DE10235260B4 - Verfahren und System zum Kühlen des Kupplungssystems eines Getriebes - Google Patents

Verfahren und System zum Kühlen des Kupplungssystems eines Getriebes Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Reduzieren der thermischen Belastung eines Kupplungssystems, umfassend zumindest eine Druckplatte, eine Kupplungsscheibe und ein Schwungrad, mit denen ein Moment übertragen wird, wobei das jeweils an den Reibflächen der Kupplungsscheibe auftretende Reibmoment ungleichmäßig verteilt wird, wobei die Druckplatte gekühlt wird dadurch gekennzeichnet, dass bei den beiden Reibflächen der Kupplungsscheibe unterschiedliche Reibbeläge mit unterschiedlichen Reibwerten verwendet werden, an der druckplattenseitigen Reibfläche der Kupplungsscheibe ein höherer Reibwert als an der schwungradseitigen Reibfläche verwendet wird, und als Reibbelag an der jeweiligen Reibfläche ein temperaturbeständiger Reibbelag verwendet wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren der thermischen Belastung und ein Verfahren zum Kühlen von Kupplungssystemen sowie ein System dafür.
  • Es hat sich gezeigt, dass sich der Wärmehaushalt bei Kupplungssystemen, wie z. B. einer trockenen Reibkupplung, insbesondere bei hohen Leistungseinträgen problematisch darstellt. Insbesondere bei einer Lastschaltkupplung eines unterbrechungsfreien Schaltgetriebe (USG) ist eine thermische Überlastung zu befürchten.
  • Die Bauteile der Kupplung, insbesondere der Reibbelag, weisen eine eingeschränkte Temperaturbeständigkeit auf und der Energieeintrag ist im Verhältnis zu dem nutzbaren Bauraum sehr hoch, wobei die Wärmeabfuhr an die Umgebung zu gering ist.
  • Ferner weist z. B. die Druckplatte gegenüber dem Schwungrad der Kupplung eine kleinere Wärmekapazität auf. Darüber hinaus ist der Wärmefluß zu den umgebenden Teilen relativ gering und der Wärmeübergang zur umgebenen Luft im Innenraum der Kupplungsglocke ist ebenfalls gering. Somit liegt bei den bekannten Kupplungssystemen durch die zu erwartende starke Erwärmung insbesondere der Druckplatte eine Begrenzung bezüglich des Betriebes des Kupplungssystems vor.
  • Demzufolge ergibt sich insbesondere für ein lastschaltendes Getriebe die Notwendigkeit, die Temperaturbelastung der Kupplung durch Kühlmaßnahmen abzusenken. Im Falle eines sogenannten Inline-Getriebes z. B. für ein heckgetriebenes Fahrzeug ist eine offenen Bauart, welche im bestimmten Umfang eine Kühlung ermöglicht (Tunneleinbau, Spritzwasser, Nähe zur Auspuffanlage), nur eingeschränkt realisierbar.
  • Aus der US 3,213,986 ist es bereits bekannt unterschiedliche Reibmaterialien für die verschiedenen Seiten der Kupplungsscheibe zu verwenden, insbesondere ist hier vorgesehen auf der Seite des Schwungrades das Reibmaterial mit dem höchsten Reibkoeffizienten bereitzustellen.
  • Weiter wurde in der GB 2 097 873 A ein Kühlsystem einer Kupplung vorgeschlagen, bei welchem ungeheitzte Luft von außerhalb der Kupplungsglocke verwendet wird um die durch die Reibung erzeugte Abwärme aufzunehmen und abzuführen.
  • Aus der US 6,202,820 B1 ist ferner eine Kupplung bekannt, welche eine Druckplatte aufweist, die ausgestaltet ist die entstehende Wärme schnell abzugeben. Hierfür kann sie spezielle Materialen aufweisen oder Kühlrippen umfassen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und ein System der eingangs beschriebenen Gattungen vorzuschlagen, welche eine optimale Kühlung des Kupplungssystems eines Getriebes ermöglichen, sodass insbesondere die Betriebsbedingungen des Kupplungssystems verbessert werden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Reduzieren der thermischen Belastung eines Kupplungssystems, gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes eines Fahrzeuges gemäß Anspruch 4 vorgeschlagen wird. Weiter wird die Aufgabe selbsständig durch ein System zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes eines Fahrzeuges gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die bei dem Kupplungssystem erzeugte Reibleistung wird durch das auftretende Reibmoment und die Relativgeschwindigkeit bestimmt. Bevorzugt sind bei den bekannten Kupplungskonstruktionen die Geschwindigkeitsverhältnisse an beiden Reibflächen der Kupplungsscheibe identisch. Demnach kann eine Lösung darin liegen, dass ungleiche Reibmomente an den jeweiligen Reibflächen erzeugt werden. Auf diese Weise kann z. B. die Druckplatte mit einem geringeren Anteil der auftretenden Reibenergie beaufschlagt werden, sodass die thermische Belastung reduziert wird.
  • Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei den beiden Reibflächen der Kupplungsscheibe unterschiedliche Reibbeläge mit unterschiedlichen Reibwerten verwendet werden. Somit wird die erzeugte Reibleistung zu ungleichen Teilen an den beiden Reibflächen eingeleitet, indem unterschiedliche Reibparameter an den beiden Reibseiten der Kupplungsscheibe vorgesehen werden.
  • Das zu erzeugende Reibmoment hängt dabei von dem wirksamen Reibradius, der Anpresskraft der Druckplatte und dem Reibwert an der jeweiligen Reibfläche ab. Die Beeinflussung der Reibwertverhältnisse an dem Kupplungssystem ist eine Möglichkeit die thermische Belastung geeignet zu verteilen. Es ist auch denkbar, dass die anderen Einflussgrößen verändert werden.
  • Zur Beeinflussung der Reibwertverhältnisse bei dem Kupplungssystem können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mehrere Möglichkeiten vorgesehen werden, welche nachfolgend beschrieben werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass z. B. an der druckplattenseitigen Reibfläche der Kupplungsscheibe ein höherer Reibwert als an der schwungradseitigen Reibfläche verwendet wird, wenn die Druckplatte geeignet gekühlt wird. Auf diese Weise sind unter bestimmten Voraussetzungen, nämlich wenn z. B. Kühlmaßnahmen an der Druckplatte durchgeführt werden, auch umgekehrte Reibleistungsverteilungen denkbar. Somit kann dann z. B. eine höhere Temperatur der Druckplatte durch die höhere Temperaturdifferenz zu einer insgesamt besseren Wärmeableitung an dem Kupplungssystems führen. Dabei sollte jedoch beachtet werden, dass als Reibbelag an der jeweiligen Reibfläche ein temperaturbeständiger Reibbelag verwendet wird.
  • Des weiteren wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe insbesondere auch dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes eines Fahrzeuges vorgeschlagen wird, bei dem ein Kühlluftstrom für die Kupplung verwendet wird. Ferner wird ein System zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes eines Fahrzeuges, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens vorgeschlagen, bei der ein Kühlluftstrom vorgesehen ist, welcher durch die die Kupplung als Gehäuse umgebene Kupplungsglocke führbar ist.
  • Im folgenden werden Vorteile und weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes näher erläutert.
  • Nach der Erfindung können die bereits vorhandenen Lufteinlässe des Fahrzeuges, z. B. für die Innenraumbelüftung, für einen Kühlluftstrom zum Kühlen der Kupplung verwendet werden. Vorzugsweise kann der Kühlluftstrom durch die Kupplungsglocke geführt werden, welche die Kupplung als Gehäuse umgibt. Dazu können die Einlässe z. B. entsprechend ausgelegt bzw. dimensioniert werden. Insgesamt ergibt sich bei der Nutzung der vorhandenen Lufteinlässe der Vorteil, dass z. B. Filter, Schmutzfänger, Wasserabläufe und dergleichen aufgrund der doppelten Nutzung nur einmal bei dem Fahrzeug vorgesehen sein müssen. Ferner werden durch die vorgesehene Luftführung akustische Vorteile gegenüber offenen Kupplungen ermöglicht.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung der Erfindung kann alternativ oder zusätzlich der ausströmende Kühlluftstrom durch das vorhandene Abgassystem des Fahrzeuges in die Umgebung abgeführt werden. Der Kühlluftstrom kann somit durch das Abgassystem zusammen mit dem Abgas abgeführt werden. Insbesondere bei heckgetriebenen Fahrzeugen ist die Abgasanlage in der Nähe des Getriebes angeordnet. Je nach Anordnung ergibt sich der Vorteil, dass auf diese Weise Kupplungsgeräusche durch den Endschalldämpfer in der Umgebung nicht als störend empfunden werden.
  • Bevorzugt kann der Kühlluftstrom durch eine im Abgasstrom des Abgassystems vorgesehene Pumpeneinrichtung erzeugt werden. Dadurch kann der Kühlluftstrom durch die Kupplungsglocke abgesaugt werden. Als Pumpeneinrichtung kann vorzugsweise zumindest eine Injektorpumpe oder dergleichen vorgesehen sein, welche bevorzugt im Abgasstrom vorgesehen ist. Dadurch können andere erforderliche (aktive) Kühlmaßnahmen vermieden werden.
  • Es ist auch möglich, dass der Kühlluftstrom zumindest zeitweise durch eine Verschlusseinrichtung in dem Abgassystem unterbrochen wird, sodass eine unbeeinflusste stationäre Abgasmessung ermöglicht wird. Als Verschlusseinrichtung kann bevorzugt zumindest eine Klappe oder dergleichen verwendet werden.
  • Vorzugsweise können das vorgeschlagene System und das Verfahren bei Hochleistungskupplungen insbesondere für ein lastschaltendes Getriebe (USG) und/oder ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG) zum Einsatz kommen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Systems zum Kühlen einer Kupplung mit einer Injektorpumpe; und
  • 2 ein Diagramm mit dem Ergebnis einer Simulationsrechnung für ein Verfahren zur Reduzierung der thermischen Belastung einer Kupplung.
  • Es wird eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zum Kühlen einer Kupplung gezeigt, wobei in 1 ein Motor 101 mit angeschlossenem Abgassystem 102 und ein Getriebe 103 mit einer Kupplungsglocke 104 sowie einer Kardanwelle 105 prinzipmäßig dargestellt ist. Ferner ist beispielhaft ein vorhandener Lufteinlass 107, z. B. für die Frontscheibe zur Innenraumbelüftung des Fahrzeuges, gezeigt, wobei dieser zusätzlich für den erfindungsgemäßen Kühlluftstrom verwendet wird. Es können für den Kühlluftstrom auch andere Lufteinlässe vorgesehen sein.
  • Der Kühlluftstrom kann mittels zumindest eines Luftauslasses 108 aus der Kupplungsglocke 104 mittels einer Injektorpumpe 106 abgesaugt werden. Die Injektorpumpe 106 ist in dem Abgassystem 102 angeordnet, welches in 1 ausschnittsvergrößert dargestellt ist.
  • Das System gemäß der Erfindung kann unter Einbeziehung der am Fahrzeug vorhandenen Lufteinlass-Systeme und Abgas-Systeme eine Zu- und Ableitung des erfindungsgemäß vorgesehenen Kühlluftstromes zur Kühlung der Kupplung ermöglichen.
  • Vorzugsweise kann das System im Zusammenhang mit einem lastschaltenden Getriebe (USG), einem Doppelkupplungsgetriebe (DKG) und allen Arten von Hochleistungskupplungen, die eine (Luft-)Kühlung benötigen, verwendet werden.
  • In 2 ist das Ergebnis einer Simulationsrechnung für ein Verfahren zur Reduzierung der thermischen Belastung einer Kupplung dargestellt. Dabei sind verschiedene Temperaturverläufe über die Zeit dargestellt.
  • Das Simulationsmodell ist für eine Lastschaltkupplung eines USG-Systems erstellt worden. Auf diese Weise kann die Wirkung der veränderten Reibwerte gezeigt werden.
  • Dabei werden die Reibwerte der jeweiligen Reibfläche einmal mit einem konstanten Verhältnis (1/1) und einmal mit einem Verhältnis von 0,7/1 angenommen. Als Belastung wurde eine mehrfache Maximalbeschleunigung des Fahrzeuges auf die Geschwindigkeit von 100 km/h angenommen. Der obere Verlauf der Druckplattentemperatur TDP kennzeichnet das Reibwertverhältnis 1/1, wobei der untere Verlauf der Druckplattentemperatur TDP das Reibwertverhältnis 0,7/1 darstellt.
  • Es ist deutlich zu erkennen, dass die Druckplattentemperatur bei einem Reibwertverhältnis von 0,7/1 geringer ist. Die Temperaturen des Schwungrades TSR sind dagegen nur gering angestiegen. Dies ist aus dem Verlauf von TSR zu erkennen.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Reduzieren der thermischen Belastung eines Kupplungssystems, umfassend zumindest eine Druckplatte, eine Kupplungsscheibe und ein Schwungrad, mit denen ein Moment übertragen wird, wobei das jeweils an den Reibflächen der Kupplungsscheibe auftretende Reibmoment ungleichmäßig verteilt wird, wobei die Druckplatte gekühlt wird dadurch gekennzeichnet, dass bei den beiden Reibflächen der Kupplungsscheibe unterschiedliche Reibbeläge mit unterschiedlichen Reibwerten verwendet werden, an der druckplattenseitigen Reibfläche der Kupplungsscheibe ein höherer Reibwert als an der schwungradseitigen Reibfläche verwendet wird, und als Reibbelag an der jeweiligen Reibfläche ein temperaturbeständiger Reibbelag verwendet wird.
  2. Verfahren zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes (103) eines Fahrzeuges, wobei das jeweils an den Reibflächen der Kupplungsscheibe auftretende Reibmoment ungleichmäßig verteilt wird, wobei bei den beiden Reibflächen der Kupplungsscheibe unterschiedliche Reibbeläge mit unterschiedlichen Reibwerten verwendet werden und ein Kühlluftstrom für die Kupplung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der ausströmende Kühlluftstrom durch das vorhandene Abgassystem (102) des Fahrzeuges in die Umgebung abgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftstrom durch eine im Abgasstrom des Abgassystem (102) vorgesehene Pumpeneinrichtung erzeugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Pumpeneinrichtung zumindest eine Injektorpumpe (106) verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftstrom zumindest zeitweise durch eine Verschlusseinrichtung unterbrochen wird, sodass eine stationäre Abgasmessung ermöglicht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Verschlusseinrichtung eine Klappe verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein vorhandener Lufteinlass (107) für die Innenraumbelüftung des Fahrzeuges als Einlass für den Kühlluftstrom verwendet wird, sodass der Kühlluftstrom durch die die Kupplung als Gehäuse umgebene Kupplungsglocke (104) geführt wird.
  8. Verfahren zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes (103) eines Fahrzeuges, wobei das jeweils an den Reibflächen der Kupplungsscheibe auftretende Reibmoment ungleichmäßig verteilt wird, wobei bei den beiden Reibflächen der Kupplungsscheibe unterschiedliche Reibbeläge mit unterschiedlichen Reibwerten verwendet werden und ein Kühlluftstrom für die Kupplung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein vorhandener Lufteinlass (107) für die Innenraumbelüftung des Fahrzeuges als Einlass für den Kühlluftstrom verwendet wird, sodass der Kühlluftstrom durch die die Kupplung als Gehäuse umgebene Kupplungsglocke (104) geführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ausströmende Kühlluftstrom durch das vorhandene Abgassystem (102) des Fahrzeuges in die Umgebung abgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftstrom bei Hochleistungskupplungen für ein lastschaltendes Getriebe (USG) und/oder ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG) eingesetzt wird.
  11. System zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes (103) eines Fahrzeuges, zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlluftstrom vorgesehen ist, welcher durch die die Kupplung als Gehäuse umgebene Kupplungsglocke (104) führbar ist.
  12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein vorhandener Lufteinlass (107) für die Innenraumbelüftung des Fahrzeuges als Einlass für den Kühlluftstrom vorgesehen ist.
  13. System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das vorhandene Abgassystem (102) des Fahrzeuges zum Austreten des ausströmenden Kühlluftstromes vorgesehen ist.
  14. System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgasstrom des Abgassystems (102) eine Pumpeneinrichtung vorgesehen ist, welche den Kühlluftstrom erzeugt.
  15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Pumpeneinrichtung zumindest eine Injektorpumpe (106) vorgesehen ist.
  16. System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschlusseinrichtung in dem Abgasstrom vorgesehen ist.
  17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Verschlusseinrichtung eine Klappe vorgesehen ist.
  18. System nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es bei Hochleistungskupplungen für ein lastschaltendes Getriebe (USG) und/oder ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG) vorgesehen ist.
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