche in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, werden Nehmerzylinder benutzt, die ein zylinderförmig ausgebildetes Gehäuse aufweisen, wobei das Gehäuse in seinem Innenraum einen ringförmigen Druckraum aufweist, in welchem ein axial beweglicher Kolben gelagert ist. Dieser Kolben ist in Richtung einer Hydraulikleitung, welche den Nehmerzylinder mit einem, von einem Kupplungsaktor betätigten Geberzylinder verbindet, mit einer Dichtung besetzt. Durch die Betätigung des Kupplungsaktors wird aus einem Inneren des Geberzylinders die Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikleitung und aus dieser in den Nehmerzylinder gedrückt, welcher durch die Hydraulikflüssigkeit bewegt wird und somit die Kupplung betätigt.
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Darüber hinaus sind Nehmerzylinder zur Betätigung von Doppelkupplungen bekannt, welche zwei, jeweils einen Kolben umfassende Druckräume und zwei Ausrücklager aufweisen, um die beiden Kupplungen eines Doppelkupplungsgetriebes unabhängig voneinander zu betätigen.
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Sowohl Einzel- als auch Doppelkupplungen werden automatisch über den Verfahrweg des Kupplungsaktors betätigt. Insbesondere nasse Kupplungen müssen, wenn sie kein Drehmoment übertragen, geöffnet werden, um ein Schleppmoment, mittels welchem auch bei geöffneter Kupplung ein Drehmoment übertragbar ist, zu verhindern. Dies ist insbesondere bei Kälte von Bedeutung, um Gänge mit der geringsten Einlegekraft einlegen zu können. Um dies zu gewährleisten, muss ein sogenannter Lüftweg eingestellt werden, um die Beläge der nassen Kupplung so weit zu trennen, dass das Schleppmoment weitgehend unterbunden wird. Dies hat den Nachteil, dass der Lüftweg einen Teil des Weges umfasst, den der Kupplungsaktor überwinden muss, bevor das Drehmoment auf die Kupplung übertragen werden kann. Dieser Weg fehlt für die reine Betätigung der Kupplung, weshalb der Anteil des Weges des Kupplungsaktors, bei welchem ein Drehmoment durch die Kupplung übertragen wird, kleiner ist als der Gesamtweg, der durch den Kupplungsaktor zurückgelegt werden muss.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungsbetätigungssystem anzugeben, bei welchem die Regelgenauigkeit des Kupplungsaktors erhöht wird, wobei der Weganteil des Kupplungsaktors, welcher für die Überwindung des Lüftweges benötigt wird, reduziert wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Druckraum einen unkonstanten Durchmesser aufweist. Durch diesen unkonstanten Durchmesser des Druckraumes variiert eine Stirnfläche des Kolbens des Nehmerzylinders über den Betätigungsweg. Aufgrund eines nicht vorhandenen Widerstandes durch das fehlende übergreifende Drehmoment lässt sich über den Lüftweg der Kolben des Nehmerzylinders sehr schnell bewegen. Der Weg des Kolbens des Nehmerzylinders bzw. der Kupplung ändert sich dabei schneller als der Aktorweg, der durch den Geberzylinder zurückgelegt wird. Dadurch wird eine Regelgenauigkeit des Kupplungsaktors erhöht, und es kann mehr Drehmoment bedient werden. Sensoren, die das Wegmoment des Kupplungsaktors messen, bleiben unverändert. Der Lüftweg als solches wird verkürzt.
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Vorteilhafterweise ist der Durchmesser des Druckraumes konisch ausgebildet, wobei der Durchmesser sich in Richtung des Kolbens aufweitet. Durch die Aufweitung der Stirnfläche des Kolbens wird die Bewegung des Kolbens bei gleichem Volumen langsamer. Da unabhängig von der, durch den Druckraum vorgegebenen Stirnfläche des Kolbens ein gleiches Volumen der Hydraulikflüssigkeit durchgesetzt wird, kann bei einer kleinen Stirnfläche eine schnellere Bewegung des Kolbens und somit der Kupplung realisiert werden. Allerdings wirkt das gleiche Volumen der Hydraulikflüssigkeit infolge des unkonstanten Durchmessers des Druckraumes auf eine größere Stirnfläche des Kolbens, in dem sich die Bewegung des Kolbens verlangsamt, was eine zuverlässige Übertragung des Drehmomentes auf die Kupplung ermöglicht. Da der Weg des Kupplungsaktors am Geberzylinder gemessen wird, wird nun ein wesentlich kleinerer Weg für die reine Betätigung der Kupplung beim Schließen eingestellt, bei welchem das Drehmoment übertragen wird.
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In einer Alternative weist der Druckraum mindestens zwei zylinderförmige Teildruckräume mit unterschiedlichen Durchmessern auf, wobei der Teildruckraum mit dem kleineren Durchmesser der Hydraulikleitung zugewandt ist. Somit wird sichergestellt, dass mit demselben Volumen der Hydraulikflüssigkeit zunächst immer nur der Teil des Kolbens, der in dem Teildruckraum mit dem kleineren Durchmesser verläuft, betätigt wird, welcher den Lüftweg aufgrund fehlender Gegenkraft schnell überwinden kann.
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In einer Ausgestaltung weist der Kolben über einen Teilquerschnitt eine Verlängerung zum Eingriff in den Teildruckraum mit dem kleinen Durchmesser auf. Diese, einen Teilquerschnitt aufweisende Verlängerung gewährleistet, dass das Volumen der Hydraulikflüssigkeit an einer kleineren Stirnfläche angreift, wodurch größere Kräfte zur Druckübertragung auftreten.
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In einer Variante erfolgt ein Übergang zwischen dem ersten zylinderförmigen Teildruckraum mit dem konstanten kleinen Durchmesser zu dem zweiten zylinderförmigen Teildruckraum mit einem großen konstanten Durchmesser stetig. Dadurch wird sichergestellt, dass die Verlängerung beim Öffnen der Kupplung wieder in den ersten Teildruckraum mit dem kleinen Durchmesser eingeführt werden kann.
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In einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Teildruckraum über eine Querbohrung verbunden. Diese Querbohrung gewährleistet, dass das Angreifen der Hydraulikflüssigkeit nicht abrupt an der gesamten Oberfläche der Stirnseite des Kolbens im zweiten Teildruckraum erfolgt, sondern allmählich Druck auf die Gesamtfläche des Kolbens ausgeübt wird, was ein kontinuierliches Schließen der Kupplung und somit eine ruckfreie Übertragung des Drehmomentes auf die Kupplung erlaubt.
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Vorteilhafterweise geht die Querbohrung von einer Position innerhalb des ersten Teildruckraumes aus, welche einem vorgegebenen Verfahrweg der Verlängerung des Kolbens entspricht. Dadurch wird gewährleistet, dass die Hydraulikflüssigkeit zunächst an der Stirnfläche der Verlängerung des Kolbens angreift, welche in dem ersten Teildruckraum mit dem kleinen Durchmesser verläuft, und allmählich an der Gesamtstirnfläche des Kolbens anliegt, so dass sich die Beaufschlagungkräfte der Hydraulikflüssigkeit an der Gesamtstirnfläche des Kolbens über den Betätigungsweg des Kolbens ändern.
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Vorteilhafterweise ist die Kupplung als Doppelkupplung ausgebildet. Für die Anwendung in Doppelkupplungsgetrieben bleibt mehr Aktorweg für die reine Betätigung der Kupplung und Übertragung des Drehmomentes auf die Kupplung übrig, was insbesondere eine automatische Wegsteuerung verbessert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Kupplungsbetätigungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kupplungsaktor, welcher über eine Hydraulikleitung mit einem Nehmerzylinder zur Ansteuerung einer nassen Kupplung in einer Wirkverbindung steht, wobei der Nehmerzylinder ein zylinderförmiges Gehäuse umfasst, welches einen ringförmigen Druckraum umschließt, in dem ein axial beweglicher Kolben gelagert ist, welcher in Richtung der Hydraulikleitung eine axiale Dichtung aufweist. Bei einem Kupplungsbetätigungssystem, bei welchem die Regelgenauigkeit des Kupplungsaktors erhöht wird, weist die Dichtung einen unkonstanten Außendurchmesser auf. Mittels eines solchen unkonstanten Außendurchmessers wird die Stirnfläche der Dichtung über den Verfahrweg des Kupplungsaktors unterschiedlich stark beansprucht, wodurch der Lüftweg beim Schließen einer nassen Kupplung verkürzt wird und der Weg des Kupplungsaktors vorteilhafterweise für die Regelgenauigkeit der Kupplung und zur Übertragung des Drehmomentes genutzt werden kann.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
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1: schematischer Aufbau eines hydraulisch betätigten Kupplungssystems
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2: ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nehmerzylinders im Vergleich zu einem Nehmerzylinder nach dem Stand der Technik
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3: Prinzipdarstellung des geänderten Aktorweges
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4: eine genauere Darstellung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Nehmerzylinders gemäß 2A,
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5: ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nehmerzylinders,
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6: ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nehmerzylinders.
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Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist schematisch der Aufbau eines hydraulisch betätigten Kupplungssystems 1 am Beispiel eines aus dem Stand der Technik bekannten, schematisch dargestellten hydraulischen, hydrostatischen Kupplungsaktors 3 (HCA) dargestellt. Das hydraulisch betätigte Kupplungssystem 1 umfasst auf der Geberseite 10 ein Steuergerät 2, das den Kupplungsaktor 3 über einen Elektromotor 12 ansteuert. Bei einer Lageveränderung des hydrostatischen Kupplungsaktors 3 und des Kolbens 13 im Geberzylinder 4 entlang eines Aktorweges nach rechts wird das Volumen der im Geberzylinder 4 enthaltenen Hydraulikflüssigkeit 7 verändert, wodurch ein Druck p in dem Geberzylinder 4 aufgebaut wird, der über die Hydraulikflüssigkeit 7 über eine Hydraulikleitung 9 zur Nehmerseite 11 des Kupplungssystems 1 übertragen wird. Die Hydraulikleitung 9 ist bezüglich ihrer Länge und Bauform der Bauraumsituation des Kraftfahrzeuges angepasst. Darüber hinaus ist die Hydraulikleitung 9 über einen Konnektor 5 an den Nehmerzylinder 6 angeschlossen. Auf der Nehmerseite 11 verursacht der Druck p der Hydraulikflüssigkeit 7 in dem Nehmerzylinder 6 eine Wegänderung, die auf eine nasse Kupplung 8 übertragen wird, um diese zu betätigen.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Doppelkupplung. Die Doppelkupplung 14 umfasst ein Gehäuse 15, in welchem zwei Druckräume 16, 17 ausgebildet sind, wobei sich in jedem Druckraum 16, 17 je ein Kolben 18, 19 bewegt, welcher axial eine Dichtung 20, 21 trägt. Die beiden Druckräume 16, 17 sind dabei so ausgestaltet, dass sie einen unkonstanten Durchmesser aufweisen (2A). Zum Vergleich ist in 2B ein Nehmerzylinder nach dem Stand der Technik dargestellt, welcher Druckräume mit konstanten Durchmessern aufweist.
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Im geöffneten Zustand der Doppelkupplung 14 liegen die Dichtungen 20, 21 in dem Bereich der Druckräume 16, 17, wo dieser den kleinsten Durchmesser aufweist. Dieser kleinste Durchmesser liegt an der Seite des Gehäuses 15, welche an die Hydraulikleitung 9 angrenzt. Wird davon ausgegangen, dass die Kupplung 8 geöffnet ist, wird zum Schließvorgang der jeweilige Kolben 18, 19 von links nach rechts bewegt. Dabei entspannt sich die Stirnfläche des Kolbens 18, 19 je weiter sich dieser nach rechts bewegt, was bedeutet, dass die Kupplung sich im zu schließenden Zustand befindet. Die Hydraulikflüssigkeit, welche an die zunächst kleine Stirnfläche des Kolbens 18, 19 angreift, ermöglicht, dass der im Zusammenhang mit dem Betätigungsdruck zurückgelegte Aktorweg des Geberzylinders 4 kürzer ist, da sich im Bereich des Lüftweges der Kolben 18, 19 des Nehmerzylinders 6 schneller bewegt, Unter dem Lüftweg soll dabei ein Weg zwischen den beiden Belägen der Kupplung 8 verstanden werden, welchen der Kupplungsaktor 3 überwinden muss, bevor ein Drehmoment übertragen wird. Der Lüftweg stellt dabei einen Sicherheitsabstand zwischen den Kupplungsbelägen dar, welcher zuverlässig verhindert, dass bei geöffneter, nasser Kupplung 8 ein Drehmoment übertragen wird.
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Aus 3A ist ersichtlich, dass bei der beschriebenen Ausgestaltung des Nehmerzylinders 6 der Nehmerzylinderweg bzw. der Kupplungsweg sich schneller ändern als der von dem Kupplungsaktor 3 zurückgelegte Weg. In Abhängigkeit des aufzubringenden Betätigungsdruckes bzw. des zu übertragenden Drehmomentes wird der vom Kupplungsaktor aufzubringende Weg gegenüber dem Stand der Technik (3B) erheblich verkürzt.
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4 zeigt ein genaueres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nehmerzylinders 6 gemäß 2A, bei welchem lediglich das Gehäuse 15 und der Kolben 22 des Nehmerzylinders 6 dargestellt sind. Der Druckraum 23 des Gehäuses 15 weist dabei im Anschluss an den nicht weiter dargestellten Konnektor 5, an welchen die Hydraulikleitung 9 angreift, einen konisch verlaufenden Durchmesser auf, wobei direkt gegenüber der Hydraulikleitung 9 der Durchmesser des Druckraumes am kleinsten ist, während der Durchmesser des Druckraumes 22 sich allmählich in Schließrichtung der Kupplung 8 vergrößert.
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In 5 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nehmerzylinders 6 dargestellt, bei welcher sich der Druckraum 23 in zwei Teildruckräume 231, 232 unterteilt, die beide einen konstanten Durchmesser aufweisen. Dabei weist der erste Teildruckraum 231, welcher direkt dem Konnektor 5 der Hydraulikleitung 9 gegenüberliegt, einen kleineren Durchmesser auf, als ein sich an diesen ersten Teildruckraum 231 anschließender zweiter Teildruckraum 232, welcher beispielsweise den doppelten Durchmesser aufweist. Dieser stufigen Ausgestaltung des Druckraumes 23 ist der Kolben 24 angepasst, welcher eine Verlängerung 25 aufweist, die in den ersten Teildruckraum 231 mit dem geringeren Durchmesser eingepasst ist. Somit greift die, durch den Kupplungsaktor 3 bewegte Hydraulikflüssigkeit 9 zunächst an der Stirnfläche der Verlängerung 25 des Kolbens 24 an. Erst wenn die Verlängerung 25 aus dem ersten Teildruckraum 231 bewegt ist, erfolgt eine Druckübertragung auf die Gesamtstirnfläche des Kolbens 24. Somit lässt sich bei der Bewegung der Verlängerung 25 des Kolbens 24 innerhalb des ersten Teildruckraumes 231 der Lüftweg schnell überwinden, während beim Angreifen der Hydraulikflüssigkeit 9 auf die gesamte Stirnfläche des Kolbens 24 im zweiten Teildruckraum 232 eine genauere Einstellung der Regelung des Drehmomentes an der Kupplung 8 möglich ist. Der Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Teildruckraum 231, 232 ist dabei stetig gestaltet, d.h. im Übergangsbereich nimmt der Durchmesser kontinuierlich zu. Damit wird gewährleistet, dass beim Öffnen der Kupplung 8 die Verlängerung 25 des Kolbens 24 über die Schräge wieder in den ersten Teildruckraum 231 eingefädelt werden kann.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nehmerzylinders 6 (6) ist die Verbindung zwischen erstem und zweitem Teildruckraum 231, 232 gestuft gestaltet, wobei der erste und der zweite Teildruckraum 231, 232 über eine Querbohrung 26 miteinander verbunden sind. Durch diese Querbohrung 26 wird gewährleistet, dass ab einem vorgegebenen Verfahrweg der Verlängerung 25 des Kolbens 24 die Hydraulikflüssigkeit 9 über die Querbohrung 26 bereits in den zweiten Teildruckraum 232 eintritt und somit auf die Gesamtfläche des Kolbens 24 einwirken kann. Damit wird sichergestellt, dass ein kontinuierlicher Übergang der Regelung auf den Gesamtdurchmesser des Kolbens 24 gegeben ist.
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Die vorgeschlagene Lösung kann für bestehende Kupplungsaktoren verwendet werden, ohne dass teure Sensoranpassungen oder Änderungen des Kupplungsaktors notwendig werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungssystem
- 2
- Steuergerät
- 3
- Kupplungsaktor
- 4
- Geberzylinder
- 5
- Konnektor
- 6
- Nehmerzylinder
- 7
- Hydraulikflüssigkeit
- 8
- Nasse Kupplung
- 9
- Hydraulikleitung
- 10
- Geberseite des Kupplungssystems
- 11
- Nehmerseite des Kupplungssystems
- 12
- Elektromotor
- 13
- Kolben
- 14
- Doppelkupplung
- 15
- Gehäuse
- 16
- Druckraum
- 17
- Druckraum
- 18
- Kolben
- 19
- Kolben
- 20
- Dichtung
- 21
- Dichtung
- 22
- Kolben
- 23
- Druckraum
- 231
- Teildruckraum
- 232
- Teildruckraum
- 24
- Kolben
- 25
- Verlängerung
- 26
- Querbohrung
