DE102016219226A1 - Verfahren zum Betätigen einer Magnetkupplung sowie Reibungskupplung - Google Patents

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Betätigen einer Magnetkupplung (38) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit den Schritten Bestromen eines Elektromagneten (46) zur Erzeugung einer magnetischen Anziehungskraft auf eine Ankerscheibe (50) mit einer ersten Stromstärke (Imax) zu einem Startzeitpunkt t0, Beschleunigen der Ankerscheibe (50) aus einer einer geöffneten Stellung der Magnetkupplung (38) entsprechenden Ruhelage in Richtung einer einer geschlossenen Stellung der Magnetkupplung (38) entsprechenden Betriebslage mit Hilfe der magnetischen Anziehungskraft des Elektromagneten (46) und Reduzieren des Bestromen des Elektromagneten (46) auf eine unterhalb der ersten Stromstärke (Imax) liegende zweite Stromstärke (Imin) zu einem während der Bewegung der Ankerscheibe (50) von der Ruhelage in die Betriebslage vorgesehenen ersten Zeitpunkt t1. Durch die Reduktion der Stromstärke für den Elektromagneten (46) während des Anziehens der Ankerscheibe (50) in Richtung des Elektromagneten (46) kann ein hartes Anschlagen in der Betriebslage vermieden werden, so dass mit geringem konstruktivem Aufwand eine Reibungskupplung (10) komfortabel geschlossen werden kann.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen einer Magnetkupplung sowie eine Reibungskupplung, mit deren Hilfe in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ein Drehmoment übertragen werden kann.
• Aus WO 2011 050 772 A1 ist eine nasse Lamellenkupplung zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes bekannt, bei der eine Vorkupplung mit einem Rampenmechanismus vorgesehen ist, um eine erhöhte Anpresskraft im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung zu erreichen.
• Es besteht ein ständiges Bedürfnis mit geringem konstruktivem Aufwand eine Reibungskupplung komfortabel schließen zu können.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Reibungskupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
• Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betätigen einer Magnetkupplung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit den Schritten Bestromen eines Elektromagneten zur Erzeugung einer magnetischen Anziehungskraft auf eine Ankerscheibe mit einer ersten Stromstärke zu einem Startzeitpunkt t₀, Beschleunigen der Ankerscheibe aus einer einer geöffneten Stellung der Magnetkupplung entsprechenden Ruhelage in Richtung einer einer geschlossenen Stellung der Magnetkupplung entsprechenden Betriebslage mit Hilfe der magnetischen Anziehungskraft des Elektromagneten und Reduzieren des Bestromen des Elektromagneten auf eine unterhalb der ersten Stromstärke liegende zweite Stromstärke zu einem während der Bewegung der Ankerscheibe von der Ruhelage in die Betriebslage vorgesehenen ersten Zeitpunkt t₁.
• Wenn die Magnetkupplung geschlossen werden soll kann der Elektromagnet beispielsweise mit einer maximal vorgesehenen Stromstärke bestromt werden, so dass der Elektromagnet ein maximal starkes magnetisches Feld erzeugt. Dadurch kann an der Ankerscheibe in der Ruhelage eine für diese Relativlage entsprechend hohe, insbesondere maximale, magnetische Anziehungskraft anliegen. Infolge dieser an der Ankerscheibe angreifenden magnetischen Anziehungskraft kann die Ankerscheibe in der Richtung der Betriebslage beschleunigt werden. Die Ankerscheibe kann sich dadurch auf den Elektromagneten zu bewegen, wodurch die Ankerscheibe in einen Bereich des magnetischen Felds bewegt wird, in dem bei einer konstanten Stromstärke für den Elektromagneten die magnetische Flussdichte höher ist, wodurch sich die magnetische Anziehungskraft an der Ankerscheibe erhöht. Die Ankerscheibe würde dadurch während ihrer Bewegung von der Ruhelage in die Betriebslage mit einer immer größer werdenden magnetischen Anziehungskraft immer stärker beschleunigt und würde dadurch mit einer entsprechend hohen Relativgeschwindigkeit in der Betriebslage an einer Reibscheibe zur Herstellung eines Reibschlusses in der geschlossenen Stellung der Magnetkupplung anschlagen. Dies kann jedoch zu einem harten Kontakt führen, der akustisch wahrnehmbar ist und/oder eine sehr plötzliche ruckartige Drehmomentübertragung auslöst, was als unkomfortabel empfunden wird. Es ist sogar möglich, dass in diesem Fall durch slip/stick-Effekte im Reibkontakt der Ankerscheibe an der Reibscheibe störende Rupfschwingungen entstehen. Dadurch, dass noch während der Bewegung der Ankerplatte, also bevor die als Anpressplatte einer Reibungskupplung wirkende Ankerplatte auf die als Gegenplatte einer Reibungskupplung wirkende Reibscheibe trifft, die Stromstärke für den Elektromagneten reduziert wird, kann die auf die Ankerscheibe wirkende Anziehungskraft beeinflusst werden. Insbesondere kann die Anziehungskraft derart eingestellt werden, dass die Anziehungskraft über den Hubweg der Ankerplatte maximal der Anziehungskraft in der Ruheposition entspricht und/oder sogar degressiv verläuft. Dies ermöglicht eine schnell ansprechende Magnetkupplung, die innerhalb eines kurzen Zeitintervalls geschlossen werden kann. Darüber hinaus kann ein sanfter Kontakt beim Erreichen der Betriebslage vorgesehen werden, der beispielsweise ein sanftes Andrehen der zuvor ruhenden Seite durch die drehende Seite ermöglicht, indem infolge der entsprechend gering gehaltenen Anpresskraft in der Ruhelage ein bewusster Schlupfbetrieb vorgesehen werden kann. Insbesondere kann nach dem Erreichen der Betriebslage die Anpresskraft durch eine Regelung der Stromstärke für den Elektromagneten geeignet geregelt werden, indem beispielsweise zur Übertragung eines entsprechend hohen maximalen Drehmoments die Stromstärke und damit die über die magnetische Anziehungskraft korrelierte Anpresskraft der Ankerscheibe an der Reibscheibe entsprechend erhöht wird. Wenn die Magnetkupplung zum Betätigen einer Hauptkupplung verwendet wird, kann über die dadurch erreichte Begrenzung des übertragbaren Drehmoments ein besonders sanftes schließen der Hauptkupplung erreicht werden. Die hierfür vorgesehene Änderung der Stromstärke kann mit Hilfe einer für die Bestromung des Elektromagneten sowieso vorgesehenen Steuereinrichtung einfach und im Wesentlichen bauraumneutral umgesetzt werden. Durch die Reduktion der Stromstärke für den Elektromagneten während des Anziehens der Ankerscheibe in Richtung des Elektromagneten kann ein hartes Anschlagen in der Betriebslage vermieden werden, so dass mit geringem konstruktivem Aufwand eine Reibungskupplung komfortabel geschlossen werden kann.
• Die Magnetkupplung kann als Trennkupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Hybridkraftfahrzeug, verwendet werden, bei der im Wesentlichen das gesamte Antriebsmoment zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs übertragen werden kann. In diesem Fall wird über die Ankerscheibe über einen Reibschluss mit der Reibscheibe das entsprechend hohe Antriebsmoment übertragen. Vorzugsweise wird die Magnetkupplung als eine Vorsteuerkupplung in einer Trennkupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Hybridkraftfahrzeug, verwendet. Mit Hilfe der als Vorsteuerkupplung eingesetzten Magnetkupplung kann beispielsweise ein Rampensystem betätigt werden, das durch die Änderung seiner Erstreckung erst die als Reibungskupplung ausgestaltete Hauptkupplung der Trennkupplung betätigt. In diesem Fall wird über die Ankerscheibe über einen Reibschluss mit der Reibscheibe sofern überhaupt nur ein deutlich kleinerer Anteil des Antriebsmoments übertragen.
• Gleichzeitig ergibt sich durch das zwischengeschaltete Rampensystem eine gewisse zusätzliche Totzeit bis die Trennkupplung geschlossen ist. Durch diese Totzeit kann trotz der Induktivität des Elektromagneten genügend Zeit verbleiben durch die Änderung der Stromstärke für den Elektromagneten das magnetische Feld des Elektromagneten schnell genug ändern zu können, um ein plötzliches ruckartiges Übertragen des Antriebsmoments beim Schließen der Reibungskupplung vermeiden zu können.
• Die Ankerscheibe kann aus einem für Magnetkräfte empfänglichen Material, beispielweise einem ferromagnetischen Material, hergestellt sein. Der Elektromagnet kann eine stromdurchfließbare Spule aufweisen, die insbesondere um einen Eisenkern gewickelt ist. Die Magnetkupplung kann insbesondere für ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Durch die Magnetkupplung kann ein „Clutch-by-Wire“-System umgesetzt werden, bei dem die Betätigung einer Trennkupplung im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs nicht durch mechanische, hydraulische oder pneumatische Mittel, sondern elektrisch erfolgt. Die Trennkupplung kann dadurch als eine „E-Clutch“ ausgestaltet sein. Mit Hilfe der Magnetkupplung kann in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs beispielsweise eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt werden. Ferner ist es möglich mit Hilfe der Magnetkupplung eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit einem Rotor einer elektrischen Maschine eines Hybridkraftfahrzeugs zu koppeln.
• Insbesondere wird der Elektromagnet mit einer oberhalb der zweiten Stromstärke liegenden dritten Stromstärke bestromt, nachdem die Ankerscheibe die Betriebslage zu einem Kontaktzeitpunkt t_K erreicht hat. Das maximal übertragbare Drehmoment, oberhalb dessen die Magnetkupplung durchrutscht, kann dadurch, insbesondere nach einer bewusst vorgesehenen Schlupfphase erhöht werden. Dadurch kann die Ankerscheibe beispielsweise als Rutschkupplung betrieben werden, um plötzliche Drehmomentstöße („Impacts“) im zu übertragenden Drehmoment herausfiltern zu können. Das zu übertragende Drehmoment kann mit Hilfe der Steuereinrichtung sehr genau geregelt werden. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass bei der Einstellung der an der Ankerscheibe wirksamen Reibungskraft die Ankerscheibe nicht in axialer Richtung verlagert wird, so dass nicht durch ein Lüften der Ankerscheibe von der Reibscheibe weg sich die an der Ankerscheibe angreifenden Magnetkräfte erheblich und nicht immer vollständig vorherberechenbar ändern. Die Regelung eines bestimmten maximal zu übertragenen Drehmoments kann dadurch vereinfacht werden und präziser erfolgen.
• Vorzugsweise wird zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ die zweite Stromstärke zur Erreichung der dritten Stromstärke erhöht, wobei 0,00 ≤ │t₂ – t_K│/(t₂ – t₀) ≤ 0,25, insbesondere 0,01 ≤ │t₂ – t_K│/(t₂ – t₀) ≤ 0,10 und vorzugsweise 0,02 ≤ │t₂ – t_K│/(t₂ – t₀) ≤ 0,05 gilt. Der Zeitpunkt, zu dem ausgehend von der zweiten Stromstärke die Stromstärke für den Elektromagneten erhöht wird, kann dadurch in zeitlicher Nähe des Kontaktzeitpunkts liegen, so dass nach einem eher sanften Schließen der Magnetkupplung das maximal übertragbare Drehmoment deutlich erhöht werden kann. Durch den insbesondere vorgesehenen zeitlichen Abstand des zweiten Zeitpunkts t₂ zu dem Kontaktzeitpunkt t_K kann einerseits eine zeitliche Trägheit des Elektromagneten zur Veränderung des magnetischen Felds in Reaktion auf die geänderte Stromstärke und/oder ein zeitlicher Sicherheitspuffer zur Sicherstellung, dass nur nach einem Reibkontakt der Ankerscheibe mit der Reibscheibe eine Erhöhung der Anpresskraft und der damit korrelierenden Reibungskraft erfolgt, berücksichtigt werden.
• Besonders bevorzugt wird zu einem Zeitpunkt t₃ die dritte Stromstärke erreicht, wobei 0,00 < (t₃ – t₂)/(t_k – t₀) ≤ 5,00, insbesondere 0,25 ≤ (t₃ – t₂)/(t_k – t₀) ≤ 3,00 und vorzugsweise 0,50 ≤ (t₃ – t₂)/(t_k – t₀) ≤ 2,00 gilt. Die dritte Stromstärke wird dadurch nicht notwendigerweise sofort, sondern allmählich angesteuert, so dass sich das maximal übertragbare Drehmoment der Magnetkupplung entsprechend langsam erhöht. Ein plötzlicher ruckartiger Sprung im übertragenen Drehmoment kann dadurch vermieden werden, wodurch der Komfort verbessert ist.
• Insbesondere erfolgt der Verlauf der Stromstärke zwischen dem zweiten Zeitpunkt t₂ und dem dritten Zeitpunkt t₃ stetig oder unstetig und/oder zumindest teilweise linear, progressiv und/oder degressiv. Der Verlauf der Stromstärke kann dadurch individuell an eine gewünschte Strategie für das übertragbare Drehmoment angepasst werden.
• Beispielsweise kann der Verlauf rampenförmig mit einer stetigen konstanten Steigerungsrate sein, was mit einer besonders einfachen Regelung erreicht werden kann. Bei einem progressiven Verlauf kann nach einem sanften Schließen der Magnetkupplung besonders schnell das maximal vorgesehene Drehmoment übertragen werden. Bei einem degressiven Verlauf kann ein bewusst vorgesehenes maximal übertragbares Drehmoment mit einer hohen Genauigkeit angesteuert werden.
• Vorzugsweise gilt 0,00 < (t₁ – t₀)/(t_k – t₀) ≤ 0,90, insbesondere 0,10 ≤ (t₁ – t₀)/(t_k – t₀) ≤ 0,50 und vorzugsweise 0,15 ≤ (t₁ – t₀)/(t_k – t₀) ≤ 0,25 gilt. Der Zeitraum, in dem die Ankerscheibe auf Grundlage des mit der ersten Stromstärke bestromten Elektromagneten beschleunigt wird, kann dadurch auf einen Zeitraum begrenzt werden, bei dem einerseits ein schnelles Schließen der Magnetkupplung ermöglicht wird und andererseits rechtzeitig ein hartes Anschlagen der Ankerscheibe vermieden werden kann.
• Besonders bevorzugt wird zwischen dem Startzeitpunkt t₀ und einem Kontaktzeitpunkt t_K, zu dem die Ankerscheibe die Betriebslage erreicht, die Stromstärke für den Elektromagneten zur Einstellung eines vordefinierten zeitlichen Verlaufs einer auf die Ankerscheibe wirkenden Kraft geregelt. Beispielsweise kann ein Profil für die an der Ankerscheibe angreifende resultierende Kraft vorgegeben werden, die in der Nähe der Ruhelage sehr stark in Richtung Betriebslage wirkt und in der Nähe der Betriebslage eher gering in Richtung Betriebslage wirkt. Der hierzu erforderliche Verlauf der Stromstärke kann unter Berücksichtigung sonstiger an der Ankerscheibe angreifenden Kräfte und der sich in Abhängigkeit der Relativlage der Ankerscheibe zum Elektromagneten ändernden angreifenden Magnetkraft des Elektromagneten gewählt sein.
• Insbesondere wird die Ankerscheibe gegen eine Rückstellfederkraft zur Bewegung der Ankerscheibe in die Ruhelage bei fehlender magnetischen Anziehungskraft von der magnetischen Anziehungskraft des Elektromagneten bewegt. Durch die Rückstellkraft kann die Ankerscheibe automatisch von dem Elektromagneten weg bewegt werden, um die Magnetkupplung zu öffnen, wenn die von dem Elektromagneten aufgebrachte an der Ankerscheibe angreifende Anziehungskraft nicht ausreicht die Rückstellfederkraft zu kompensieren.
• Vorzugsweise wird mit Hilfe der Magnetkupplung ein Rampensystem zum Betätigen einer Reibungskupplung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs betätigt. Die Magnetkupplung kann dadurch als eine Vorsteuerkupplung verwendet werden, über die nicht das gesamte Antriebsdrehmoment des Antriebsstrangs übertragen werden muss.
• Die Erfindung betrifft ferner eine Reibungskupplung zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens einer Getriebeeingangswelle oder mit einem Rotor einer elektrischen Maschine eines Hybridkraftfahrzeugs, mit einem mit der Antriebswelle koppelbaren Eingangsteil, insbesondere Eingangslamellenträger, zum Einleiten eines Drehmoments, einem mit der Getriebeeingangswelle oder dem Rotor koppelbaren Ausgangsteil, insbesondere Ausgangslamellenträger, zum Ausleiten eines Drehmoments, einem eine Eingangsrampe und eine relativ zur Eingangsrampe verdrehbare Ausgangsrampe aufweisenden Rampensystem zum reibschlüssigen Verpressen des Ausgangsteils mit dem Eingangsteil durch eine Änderung der axialen Erstreckung des Rampensystems, einer als Magnetkupplung ausgestalteten Vorsteuerkupplung zur Änderung der axialen Erstreckung des Rampensystems und einer mit der Eingangsrampe gekoppelten relativ bewegbaren Ankerscheibe zur Übertragung eines Stelldrehmoments von dem Ausgangsteil an die Eingangsrampe zur Betätigung des Rampensystems, wobei die Vorsteuerkupplung einen Elektromagneten zum Öffnen und/oder Schließen der Vorsteuerkupplung durch eine magnetische Verlagerung der Ankerscheibe aufweist, wobei ein zeitlicher Verlauf einer Stromstärke zur Bestromung des Elektromagneten durch eine Steuereinrichtung einstellbar ist, wobei die Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, hergerichtet ist. Durch die Reduktion der Stromstärke für den Elektromagneten während des Anziehens der Ankerscheibe in Richtung des Elektromagneten kann ein hartes Anschlagen in der Magnetkupplung und/oder zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil vermieden werden, so dass mit geringem konstruktivem Aufwand eine Reibungskupplung komfortabel geschlossen werden kann.
• Bei einer Relativdrehung des Eingangsteils zu dem Ausgangsteil, wenn eine Drehzahl eines von einem Kraftfahrzeugmotor in das Eingangsteil eingeleiteten Drehmoments nicht mit dem Ausgangsteil synchronisiert ist, kann die mit dem Eingangsteil gekoppelte Ausgangsrampe relativ zu der über die Ankerscheibe mit dem Ausgangsteil gekoppelten Eingangsrampe verdreht werden, wodurch sich die axiale Erstreckung des Rampensystems erhöhen kann. Durch die sich erhöhende axiale Erstreckung des Rampensystems kann das Ausgangsteil infolge einer durch das Rampensystem verursachen axialen Relativbewegung mit dem Eingangsteil reibschlüssig verpresst werden, so dass nach einem gegebenenfalls auftretenden Schlupfbetrieb das Eingangsteil mit dem Ausgangsteil reibschlüssig gekoppelt ist und die Drehzahl des Eingangsteils mit der Drehzahl der Getriebeeingangswelle synchronisiert ist. Dadurch kann eine Drehmomentübertragung von dem Kraftfahrzeugmotor über das Eingangsteil und das Ausgangsteil an die Getriebeeingangswelle erfolgen. Gleichzeitig wird eine Relativdrehung der Reibscheibe, der Ankerscheibe und der Eingangsrampe zur Ausgangsrampe beendet, so dass das Rampensystem in der erreichten Stellung, in welcher die Reibungskupplung geschlossen ist, verbleiben kann. Zum Öffnen der Reibungskupplung kann die Stromstärke für den Elektromagnet reduziert oder ausgeschaltet werden, wodurch der Reibschluss der Ankerscheibe mit der Reibscheibe soweit geschwächt oder aufgehoben ist, dass die Ankerscheibe eine Relativdrehung zur Reibscheibe ausführen kann. Dadurch kann sich die Reibungskupplung öffnen und die axiale Erstreckung des Rampensystems reduzieren, so dass eine Synchronisierung des Eingangsteils mit dem Ausgangsteil und der Getriebeeingangswelle sowie eine Drehmomentübertragung von dem Kraftfahrzeugmotor über das Eingangsteil und das Ausgangsteil an die Getriebeeingangswelle unterbrochen werden kann.
• Eine von der Eingangsrampe weg weisende Rückseite der Ausgangsrampe kann axial verlagert werden, insbesondere um Reibbeläge, beispielsweise Reiblamellen, einer Hauptkupplung zum reibschlüssigen Verpressen des Eingangsteils mit dem Ausgangsteil zu verpressen. Dadurch kann die Vorsteuerkupplung mit Hilfe des Rampensystems und der von dem Rampensystem erreichten Übersetzung die Hauptkupplung schließen, wodurch die Reibungskupplung geschlossen ist und die Drehzahl des Eingangsteils der Drehzahl des Ausgangsteils entspricht. Nach der Angleichung der Drehzahlen des Eingangsteils und des Ausgangsteils liegt auch keine Relativdrehzahl mehr zwischen der Ankerscheibe und der Reibscheibe vor, so dass ein weiteres relatives Verdrehen der Eingangsrampe zur Ausgangsrampe unterbleibt und eine unnötige Erhöhung der Anpresskraft in der Hauptkupplung vermieden ist. Dies ermöglicht es auch große Drehmomente über die Hauptkupplung der Reibungskupplung zu übertragen und für die Betätigung der Reibungskupplung eine vergleichsweise geringe Betätigungskraft vorzusehen, die ausreicht die Vorsteuerkupplung zu betätigen.
• Der Drehmomentfluss im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung erfolgt insbesondere zu einem Großteil über eine von dem Rampensystem betätigbare Hauptkupplung, die insbesondere als Lamellenkupplung ausgestaltet sein kann. Die Lamellenkupplung kann mit mehreren hintereinander vorgesehenen Reibpaarungen zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil ausgestaltet sein. Die Hauptkupplung kann beispielsweise als Lamellenkupplung oder Mehrscheibenkupplung ausgestaltet sein. Vorzugsweise kann mit Hilfe eines Kühlmittels, insbesondere Öl, Reibungswärme aus der Hauptkupplung abgeführt werden, so dass die Hauptkupplung insbesondere als nasse Lamellenkupplung ausgestaltet sein kann. Das Eingangsteil und/oder das Ausgangsteil können einen Lamellenträger aufweisen, an dem in axialer Richtung verschiebbare Lamellen geführt sind. Die jeweilige Lamelle kann mit Reibbelägen versehen sein oder als Stahllamelle ausgeführt sein. Das Rampensystem kann insbesondere als Kugelrampensystem ausgestaltet sein, bei dem eine Kugel in einer in der Eingangsrampe und in der Ausgangsrampe vorgesehenen Kugelbahn laufen kann. Die Eingangsrampe und die Ausgangsrampe weisen insbesondere einen Verlauf in Umfangsrichtung auf, der einen Anteil in axialer Richtung aufweist. Je nach Relativwinkellage der Eingangsrampe zur Ausgangsrampe kann sich die Gesamterstreckung des Rampensystems in axialer Richtung ändern.
• 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 Schnittansicht einer Reibungskupplung,
• 2: ein schematisches Diagramm eines ersten Stromstärkenverlaufs für den Elektromagneten der Reibungskupplung aus 1,
• 3: ein schematisches Diagramm eines zweiten Stromstärkenverlaufs für den Elektromagneten der Reibungskupplung aus 1 und
• 4: ein schematisches Diagramm eines dritten Stromstärkenverlaufs für den Elektromagneten der Reibungskupplung aus 1.
• Die in 1 dargestellte Reibungskupplung 10 weist ein mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs gekoppeltes Eingangsteil 12 auf, das über eine beispielweise als Lamellenkupplung oder Mehrscheibenkupplung ausgestaltete Hauptkupplung 14 reibschlüssig mit einem drehfest beispielsweise mit einer Getriebeeingangswelle 16 eines Kraftfahrzeuggetriebes oder einem Rotor einer elektrischen Maschine eines Hybridkraftfahrzeugs verbundenem Ausgangsteil 18 verpresst werden kann. Hierzu ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Eingangsteil 12 in einem Teilbereich als ein Außenlamellenträger ausgestaltet, mit dem zumindest eine drehfest aber axial verlagerbare Stahllamelle 20 verbunden ist. Ferner ist eine in axialer Richtung unbewegliche Gegenplatte 22 mit dem Eingangsteil 12 verbunden. Entsprechend ist das Ausgangsteil 18 als Innenlamellenträger ausgestaltet, mit dem Reiblamellen 24 drehfest aber axial beweglich verbunden sind.
• Um die Hauptkupplung 14 zu schließen ist ein Rampensystem 26 vorgesehen, bei dem eine Ausgangsrampe 28 über eine Kugel 30 an einer Eingangsrampe 32 abgleiten kann. Die Ausgangsrampe 28 kann beispielsweise drehfest zum Eingangsteil 12 ausgeführt sein, während die Eingangsrampe 32 relativ zur Ausgangsrampe 28 verdreht werden kann. Bei einer entsprechenden Relativdrehung der Eingangsrampe 32 zur Ausgangsrampe 28 kann sich die axiale Erstreckung des Rampensystems 26 soweit vergrößern, dass die Ausgangsrampe 28 die Funktion einer Anpressplatte wahrnehmen kann und die Reiblamellen 24 und die Stahllamelle 20 gegen die Gegenplatte 22 pressen kann, so dass die Reiblamellen 24 zwischen der Gegenplatte 22 und der Stahllamelle 20 und zwischen der Stahllamelle 20 und der Ausgangsrampe reibschlüssig verpresst werden können. Wenn mehr als eine Stahllamelle 20 vorgesehen ist kann jeweils eine weitere Reiblamellen 24 zwischen zwei in axialer Richtung nachfolgenden Stahllamellen reibschlüssig verpresst werden. Zum Öffnen der Reibungskupplung 10 kann eine an der Ausgangsrampe 28 und dem Eingangsteil 12 angreifende Rückstellfeder 34 die Ausgangsrampe 28 von der Gegenplatte 22 wegziehen und das Rampensystem 26 in einen Zustand mit einer geringeren, insbesondere minimalen, Erstreckung bringen. Die Eingangsrampe 32 kann insbesondere über ein Axiallager 36 relativ verdrehbar an dem Eingangsteil 12 abgestützt sein.
• Zum Betätigen des Rampensystems 26 ist eine als Magnetkupplung ausgestaltete Vorsteuerkupplung 38 vorgesehen, die einen Elektromagneten 46 aufweist, der eine unmittelbar oder mittelbar mit der Eingangsrampe 32 gekoppelte Ankerscheibe 50 gegen eine Reibscheibe 40 reibschlüssig anziehen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Reibscheibe 40 drehfest mit einem Koppelelement 42 verbunden, das wiederum drehfest mit der Getriebeeingangswelle 16 oder dem Rotor einer elektrischen Maschine verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Reibscheibe 40 über ein erstes Kugellager 44 an dem feststehenden Elektromagneten 46 gelagert und zentriert, der wiederum über ein zweites Kugellager 48 das Eingangsteil 12 lagert. Die Magnetkraft des Elektromagneten 46 bestimmt die an der Reibscheibe 40 anliegende Anpresskraft der Ankerscheibe 50 und somit die Reibungskraft, wodurch sich ein mit der Reibungskraft korrelierendes entsprechendes maximales Drehmoment an das Koppelelement 42 übertragen werden kann.
• Die an der Ankerscheibe 50 wirksame Reibungskraft sowie das maximal übertragbare Drehmoment kann durch eine mit Hilfe einer Steuereinrichtung 51 einstellbare geeignete Bestromung des Elektromagneten 46 eingestellt werden, beispielsweise um eine unnötig hohe Anpresskraft zu vermeiden. Dadurch kann der Energieeinsatz für den Elektromagneten 46 und unnötige Bauteilbelastungen reduziert werden. Da die Reibungskupplung 10 mit Hilfe des Elektromagneten 46 magnetisch betätigt werden kann, ist die Reibungskupplung 10 als sogenannte Magnetkupplung ausgestaltet.
• Die Ankerscheibe 50 ist beispielsweise über ein insbesondere als Blattfeder ausgestaltetes Federelement 52 und/oder einen Drehmomentfühler und einer als Planetengetriebe ausgestalteten Übersetzungseinrichtung 54 mit der Eingangsrampe 32 des Rampensystems 26 gekoppelt. Hierzu weist die Übersetzungseinrichtung 54 ein mit der Eingangsrampe 32 und einem Hohlrad 56 kämmendes Planetenrad 58 auf, das an einem drehfest mit dem Eingangsteil 12 verbundenen Planetenträger 60 gelagert ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hohlrad 56 über ein drittes Kugellager 62 an dem Planetenträger 60 gelagert und an der von dem Planetenrad 58 weg weisenden Seite des Planetenträgers 60 mit dem Federelement 52 verbunden. Das Federelement 52 kann die Ankerplatte 50 automatisch von der Reibscheibe 40 abheben lassen („lüften“), wenn der Elektromagnet 46 nicht oder nicht ausreichend bestromt wird, um die von dem Federelement 52 bereitgestellte Federkraft zu überwinden. Die Vorsteuerkupplung 38 kann durch das Federelement 52 automatisch geöffnet werden. Vorzugsweise kann über das Federelement 52 ganz oder teilweise das zwischen der Ankerscheibe 50 und der Reibscheibe 40 anliegende Drehmoment übertragen werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Ankerscheibe beispielsweise über in tangentialer Richtung wirkende Anschläge, insbesondere einer Steckverzahnung, axial beweglich aber drehmomentübertragend, insbesondere drehfest, an dem Hohlrad oder einem anderen Bauteil angebunden sein.
• Bei mit Hilfe des bestromten Elektromagneten 46 geschlossener Vorsteuerkupplung 38 kann bei einer Relativdrehung der Getriebeeingangswelle 16 und dem Ausgangsteil 18 zu dem Eingangsteil 12 und der Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors die Ankerscheibe 50 ein Drehmoment in das Rampensystem 26 einleiten, wodurch sich die axiale Erstreckung des Rampensystems 26 erhöht und die Hauptkupplung 14 geschlossen wird. Zum Öffnen der Reibungskupplung 10 kann die Bestromung des Elektromagnet 46 beendet werden, so dass das Federelement 52 die Vorsteuerkupplung 38 öffnen kann und die Rückstellfeder 34 die axiale Erstreckung des Rampensystems 26 reduzieren kann, wodurch die Hauptkupplung 14 geschlossen werden kann.
• Bei dem in 2 dargestellten Stromverlauf 64 der Stromstärke I in A für den Elektromagneten 46 über der Zeit t in s befindet sich die Magnetkupplung 38 zunächst im geöffneten Zustand, in dem der Elektromagnet 46 nicht bestromt wird. Zu einem Startzeitpunkt t₀ wird zum Schließen der Magnetkupplung 38 der Elektromagnet 46 von der Steuereinrichtung 51 mit einer maximal vorgesehenen ersten Stromstärke I_Soll bestromt. Dadurch ist das von dem Elektromagneten 46 erzeugte magnetische Feld so stark, dass die maximal weit weg in der Ruhelage positionierte Ankerscheibe 50 gegen die Federkraft des Federelements 52 in Richtung der Betriebslage, in der die Ankerscheibe 50 die Reibscheibe 40 kontaktiert, beschleunigt werden kann. Bevor die Ankerscheibe 50 zu einem Kontaktzeitpunkt t_K in der Betriebslage auf die Reibscheibe 40 auftrifft, wird zu einem ersten Zeitpunkt t₁ die Stromstärke I auf eine zweite Stromstärke I_min reduziert, die im dargestellten Ausführungsbeispiel der minimal erforderlichen Stromstärke I entspricht, die notwendig ist die Federkraft des Federelements 52 zu überwinden. Die an der Ankerscheibe 50 angreifenden Magnetkräfte des Elektromagneten 46 können dadurch soweit angepasst werden, dass ein hartes Anschlagen der Ankerscheibe 50 an der Reibscheibe 40 vermieden werden kann. Zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ kann die Stromstärke I einem vorgegeben Profil entsprechend bis zu einer dritten Stromstärke wieder erhöht werden, um das im Reibschluss zwischen der Ankerscheibe 50 und der Reibscheibe 40 maximal übertragbare Drehmoment zu erhöhen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die zu einem dritten Zeitpunkt t₃ erreichte dritte Stromstärke der ersten Stromstärke I_max, so dass ein möglichst hohes Drehmoment von der Magnetkupplung 38 übertragen werden kann. Es ist aber auch möglich durch eine geringere dritte Stromstärke ein definiertes maximal übertragbares Drehmoment vorzugeben, oberhalb dessen die Magnetkupplung 38 bewusst durchrutschen soll. Wenn die Magnetkupplung 38 geöffnet werden soll, wird die Stromstärke I auf Null reduziert und der Elektromagnet 46 nicht mehr bestromt.
• Bei dem in 2 dargestellten Stromverlauf 64 erfolgt nach dem zweiten Zeitpunkt t₂ die Erhöhung der Stromstärke I bis zum dritten Zeitpunkt t₃ degressiv ansteigend. Dadurch kann sehr schnell das maximal übertragbare Drehmoment erhöht werden und die gewünschte dritte Stromstärke genau angefahren werden. Beispielsweise liegt der zweite Zeitpunkt t₂ nach dem Kontaktzeitpunkt T_K, so dass eine deutliche Erhöhung der an der Ankerscheibe 50 angreifenden Anziehungskraft bevor die Ankerscheibe 50 sich in ihrer Betriebsposition befindet, sicher vermieden werden kann.
• Bei dem in 3 dargestellten Stromverlauf 64 erfolgt im Vergleich zu dem in 2 dargestellten Stromverlauf 64 die Erhöhung der Stromstärke I bis zum dritten Zeitpunkt t₃ linear rampenförmig ansteigend. Zudem kann der zweite Zeitpunkt t₂ mit dem Kontaktzeitpunkt t_K zusammenfallen. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Regelung für die Regeleinrichtung 51.
• Bei dem in 4 dargestellten Stromverlauf 64 erfolgt im Vergleich zu dem in 2 dargestellten Stromverlauf 64 die Erhöhung der Stromstärke I bis zum dritten Zeitpunkt t₃ progressiv ansteigend. Dadurch kann ein Schlupfbetrieb zwischen der Ankerscheibe 50 und der Reibscheibe 40 vorgesehen werden, der ein besonders sanftes schließen der Magnetkupplung 38 ermöglicht. Zudem liegt der zweite Zeitpunkt t₂ vor dem Kontaktzeitpunkt T_K, so dass unter Berücksichtigung einer zeitlichen Trägheit bei der Änderung des magnetischen Felds des Elektromagneten 46 rechtzeitig eine Erhöhung der Anpresskraft zwischen der Ankerscheibe 50 und der Reibscheibe 40 erreicht werden kann.
• Durch die verschiedenen dargestellten Stromverläufe 64 für die Magnetkupplung 38 kann insbesondere der Momentenaufbau in der Hauptkupplung 14 beeinflusst werden, um ein besonders sanftes Schließen der Hauptkupplung 14 zu erreichen. Durch die Beeinflussung der Anpresskraft zwischen der Ankerscheibe 50 und der Reibscheibe 40 in Reaktion auf den vorgesehenen Stromverlauf 64 kann das über die Magnetkupplung 38 an das Rampensystem 26 übertragbare Drehmoment bewusst begrenzt werden, wodurch sich ein mit dem Stromverlauf 64 korrespondierendes Schließverhalten der Hauptkupplung 14 ergibt. Der Komfort beim Schließen der Reibungskupplung 10 ist dadurch verbessert.
• Bezugszeichenliste

10

Reibungskupplung

12

Eingangsteil

14

Hauptkupplung

16

Getriebeeingangswelle

18

Ausgangsteil

20

Stahllamelle

22

Gegenplatte

24

Reiblamellen

26

Rampensystem

28

Ausgangsrampe

30

Kugel

32

Eingangsrampe

34

Rückstellfeder

36

Axiallager

38

Vorsteuerkupplung

40

Reibscheibe

42

Koppelelement

44

erstes Kugellager

46

Elektromagneten

48

zweites Kugellager

50

Ankerscheibe

51

Steuereinrichtung

52

Federelement

54

Übersetzungseinrichtung

56

Hohlrad

58

Planetenrad

60

Planetenträger

62

drittes Kugellager

64

Stromverlauf

I

Stromstärke

I_max

erste Stromstärke

I_min

zweite Stromstärke

t

Zeit

t₀

Startzeitpunkt

t₁

erster Zeitpunkt

t₂

zweiter Zeitpunkt

t₃

dritter Zeitpunkt

t_K

Kontaktzeitpunkt

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• WO 2011050772 A1 [0002]

Claims (10)

1. Verfahren zum Betätigen einer Magnetkupplung (38) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten Bestromen eines Elektromagneten (46) zur Erzeugung einer magnetischen Anziehungskraft auf eine Ankerscheibe (50) mit einer ersten Stromstärke (I_max) zu einem Startzeitpunkt t₀, Beschleunigen der Ankerscheibe (50) aus einer einer geöffneten Stellung der Magnetkupplung (38) entsprechenden Ruhelage in Richtung einer einer geschlossenen Stellung der Magnetkupplung (38) entsprechenden Betriebslage mit Hilfe der magnetischen Anziehungskraft des Elektromagneten (46) und Reduzieren des Bestromen des Elektromagneten (46) auf eine unterhalb der ersten Stromstärke (I_max) liegende zweite Stromstärke (I_min) zu einem während der Bewegung der Ankerscheibe (50) von der Ruhelage in die Betriebslage vorgesehenen ersten Zeitpunkt t₁.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Elektromagnet (46) mit einer oberhalb der zweiten Stromstärke (I_min) liegenden dritten Stromstärke bestromt wird, nachdem die Ankerscheibe (50) die Betriebslage zu einem Kontaktzeitpunkt t_K erreicht hat.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ die zweite Stromstärke (I_min) zur Erreichung der dritten Stromstärke erhöht wird, wobei 0,00 ≤ │t₂ – t_K│/(t₂ – t₀) ≤ 0,25, insbesondere 0,01 ≤ │t₂ – t_K│/(t₂ – t₀) ≤ 0,10 und vorzugsweise 0,02 ≤ │t₂ – t_K│/(t₂ – t₀) ≤ 0,05 gilt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem zu einem Zeitpunkt t₃ die dritte Stromstärke erreicht wird, wobei 0,00 < (t₃ – t₂)/(t_k – t₀) ≤ 5,00, insbesondere 0,25 ≤ (t₃ – t₂)/(t_k – t₀) ≤ 3,00 und vorzugsweise 0,50 ≤ (t₃ – t₂)/(t_k – t₀) ≤ 2,00 gilt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Verlauf der Stromstärke zwischen dem zweiten Zeitpunkt t₂ und dem dritten Zeitpunkt t₃ stetig oder unstetig und/oder zumindest teilweise linear, progressiv und/oder degressiv erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem 0,00 < (t₁ – t₀)/(t_k – t₀) ≤ 0,90, insbesondere 0,10 ≤ (t₁ – t₀)/(t_k – t₀) ≤ 0,50 und vorzugsweise 0,15 ≤ (t₁ – t₀)/(t_k – t₀) ≤ 0,25 gilt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zwischen dem Startzeit punkt t₀ und einem Kontaktzeitpunkt t_K, zu dem die Ankerscheibe (50) die Betriebslage erreicht, die Stromstärke für den Elektromagneten (46) zur Einstellung eines vordefinierten zeitlichen Verlaufs einer auf die Ankerscheibe (50) wirkenden Kraft geregelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Ankerscheibe (50) gegen eine Rückstellfederkraft zur Bewegung der Ankerscheibe (50) in die Ruhelage bei fehlender magnetischen Anziehungskraft von der magnetischen Anziehungskraft des Elektromagneten (46) bewegt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem mit Hilfe der Magnet kupplung ein Rampensystem zum Betätigen einer Reibungskupplung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs betätigt wird.
10. Reibungskupplung zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens einer Getriebeeingangswelle (16) oder mit einem Rotor einer elektrischen Maschine eines Hybridkraftfahrzeugs, mit einem mit der Antriebswelle koppelbaren Eingangsteil (12), insbesondere Eingangslamellenträger, zum Einleiten eines Drehmoments, einem mit der Getriebeeingangswelle (16) oder dem Rotor koppelbaren Ausgangsteil (18), insbesondere Ausgangslamellenträger, zum Ausleiten eines Drehmoments, einem eine Eingangsrampe (32) und eine relativ zur Eingangsrampe (32) verdrehbare Ausgangsrampe (28) aufweisenden Rampensystem (26) zum reibschlüssigen Verpressen des Ausgangsteils (18) mit dem Eingangsteil (12) durch eine Änderung der axialen Erstreckung des Rampensystems (26), einer als Magnetkupplung ausgestalteten Vorsteuerkupplung (38) zur Änderung der axialen Erstreckung des Rampensystems (26) und einer mit der Eingangsrampe (32) gekoppelten relativ bewegbaren Ankerscheibe (50) zur Übertragung eines Stelldrehmoments von dem Ausgangsteil (18) an die Eingangsrampe (32) zur Betätigung des Rampensystems (26), wobei die Vorsteuerkupplung (38) einen Elektromagneten (46) zum Öffnen und/oder Schließen der Vorsteuerkupplung (38) durch eine magnetische Verlagerung der Ankerscheibe (50) aufweist, wobei ein zeitlicher Verlauf einer Stromstärke zur Bestromung des Elektromagneten (46) durch eine Steuereinrichtung (51) einstellbar ist, wobei die Steuer einrichtung (51) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergerichtet ist.

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