DE10338558A1

DE10338558A1 - Verfahren, Vorrichtung und deren Verwendung zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE10338558A1
Application number: DE10338558A
Authority: DE
Inventors: Gerd Ahnert; Jürgen BENZ; Hans-Dieter Elison; Gunter Hirt; Hughes; Burkhard Dr. Pollak; Karl-Ludwig Kimmig; Lászlo Dr. Mán; Mario Jung; Marian Preisner; Boris Serebrennikov; Stuart Millgate
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2004-03-04

Abstract

Es wird ein Verfahren, eine Vorrichtung und deren Verwendungg zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einem Antriebsmotor und einem Getriebe im Antriebsstrang vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und deren Verwendung zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einem Antriebsmotor und einem Getriebe im Antriebsstrang.
Gemäß 1 weist ein Fahrzeug 1 eine Antriebseinheit 2, wie einen Motor oder eine Brennkraftmaschine, auf. Weiterhin sind im Antriebsstrang des Fahrzeuges 1 ein Drehmomentübertragungssystem 3 und ein Getriebe 4 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Drehmomentübertragungssystem 3 im Kraftfluss zwischen Motor und Getriebe angeordnet, wobei ein Antriebsmoment des Motors über das Drehmomentübertragungssystem 3 an das Getriebe 4 und von dem Getriebe 4 abtriebsseitig an eine Abtriebswelle 5 und an eine nachgeordnete Achse 6 sowie an die Räder 6a übertragen wird.
Das Drehmomentübertragungssystem 3 ist als Kupplung, wie z. B. als Reibungskupplung, Lamellenkupplung, Magnetpulverkupplung oder Wandlerüberbrückungskupplung, ausgestaltet, wobei die Kupplung eine selbsteinstellende oder eine verschleißausgleichende Kupplung sein kann. Das Getriebe 4 ist ein unter brechungsfreies Schaltgetriebe (USG). Entsprechend dem erfindungsgemäßen Gedanken kann das Getriebe auch ein automatisiertes Schaltgetriebe (ASG) sein, welches mittels zumindest eines Aktors automatisiert geschaltet werden kann. Als automatisiertes Schaltgetriebe ist im Weiteren ein automatisiertes Getriebe zu verstehen, welches mit einer Zugkraftunterbrechung geschaltet wird und bei dem der Schaltvorgang der Getriebeübersetzung mittels zumindest eines Aktors angesteuert durchgeführt wird.
Weiterhin kann als USG auch ein Automatgetriebe Verwendung finden, wobei ein Automatgetriebe ein Getriebe im wesentlichen ohne Zugkraftunterbrechung bei den Schaltvorgängen ist und das in der Regel durch Planetengetriebestufen aufgebaut ist.
Weiterhin kann ein stufenlos einstellbares Getriebe, wie beispielsweise Kegelscheibenumschlingungsgetriebe eingesetzt werden. Das Automatgetriebe kann auch mit einem abtriebsseitig angeordneten Drehmomentübertragungssystem 3, wie eine Kupplung oder eine Reibungskupplung, ausgestaltet sein. Das Drehmomentübertragungssystem 3 kann weiterhin als Anfahrkupplung und/oder Wendesatzkupplung zur Drehrichtungsumkehr und/oder Sicherheitskupplung mit einem gezielt ansteuerbaren übertragbaren Drehmoment ausgestaltet sein. Das Drehmomentübertragungssystem 3 kann eine Trockenreibungskupplung oder eine nass laufende Reibungskupplung sein, die beispielsweise in einem Fluid läuft. Ebenso kann es ein Drehmomentwandler sein.
Das Drehmomentübertragungssystem 3 weist eine Antriebsseite 7 und eine Abtriebsseite 8 auf, wobei ein Drehmoment von der Antriebsseite 7 auf die Abtriebsseite 8 übertragen wird, indem z. B. die Kupplungsscheibe 3a mittels der Druckplatte 3b, der Tellerfeder 3c und dem Ausrücklager 3e sowie dem Schwungrad 3d kraftbeaufschlagt wird. Zu dieser Beaufschlagung wird der Ausrückhebel 20 mittels einer Betätigungseinrichtung, z. B. einem Aktor, betätigt.
Die Ansteuerung des Drehmomentübertragungssystems 3 erfolgt mittels einer Steuereinheit 13, wie z. B. einem Steuergerät, welches die Steuerelektronik 13a und den Aktor 13b umfassen kann. In einer anderen vorteilhaften Ausführung können der Aktor 13b und die Steuerelektronik 13a auch in zwei unterschiedlichen Baueinheiten, wie z. B. Gehäusen, angeordnet sein.
Die Steuereinheit 13 kann die Steuer- und Leistungselektronik zur Ansteuerung des Antriebsmotors 12 des Aktors 13b enthalten. Dadurch kann beispielsweise vorteilhaft erreicht werden, dass das System als einzigen Bauraum den Bauraum für den Aktor 13b mit Elektronik benötigt. Der Aktor 13b besteht aus dem Antriebsmotor 12, wie z. B. einem Elektromotor, wobei der Elektromotor 12 über ein Getriebe, wie z. B. ein Schneckengetriebe, ein Stirnradgetriebe, ein Kurbelgetriebe oder ein Gewindespindelgetriebe, auf einen Geberzylinder 11 wirkt. Diese Wirkung auf den Geberzylinder 11 kann direkt oder über ein Gestänge erfolgen.
Die Bewegung des Ausgangsteiles des Aktors 13b, wie z. B. des Geberzylinderkolbens 11a, wird mit einem Kupplungswegsensor 14 detektiert, welcher die Position oder Stellung oder die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung einer Größe detektiert, welche proportional zur Position bzw. Einrückposition respektive der Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Kupplung ist. Der Geberzylinder 11 ist über eine Druckmittelleitung 9, wie z. B. eine Hydraulikleitung, mit dem Nehmerzylinder 10 verbunden. Das Ausgangselement 10a des Nehmerzylindens ist mit dem Ausrückmittel 20, z. B. einem Ausrückhebel, wirkverbunden, so dass eine Bewegung des Ausgangsteiles 10a des Nehmerzylinders 10 bewirkt, dass das Ausrückmittel 20 ebenfalls bewegt oder verkippt wird, um das von der Kupplung 3 übertragbare Drehmoment anzusteuern.
Der Aktor 13b zur Ansteuerung des übertragbaren Drehmoments des Drehmomentübertragungssystems 3 kann druckmittelbetätigbar sein, d. h., er kann einen Druckmittelgeber- und Nehmerzylinder aufweisen. Das Druckmittel kann beispielsweise ein Hydraulikfluid oder ein Pneumatikmedium sein. Die Betätigung des Druckmittelgeberzylinders kann elektromotorisch erfolgen, wobei der als Antriebselement 12 vorgesehene Elektromotor elektronisch angesteuert werden kann. Das Antriebselement 12 des Aktors 13b kann neben einem elektromotorischen Antriebselement auch ein anderes, beispielsweise druckmittelbetätigtes Antriebselement sein. Weiterhin können Magnetaktoren verwendet werden, um eine Position eines Elementes einzustellen.
Bei einer Reibungskupplung erfolgt die Ansteuerung des übertragbaren Drehmomentes dadurch, dass die Anpressung der Reibbeläge der Kupplungsscheibe zwischen dem Schwungrad 3d und der Druckplatte 3b gezielt erfolgt. Über die Stellung des Ausrückmittels 20, wie z. B. einer Ausrückgabel oder eines Zentralausrückers, kann die Kraftbeaufschlagung der Druckplatte 3b respektive der Reibbeläge gezielt angesteuert werden, wobei die Druckplatte 3b dabei zwischen zwei Endpositionen bewegt und beliebig eingestellt und fixiert werden kann. Die eine Endposition entspricht einer völlig eingerückten Kupplungsposition und die andere Endposition einer völlig ausgerückten Kupplungsposition. Zur Ansteuerung eines übertragbaren Drehmomentes, welches beispielsweise geringer ist als das momentan anliegende Motormoment, kann beispielsweise eine Position der Druckplatte 3b angesteuert werden, die in einem Zwischenbereich zwischen den beiden Endpositionen liegt. Die Kupplung kann mittels der gezielten Ansteuerung des Ausrückmittels 20 in dieser Position fixiert werden. Es können aber auch übertragbare Kupplungsmomente angesteuert werden, die definiert über den momentan anstehenden Motormomenten liegen. In einem solchen Fall können die aktuell anstehenden Motormomente übertragen werden, wobei die Drehmoment-Ungleichförmigkeiten im Antriebsstrang in Form von beispielsweise Drehmomentspitzen gedämpft und/oder isoliert werden.
Zur Ansteuerung des Drehmomentübertragungssystems 3 werden weiterhin Sensoren verwendet, die zumindest zeitweise die relevanten Größen des gesamten Systems überwachen und die zur Steuerung notwendigen Zustands größen, Signale und Messwerte liefern, die von der Steuereinheit verarbeitet werden, wobei eine Signalverbindung zu anderen Elektronikeinheiten, wie beispielsweise zu einer Motorelektronik oder einer Elektronik eines Antiblockiersystems (ABS) oder einer Antischlupfregelung (ASR) vorgesehen sein kann und bestehen kann. Die Sensoren detektieren beispielsweise Drehzahlen, wie Raddrehzahlen, Motordrehzahlen, die Position des Lasthebels, die Drosselklappenstellung, die Gangposition des Getriebes, eine Schaltabsicht und weitere fahrzeugspezifische Kenngrößen.
Die 1 zeigt, dass ein Drosselklappensensor 15, ein Motordrehzahlsensor 16 sowie ein Tachosensor 17 Verwendung finden können und Messwerte bzw. Informationen an das Steuergerät 13 weiterleiten. Die Elektronikeinheit, wie z. B. eine Computereinheit, der Steuerelektronik 13a verarbeitet die Systemeingangsgrößen und gibt Steuersignale an den Aktor 13b weiter.
Das Getriebe ist als z. B. Stufenwechselgetriebe ausgestaltet, wobei die Übersetzungsstufen mittels eines Schalthebels 18 gewechselt werden oder das Getriebe mittels dieses Schafthebels 18 betätigt oder bedient wird. Weiterhin ist an dem Schalthebel 18 des Handschaltgetriebes zumindest ein Sensor 19b angeordnet, welcher die Schaltabsicht und/oder die Gangposition detektiert und an das Steuergerät 13 weiterleitet. Der Sensor 19a ist am Getriebe angelenkt und detektiert die aktuelle Gangposition und/oder eine Schaltabsicht. Die Schaltabsichtserkennung unter Verwendung von zumindest einem der beiden Sensoren 19a, 19b kann dadurch erfolgen, dass der Sensor ein Kraftsensor ist, welcher die auf den Schalthebel 18 wirkende Kraft detektiert. Weiterhin kann der Sensor aber auch als Weg- oder Positionssensor ausgestaltet sein, wobei die Steuereinheit aus der zeitlichen Veränderung des Positionssignals eine Schaltabsicht erkennt.
Das Steuergerät 13 steht mit allen Sensoren zumindest zeitweise in Signalverbindung und bewertet die Sensorsignale und Systemeingangsgrößen in der Art und Weise, dass in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebspunkt die Steuereinheit Steuer- oder Regelungsbefehle an den zumindest einen Aktor 13b ausgibt. Der Antriebsmotor 12 des Aktors 13b, z. B. ein Elektromotor, erhält von der Steuereinheit, welche die Kupplungsbetätigung ansteuert, eine Stellgröße in Abhängigkeit von Messwerten und/oder Systemeingangsgrößen und/oder Signalen der angeschlossenen Sensorik. Hierzu ist in dem Steuergerät 13 ein Steuerprogramm als Hard- und/oder als Software implementiert, das die eingehenden Signale bewertet und anhand von Vergleichen und/oder Funktionen und/oder Kennfeldern die Ausgangsgrößen berechnet oder bestimmt.
Das Steuergerät 13 hat in vorteilhafter Weise eine Drehmomentbestimmungseinheit, eine Gangpositionsbestimmungseinheit, eine Schlupfbestimmungseinheit und/oder eine Betriebszustandsbestimmungseinheit implementiert oder es steht mit zumindest einer dieser Einheiten in Signalverbindung. Diese Einheiten können durch Steuerprogramme als Hardware und/oder als Software imple mentiert sein, so dass mittels der eingehenden Sensorsignale das Drehmoment der Antriebseinheit 2 des Fahrzeuges 1, die Gangposition des Getriebes 4 sowie der Schlupf, welcher im Bereich des Drehmomentübertragungssystems 3 herrscht und der aktuelle Betriebszustand des Fahrzeuges 1 bestimmt werden können. Die Gangpositionsbestimmungseinheit ermittelt anhand der Signale der Sensoren 19a und 19b den aktuell eingelegten Gang. Dabei sind die Sensoren 19a, 19b am Schalthebel und/oder an getriebeinternen Stellmitteln, wie beispielsweise einer zentralen Schaltwelle oder Schaltstange, angelenkt und diese detektieren, beispielsweise die Lage und/oder die Geschwindigkeit dieser Bauteile. Weiterhin kann ein Lasthebelsensor 31 am Lasthebel 30, wie z. B. an einem Gaspedal, angeordnet sein, welcher die Lasthebelposition detektiert. Ein weiterer Sensor 32 kann als Leerlaufschalter fungieren, d. h. bei betätigtem Lasthebel 30 bzw. Gaspedal ist dieser Leerlaufschalter 32 eingeschaltet und bei nicht betätigtem Lasthebel 30 ist er ausgeschaltet, so dass durch diese digitale Information erkannt werden kann, ob der Lasthebel 30 betätigt wird. Der Lasthebelsensor 31 detektiert den Grad der Betätigung des Lasthebels 30.
Die 1 zeigt neben dem Lasthebel 30 und den damit in Verbindung stehenden Sensoren ein Bremsenbetätigungselement 40 zur Betätigung der Betriebsbremse oder der Feststellbremse, wie z. B. ein Bremspedal, einen Handbremshebel oder ein hand- oder fußbetätigtes Betätigungselement der Feststellbremse. Zumindest ein Sensor 41 ist an dem Betätigungselement 40 angeordnet und überwacht dessen Betätigung. Der Sensor 41 ist beispielsweise als digitaler Sensor, wie z. B. als Schalter, ausgestaltet, wobei dieser detektiert, dass das Bremsenbetätigungselement 40 betätigt oder nicht betätigt ist. Mit dem Sensor 41 kann eine Signaleinrichtung, wie z. B. eine Bremsleuchte, in Signalverbindung stehen, welche signalisiert, dass die Bremse betätigt ist. Dies kann sowohl für die Betriebsbremse als auch für die Feststellbremse erfolgen. Der Sensor 41 kann jedoch auch als analoger Sensor ausgestaltet sein, wobei ein solcher Sensor, wie beispielsweise ein Potentiometer, den Grad der Betätigung des Bremsenbetätigungselementes 41 ermittelt. Auch dieser Sensor kann mit einer Signaleinrichtung in Signalverbindung stehen.
Nachfolgend wird eine Ausgestaltung der Erfindung beschrieben, bei der eine Steuerung der Synchronisierungsphase bevorzugt bei einer Zug-Rück-Schaltung bei einem Fahrzeug z. B. mit einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe (USG) vorgeschlagen wird.
Dabei kann z. B. vorgesehen sein, dass das Synchronmoment am Ende des Synchronvorganges als lineare Funktionen der noch zu synchronisierende Drehzahldifferenz vorgegeben wird.
Es hat sich gezeigt, dass die bekannte Steuerung der Synchronisierungsphase bei der Zug-Rück-Schaltung in einem Fahrzeug mit einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe (USG-Fahrzeug) kompliziert ist und mehrere anzupassende Parameter hat.
Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und effektive Steuerungsstrategie insbesondere für Zug-Rück-Schaltungen anzugeben.
Erfindungsgemäß kann beispielsweise am Ende des Synchronvorganges die Drehzahldifferenz als auch die Beschleunigungsdifferenz im einzulegenden Gang auf die Null gebracht werden. Es wird vorgeschlagen, dieses Ziel vorzugsweise durch die Steuerung der Lastschaltkupplung ab einer Drehzahldifferenz von Δω₀ gemäß der nachfolgenden Formel zu realisieren:
wobei gilt
M Soll / LKS = Kupplungssollmoment an der Lastschaltkupplung
M_Ziel = Zielmoment
K = konstanter Parameter
M₀ = Lastschaltkupplungsmoment
Δω = Drehzahldifferenz
Die Gleichungen des Systems bei der Synchronisierung lauten wie folgt: JM . M = MM – MLS K/i5 JF . F = MLSKiD – Mw
Es ist Ziel der erfindungsgemäßen Steuerungsstrategie bei der Synchronisierung die Drehzahlgleichheit und die Beschleunigungsgleichheit im einzulegenden Gang zu erreichen, welches durch folgende Formel ausgedrückt wird: Δω = ωFiD – ωM/iGang Δ . = . FiD – . M/iGang
Die Beschleunigungsgleichheit kann erreicht werden, wenn
gilt.
Die beiden ersten Glieder der Gleichung (1) nehmen einen relativ kleinen Wert an und folglich kann angenommen werden, dass die Beschleunigungsgleichheit bei einem Moment der Lastschaltkupplung von MLSK = MZiel = Mmi5 erreicht wird, wobei i₅ die Übersetzung im fünften Gang bezeichnet.
Der Synchronvorgang besteht aus zwei Phasen, wobei während der ersten Phase das Synchronmoment aufgebaut und eventuell konstant gehalten wird und während der zweiten Phase das Synchronmoment abgebaut wird.
Dagegen wird bei der bestehenden Strategie das Synchronmoment während drei Zeitabschnitte mit unterschiedlicher Steuerung reduziert. Deshalb ist diese Vorgehensweise der Reduzierung des Synchronmoments relativ kompliziert.
Die Grundidee der vorgeschlagenen Lösung liegt insbesondere darin, dass die Steuerung der Lastschaltkupplung (LSK) derart durchgeführt wird, dass das Moment der Lastschaltkupplung in der Phase 2 der Reduzierung des Synchronmomentes als lineare Funktion der Drehzahldifferenz vorgegeben wird:
Dabei ist M₀ das Lastschaltkupplungsmoment und Δω₀, die am Beginn der Phase 2 geltende Drehzahldifferenz. Nun wird das Sollmoment der LSK vorgeben, um das Istmoment M₀ gemäß der Formel (2) zu erhalten.
Dazu kann die Lastschaltkupplung vereinfacht als PT1-Glied dargestellt werden: TM . LSK + MLSK – MSollLSK (3)
Es wird angenommen, dass das Motormoment sich relativ langsam ändert, so dass der Gradient des Lastschaltkupplungsmoments M . _LSK aus der Formel (2) vereinfacht berechnet werden kann.
Wenn die Beschleunigung Δ . aus der Gleichung (1) in Gleichung (4) eingesetzt wird, ergibt sich unter Berücksichtigung von Gleichung (2) eine Aussage über M . _LSK und letztendlich eine Aussage über das Sollmoment der Lastschaltkupplung M Soll / LSK:
Falls das Motormoment sich in der Phase 2 nicht ändert, gilt folgende Gleichung:
Die Formel (5) kann derart modifiziert werden
und lautet letztendlich
Hierbei ist T₀ die Zeit bis zum Ende des Drehzahlausgleiches, wenn das Synchronmoment nicht reduziert wird (Δ . = Δ . ₀ = Const).
Das Vorzeichen vor dem Zeitverhältnis wird verändert, weil Δ . ₀ und Δω₀ unterschiedliche Vorzeichen haben.
Die Gleichungen (6) und (7) unterscheiden sich von der Gleichung (2) durch den reduzierten drehzahlabhängigen Anteil. Bei T₀ = T , welches einen relativ späten Übergang zur Phase 2 bedeutet, steigt das Sollmoment sofort auf das Niveau des Zielmoments M_Ziel und die weitere Steuerung wird damit drehzahlunabhängig. Um die negative Rückkopplung der Drehzahldifferenz nicht abzuschwächen ist es sinnvoll die Steuerung gemäß der Formel (8) zu implementieren:
Hierbei ist K konstanter Parameter mit dem Wert von etwa 0,3–0,4. Die Umschaltdrehzahl ω₀ kann durch die Gleichung (9) definiert werden;
Es hat sich gezeigt, dass die hier vorgestellte Steuerstrategie insbesondere bei einem Fahrzeug mit einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe besonders vor teilhaft ist. In 2 ist schematisch ein USG-Getriebe dargestellt. Ferner ist in 3 beispielhaft eine Zug-Rückschaltung bei einem Fahrzeug mit einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe gezeigt.
In 3 sind vier Diagramme untereinander dargestellt, wobei mit a_fzg die Fahrzeuggeschwindigkeit, mit Pedal die Pedalstellung, mit PSDSpd die Drehzahldifferenz (Δω), mit GearReq der gewünschte Gang, mit GearAct der aktive Gang, mit PS_State der Schaltzustand, mit TrqEnReq das gewünschte Motormoment, mit TrqEnAct das vorliegende Motormoment, mit TrqSCReq das gewünschte Lastschaltkupplungsmoment und mit TrqSCAct das vorliegende Lastschaltkupplungsmoment bezeichnet sind, welche jeweils über der Zeit dargestellt sind.
Dabei beginnt die erste Phase des Synchronvorganges, wenn der Schaltzustand PS State etwa den Wert 7 annimmt. In dieser Phase wird die Differenz Motormoment – Lastschaltkupplungsmoment von 70Nm (Parameter) aufgebaut und konstant gehalten. Die zweite Phase beginnt ab t=649,55s und dauert bis der PS_State sich verändert hat. Danach folgt bis zum Einlegen des Ganges die Feindrehzahlregelung.
In 4 ist schematisch ein Ablaufdiagramm der vorgeschlagenen Steuerungsstrategie dargestellt.
Der Übergang von der Steuerung zur Feinregelung erfolgt bei der vorgeschlagenen Strategie bei einer kleinen Drehzahldifferenz (Bedingung 1) und/oder bei ei ner kleinen Beschleunigungsdifferenz (Bedingung 2) und etwas größerer Drehzahldifferenz. Die Bedingung 2 wird eingeführt, weil die Gleichung (8) im idealen Fall die asymptotische Annäherung der Drehzahldifferenz an den Wert Null gewährleistet. In der Realität kann es passieren, dass die Beschleunigungsgleichheit bei der Restdrehzahldifferenz erreicht wird.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der eine Verbesserung des Schaltkomforts insbesondere bei Schubrückschaltungen vorgeschlagen wird.
Die erfindungsgemäße Lösung kann darin bestehen, dass Bedingungen ausgewählt werden, bei denen ein komfortables Herausnehmen sowie Einspuren des Ganges gewährleistet wird. Beispielhaft werden im folgenden zwei Strategien vorgestellt.
Einer erste mögliche Strategie wird erst aktiviert, wenn ein Gangwechsel angefordert wird. Um den Gang komfortabel auszuspuren können eine Momentenfreiheit an der Schaltklaue vorgesehen werden. Dies lässt sich z. B. dadurch erreichen, dass die Beschleunigung der Getriebeeingangswelle . _GEW etwa gleich der Beschleunigung der Getriebeausgangswelle . _GAW multipliziert mit der Übersetzung des aktuellen Ganges i_Gang,ist ist. Formelmäßig wird dies wie folgt ausgedrückt: .GEW – . GAW · iGang,ist (1a)
Die Beschleunigung der Getriebeeingangswelle ist wiederum abhängig von dem Motormoment während des Gangausspurens M_{Mot,Ausspuren} und der Trägheitsmasse des Motors, der Anfahrkupplung und der Getriebeeingangswelle (zusammengefasst unter Θ_Synch). Dies bedeutet also:
Aus Gleichung (2a) kann somit ein Motormoment bestimmt werden, mit dem eine Momentenfreiheit an der Schaltklaue erreicht werden kann. Ist das errechnete Motormoment kleiner als das maximale Schleppmoment M_{Mot,Schlepp,Max} oder größer als das maximale Moment M_Mot,Max des Motors, kann der Gang nicht ausgespurt werden, ohne dass der Fahrer einen Ausspurschlag wahrnimmt. In diesem Fall wird die Anfahrkupplung vollständig geöffnet und somit kann der Gang problemlos ausgespurt werden. Danach kann die Anfahrkupplung wieder geschlossen werden. In der 5 ist die vorgeschlagene Ausspurstrategie in Form eines Flussdiagramms dargestellt.
Nach dem Ausspuren des Ganges kann die Getriebeeingangswelle mit dem Motormoment auf die Synchrondrehzahl gebracht werden und danach wird der neue Gang eingespurt. Dabei kann sich eine ähnliche Problematik, wie beim Ausspuren des Ganges, einstellen. Der Gang wird erst dann eingespurt, wenn die entsprechenden Bedingungen erfüllt sind. Diese Einspurstrategie ist in 6 beispielhaft dargestellt.
Ferner kann erfindungsgemäß eine weitere zweite Strategie vorgesehen werden. Im Gegensatz zur ersten Strategie kann die zweite Strategie jederzeit aktiv sein und nicht erst wenn der Gangwechsel angefordert wird. Dies bedeutet, dass, wenn eine Situation erkannt wird, die in der Gleichung (1a) dargestellt ist, in Neutral geschaltet wird. Die Bedingungen dafür werden im folgendem neu definiert.
Wenn bei Bremsschaltungen die Verzögerung der Fahrzeugräder einen bestimmten, noch zu definierenden Betrag . _Rad,Schwelle unterschreitet, sollten die Trägheitsmassen des Motors Θ_Mot , der Getriebeeingangswelle Θ_Gew sowie der Anfahrkupplung Θ_AK von der Trägheitsmasse des Fahrzeugs abgekoppelt werden, um damit zum einen den Bremsweg zu verkürzen und zum anderen den Komfort der Rückschaltung zu erhöhen. Dies kann bevorzugt dadurch erreicht werden, dass in dieser Situation in Neutral geschaltet wird. Der Betrag . _Rad,Schwelle ist abhängig von der Übersetzung des aktuellen Ganges i_Gang,ist und beträgt:
M_{Mot,Max,Schlepp} bezeichnet das maximale Schleppmoment des Motors und i_Diff bezeichnet dagegen die Übersetzung des Differentials. Um den aktuellen Gang in richtigem Moment auszuspuren, d. h., wenn an der Schaltklaue kein Moment übertragen wird, ist es notwendig, nicht nur die Beschleunigung der Räder . _Rad zu berechnen, sondern auch die Ableitung davon, nämlich _Rad . Dabei lautet die Bedingung: .Rad + tDelay Rad ≤ . Rad,Schwelle (4a)
Wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann der Gang ausgespurt werden. Die Zeit t_Delay bezeichnet dabei den Zeitraum zwischen der Bestromung des Aktors und der Aufbringung einer minimalen Ausspurkraft durch den Aktor.
Es ist denkbar, die genannten Strategien weiter zu modifizieren oder andere Strategien zum Verbessern des Schaltkomforts zu verwenden. Vorzugsweise können die erfindungsgemäßen Strategien bei einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe zum Einsatz kommen.
Nachfolgend wird eine nächste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der ein schnelles Öffnen des Triebstranges insbesondere bei einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe (USG) vorgeschlagen wird.
Es ist bekannt, dass für das unterbrechungsfreie Schaltgetriebe (USG) eine Kombikupplung vorgesehen ist. Ein gemeinsames Ausrücklager kann die Anfahrkupplung öffnen bzw. die Lastschaltkupplung (LSK) schließen.
Wenn das Fahrzeug z. B. durch eine Bremsung stark verzögert wird, sollte der Triebstrang geöffnet sein, bevor die Motordrehzahl zu weit gesunken ist, d. h. der Motor abgewürgt wird (unter Leerlauf).
Ein Problem kann auftreten, wenn die Lastschaltkupplung (LSK) betätigt ist, denn dann muss das Ausrücksystem einen erheblich längeren Weg zurücklegen, wobei die erforderliche Zeit u.U. zu lang ist. Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere die Zeit zum Trennen des Triebstranges zu verringern.
In die 8 ist die Betätigungskraft einer Kombikupplung eines unterbrechungsfreien Schaltgetriebes über dem Ausrückweg aufgetragen, wobei drei unterschiedliche Situationen gekennzeichnet sind. In 9 werden die Verfahrwege für die unterschiedlichen Ausgangssituationen über der Zeit dargestellt. Die Ausgangssituation 1 betrifft die stehende Lastschaltkupplung an dem Tastpunkt. Bei der Ausgangssituation 2 befindet sich die stehende Lastschaltkupplung bei einem Ausrückweg von 5mm und ist teilweise geschlossen. Bei der Ausgangssituation 3 ist die Lastschaltkupplung bei einem Ausrückweg von 5mm ebenfalls teilweise geschlossen, bewegt sich jedoch in Richtung „Schließen".
Eine mögliche Lösung kann z. B. durch eine stärkere Aktorik realisiert werden.
Ferner hat sich gezeigt, dass zum Trennen des Triebstranges des unterbrechungsfreien Schaltgetriebes (USG) zumindest zwei Möglichkeiten zur Verfügung stehen. Bei einer Bremsung kann durch die Steuerung entschieden werden, auf welche Weise der Triebstrang getrennt wird.
Beispielsweise kann eine Trennung des Triebstranges durch das Öffnen der Anfahrkupplung ermöglicht werden, welches in 10 mit Variante A angedeutet ist. Es ist zur Trennung jedoch auch möglich, dass ein Herausnehmen des Ganges durch die Lastschaltkupplung (LSK) unterstützt wird. Dies ist in 10 mit Variante B gekennzeichnet.
Es ist denkbar, dass die Möglichkeit mit der geringeren Betätigungszeit gewählt wird. Insbesondere in einem Zustand mit erheblich betätigter Lastschaltkupplung (Zug-Hochschaltung) scheint die Zeiteinsparung durch das Herausnehmen des Ganges vorteilhaft.
Das schnelle Öffnen des Triebstranges bei einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe mit einer Kupplung erfolgt auf entsprechende Weise. Auch hier erfolgt ein Herausnehmen des Ganges.
Durch die spezielle Anordnung des Ausrücksystems bei einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe mit einer Kombikupplung ist die vorgeschlagene Variante B in bestimmten Situationen besonders vorteilhaft.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der bevorzugt an dem Ausrücklager ein Längenausgleich und eine Montagehilfe vorgeschlagen wird.
Es hat sich gezeigt, dass sich für das Kupplungssystem eines unterbrechungsfreien Schaltgetriebes eine Kombikupplung mit wechselnd ziehender und drü ckender Betätigungskraft als vorteilhaft darstellt. Bisherige Ausrücksysteme realisieren nur eine drückende oder eine ziehende Betätigung.
Insbesondere für ein unterbrechungsfreies Schaltgetriebe (USG) ist es vorteilhaft, wenn in einer mittleren Kupplungsstellung die Betätigung kraftfrei ist. Aus dieser Lage heraus kann durch entsprechendes Ziehen oder Drücken die Lastschaltkupplung geschlossen bzw. die Anfahrkupplung geöffnet werden. Dies ergibt sich auch aus 11, in der die Betätigungskraft bei einer Kombikupplung über dem Ausrückweg dargestellt ist.
Da das Ausrücklager mit den Tellerfederzungen axial fixiert wird, ist eine Lösung für die Montage und Demontage des Ausrücksystems erforderlich.
Erfindungsgemäß kann das Getriebe ein Führungsrohr und ein darauf axial verschiebbares Schiebestück aufweisen. Das Ausrücklager ist axial mit der Kupplung bzw. den Tellerfederzungen verbunden und kann über das Schiebestück geführt werden. Durch einen z. B. geschlitzten Klemmring mit einer radialen Vorspannung kann das Ausrücklager und das Schiebestück axial fixiert werden. Das Führungsrohr besitzt eine Wulst als Markierung der Mittelstellung. Wenn das Schiebestück in die Mittelstellung gebracht wird, werden die Auslösekörper, wie z. B. Kugeln oder dergleichen, gegen die radiale Kraft des Klemmringes gedrückt und weiten den Klemmring radial auf. In dieser Situation ist das Schiebestück und das Ausrücklager axial zueinander verschiebbar. Somit ist die Fixierung aufgehoben. Auf diese Weise ist eine Montage bzw. Demontage realisierbar. Im Betrieb kann in dieser Stellung des Schiebestückes ein Wegausgleich stattfinden, welches einen Verschleißausgleich, eine Kennlinienverschiebung und eine sogenannte Topfung o.a. bewirkt. Wenn das Schiebestück die Mittelstellung in eine beliebige Richtung verlässt, werden die Auslösekörper durch die radiale Kraft des Klemmringes gedrückt und der Klemmring kann sich radial verengen. In dieser Situation sind das Schiebestück und das Ausrücklager axial zueinander fixiert.
Zur Erleichterung der Montage kann das Schiebestück durch Rastierungen in der Mittelstellung gehalten werden. Zur Ausbildung der Rastierung kann u.U. ebenfalls eine doppelte Wulst oder dergleichen z. B. an dem Führungsrohr vorgesehen werden.
In 12 ist die vorgeschlagene Gesamtanordnung von Kupplung und Ausrücklager beispielhaft dargestellt. In 13 ist das Ausrücklager mit der Rastierung der Mittelstellung vergrößert gezeigt.
Mögliche Varianten können vorsehen, dass anstelle des gezeigten Klemmmechanismus andere Anordnungen u.U. mit Rasterungen, konischen Ringen oder sonstigen Klemmkörpern eingesetzt werden. Es ist auch denkbar, dass verschiedene Klemmmechanismen miteinander kombiniert werden.
Anstelle einer Kombination von Auslösekörpern (Kugeln) und einer Wulst im Führungsrohr können auch andere Teile zur wegabhängigen Aufhebung der Klemmverbindung verwendet werden.
Die vorgeschlagene Rastierung der Mittelstellung des Schiebestückes kann auch durch andere Teile z. B. durch eine Rastierung der Ausrückgabel realisiert werden.
Ein besonderes Problem stellt die Kupplungsdemontage bei defektem Ausrücksystem dar. Hierbei sollte davon ausgegangen werden, dass das Schiebestück die Mittelstellung (zur Entriegelung) nicht erreicht hat.
Dieses Problem kann erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, dass die Übertragungsstrecke getrennt wird und durch eine manuelle Betätigung des Schiebestückes ein Aufheben der Fixierung erreicht wird. Beim Trennen des u.U. gespannten Übertragungssystems ist darauf zu achten, dass eine Verletzungsund/oder Beschädigungsgefahr vermieden wird.
Eine andere Möglichkeit kann vorsehen, dass auf dem Führungsrohr neben der umlaufenden Wulst in der Mittelstellung mehrere axiale Wülste angeordnet sind. Wenn durch einen manuellen Eingriff z. B. mit einem Werkzeug das Schiebestück gegenüber dem Führungsrohr verdreht wird, kann durch die axialen Wülste ebenfalls eine Entrieglung erfolgen.
Es sind auch weitere Entriegelungsmöglichkeiten denkbar, welche schematisch in 13a beispielhaft angedeutet sind.
Z. B. kann eine Entriegelung durch Wirkung der Führungsrohrwulst auf die Auslösekörper realisiert werden, insbesondere in der Mittelstellung des Schiebestückes. Diese Möglichkeit ist mit a) in 13a gekennzeichnet.
Beispielsweise kann das Schiebestück in einer nicht entriegelten Position bevorzugt axial aus der Mittellage verschoben werden, welches in 13a unter b) gezeigt ist.
Ferner können z. B. durch eine Relativdrehung des Schiebestücks und des Führungsrohrs zur Wirkung gekommene axiale Wülste die Auslöseköper betätigen. Dies ist in 13a unter c) angedeutet.
Vorzugsweise kann die vorliegende Ausgestaltung gemäß der Erfindung bei sämtlichen Kupplungsbetätigungen für ein elektronisches Kupplungsmanagement (EKM), ein automatisiertes Schaltgetriebe (ASG), ein unterbrechungsfreies Schaltgetriebe (USG), ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG) oder dergleichen eingesetzt werden.
Es ist auch denkbar, dass die vorgeschlagene Ausgestaltung bei sämtlichen Kupplungsbetätigungen mit einer ziehenden Betätigung, z. B. auch mit einem elektronischen Zentralausrücker, als Längenausgleich und/oder als Montage-/Demontageverschluss verwendet wird.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der werden USG-Strukturen bevorzugt mit einer E-Maschine und einer Kaltstartfunktionalität (E-USG) für Inline-Getriebe vorgeschlagen.
Die Integration der E-Maschine in bzw. an das Getriebe in Verbindung mit Lastschaltgetrieben ermöglicht neben einer Start-Stopp Funktionalität das Rekuperieren. Für die Dimensionierung der E-Maschine ist die Lastanforderung zum Kaltstart ein wichtiges Kriterium. Wenn eine vorhandene Übersetzung genutzt wird, um den Motor zu starten, kann die E-Maschine kleiner dimensioniert werden, welches für die Realisierung anderer Varianten teilweise unabdingbar ist.
Erfindungsgemäß werden die vorhandene Struktur von Inline-Getrieben und die bekannten Varianten für ein paralleles unterbrechungsfreies Schaltgetriebe (USG) aufgegriffen und vorteilhafte Anordnungen der Zahnräder und Schaltmuffen vorgeschlagen, welche die Übersetzung des ersten und/oder des Rückwärtsgangs zum Start des Motors nutzen.
Dazu wird in dem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe (USG) bei einem Inline-Getriebe die Trennung von Eingangswelle und Ausgangswelle eingeführt.
Eine mögliche Variante unter Ausnutzung des Rückwärtsgangs wird in 14 gezeigt.
Eine weitere Variante bei der der erste Gang ausgenutzt wird, ist in 15 dargestellt. Durch das Schließen der Anfahrkupplung kann unmittelbar nach dem Synchronisieren angefahren werden. Für diese Variante hat die Schaltklaue S1 eine andere Schaltposition, nämlich anstatt der Nullstellung eine Stellung, in der sowohl die Ausgangswelle als auch der erste Gang geschaltet sind.
Der Start- und Anfahrvorgang weist dann folgenden Ablauf auf:

– Schaltmuffe S1 in linker Position, d. h. erster Gang an Lastschaltkupplung (LSK) geschaltet
– Verbrennungsmotor über E-Maschine starten durch Beschleunigen der E-Maschine und Schließen der LSK
– Öffnen der LSK und Verschieben der Schaltmuffe 1 in die mittlere Position
– Schließen der Anfahrkupplung zum Anfahren

Die genannten Schritte lassen sich für die erste Variante (14) auf das Anfahren im Rückwärtsgang übertragen.
Ferner besteht die Möglichkeit über die Lastschaltkupplung bevorzugt in der linken Position der Schiebemuffe S1 die Gänge 2, 3, 4 und R zu schalten, die dann aufgrund der anderen Vorübersetzung (1. Gang!) eine andere Übersetzung haben.
Neben dem ersten Gang könnte auch der zweite Gang zum Start eingesetzt werden. Eine entsprechende Variante ist in 16 gezeigt. Für diese Variante gilt das vorgenannte analog.
Bei einer weiteren Variante wird die E-Maschine an den zweiten Gang angebunden und eine weitere Schaltklaue S2 am zweiten Gang eingeführt, welches in 17 dargestellt ist. Dadurch ist ein Starten des Verbrennungsmotors bei eingelegten Gängen 1, 3, 4 und R möglich. Die Anfahrkupplung (AK) ist dazu geöffnet, die Lastschaltkupplung (LSK) geschlossen. Die Variante ermöglicht ein elektrisches Fahren oder Anfahren in sämtlichen Gängen. Die Rekuperation erfolgt bei geschlossener Klaue S1, dabei sind die Gänge 1, 3, 4 und R schalt- bzw. vorwählbar. Der Verbrennungsmotor wird durch Öffnen der Schaltklaue S1 und Schließen der LSK gestartet. Während der Anfahrt wird die Schaltklaue S1 geschlossen, um auf eine Lastschaltung in den zweiten Gang vorbereitet zu sein.
Die oben schon beschriebene Möglichkeit, durch Schalten unterschiedlicher Gänge und Schließen der Lastschaltkupplung weitere Übersetzungen zu ermöglichen, kann bei entsprechender Wahl der Übersetzungen einen weiteren Gang (6. Gang) überflüssig machen.
Eine weitere Variante ist in 18 gezeigt, bei eine zusätzliche Vorübersetzung vorgesehen ist. Es kann auch ein zusätzlicher Gang anstelle des zweiten Gangs zur Anbindung der E-Maschine verwendet werden. Der zweite Gang kann dann bevorzugt rechts von der Schaltklaue S1 vorgesehen werden. Dies ermöglicht zusätzliche Freiheitsgrade bei der Wahl der Übersetzung.
Bei sämtlichen Varianten wird von einer getrennten Kupplungsaktorik ausgegangen, um die Funktionalitäten des elektrischen Schaltgetriebes (ESG) zu ermöglichen.
Ferner sind in den 19 und 20 jeweils mehrere Abbildungen gezeigt, welche insbesondere Momentenflüsse für die einzelnen Varianten darstellen. Insbesondere für die beiden Varianten gemäß der 17 und 18 sind neben dem Start weitere typische Situationen des elektrischen Schaltgetriebes (ESG) dargestellt. Insbesondere ist dabei auch ein Klimakompressor an die E-Maschine angebunden, der zur Standklimatisierung eingesetzt werden kann.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der bei einem Getriebe, insbesondere einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe (USG) keramische Reibbeläge und sogenannte Rupf-Tilger an der Getriebeausgangswelle vorgeschlagen werden.
Es hat sich gezeigt, dass bevorzugt bei Lastschaltungen die Lastschaltkupplung thermisch erheblich belastet wird. Um diese thermischen Belastungen zu verringern, kann zum Beispiel der Einsatz von keramischen Reibbelägen angestrebt werden, welche jedoch eine erhöhte Neigung zum Rupfen aufweisen. In vorteil hafter Weise kann deshalb vorgesehen sein, dass zusätzlich sogenannte Rupf-Tilger verwendet werden, welche die erzeugten Rupfschwingungen tilgen.
Beispielsweise können Rupf-Tilger an der Kupplungsscheibe vorgesehen sein. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn diese Anordnungen bevorzugt an dem Getriebeausgang vorgesehen werden. Daraus ergeben sich insbesondere erhebliche Bauraumvorteile.
In 21 ist schematisch ein unterbrechungsfreies Schaltgetriebe mit einer Anfahrkupplung (AK) und einer Lastschaltkupplung (LSK) dargestellt. Das Getriebe weist vier Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang auf. Erfindungsgemäß ist bei dieser Ausgestaltung des unterbrechungsfreien Schaltgetriebes der Rupf-Tilger an der Getriebeausgangswelle vorgesehen. Es ist auch möglich, dass der Rupf-Tilger oder auch mehrere Rupf-Tilger an anderen beliebigen Stellen in dem dargestellten Getriebe vorgesehen werden.
Beispielsweise kann es auch vorgesehen sein, dass der Rupf-Tilger nicht innerhalb, sondern außerhalb des Getriebegehäuses vorgesehen wird. Für diesen Fall kann eine Kombination mit einer sogenannten Hardy-Scheibe unmittelbar am Getriebeausgang vorgesehen sein.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der eine Kupplungsbetätigung bzw. eine Betätigung des Ausrück systems bevorzugt für eine Kombikupplung zum Beispiel mit wechselnder ziehender und drückender Betätigungskraft vorgeschlagen wird.
Es hat sich gezeigt, dass für das Kupplungssystem insbesondere eines unterbrechungsfreien Schaltgetriebes (USG) eine wechselnde ziehende und drückende Betätigungskraft zum Betätigen der Kombikupplung sehr vorteilhaft ist. Insbesondere für ein unterbrechungsfreies Schaltgetriebe ist es zweckmäßig, wenn in einer mittleren Kupplungsstellung die Betätigung kraftfrei ist. Aus dieser Lage heraus kann mit entsprechendem Ziehen und/oder Drücken die Lastschaltkupplung geschlossen bzw. die Anfahrkupplung geöffnet werden. Dies ergibt sich auch aus 22, in der die Betätigungskraft einer Kombikupplung für ein unterbrechungsfreies Schaltgetriebe (USG) über dem Ausrückweg dargestellt ist.
Da das Ausrücklager mit seinen Tellerfederzungen axial fixiert ist, sollte eine geeignete Methode zur Montage und Demontage des Ausrücksystems gefunden werden.
Erfindungsgemäß wird eine Anordnung vorgeschlagen, welche nachfolgend beschrieben wird.
Das Ausrücksystem ist in axialer Richtung fest mit der Kupplung bzw. mit den Tellerfederzungen verbunden. Es ist möglich, dass das Getriebe ein Führungsrohr und einen radial verschiebbaren Betätigungshebel aufweist.
Die Montageabfolge ist in 23 in den Bildern a bis c gezeigt. In Bild a wird die Kupplung, welche auf dem Motorblock vormontiert ist, und das Getriebe zusammengeführt, wobei das Ausrücklager auf das Führungsrohr aufgesteckt wird. Dabei ist der Betätigungshebel in einer radial verschobenen Position. Im Bild b ist das Ergebnis dieses Montageteilschrittes gezeigt, wobei der Hebel in dieser Position die Bewegung des Ausrücklagers frei gibt. Es ist denkbar, dass eine Aussparung mit großem Durchmesser verwendet wird. Wenn der Motorblock und das Getriebe verbunden sind, befindet sich das Ausrücklager in seiner neutralen Position.
In Bild c wird der Betätigungshebel nun radial bis zu seiner Arbeitsposition verschoben, dabei werden zwei Kontaktstücke seitlich in eine umlaufende Ringnut des Ausrücklagers eingeführt.
In 24 ist eine mögliche Ausgestaltung der Kontaktstücke, welche bikonkav ausgeführt sind, dargestellt, wobei die Kontaktstücke an den beiden Seiten der Eingriffsnut anliegen. Wenn der Betätigungshebel nun mit einem Widerlager und dem Kupplungsaktor verbunden wird (23, Bild c), kann eine ziehende bzw. eine drückende Kraft vom Aktor auf das Ausrücklager übertragen werden.
Für die erfindungsgemäße Anordnung kann ein Toleranzausgleich vorgesehen werden. Dies kann zum Beispiel durch eine Ersteinstellung erfolgen. Dabei ist es möglich, dass ein Längenausgleich in der Verbindung zum Aktor und/oder in der Aktorik selbst vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dieser Ausgleich im Widerlager erfolgt. Dies kann insbesondere der 25 in den Bildern a bis c entnommen werden. Dabei ist es ersichtlich, dass der Betätigungshebel auf diese Weise einen kleineren Bewegungsfreiraum benötigt. Dem Bild a in 25 kann die Funktionsweise des Ausrückhebels entnommen werden. Das Bild b zeigt den Bewegungsbereich ohne Ersteinstellung, wobei das Bild c den Bewegungsbereich mit Ersteinstellung am Widerlager und die resultierende Reduzierung des Bewegungsbereiches zeigt.
Die Demontage kann bevorzugt in umgekehrter Reihenfolge hinsichtlich der Montage erfolgen. Der Betätigungshebel kann vom Widerlager getrennt und radial verschoben werden, so dass das Ausrücklager axial frei beweglich ist.
Die konstruktive Ausgestaltung des Betätigungshebels ist beispielhaft gezeigt. Es ist denkbar, insbesondere die Gelenkpunkte des Betätigungshebels auch auf andere Art und Weise auszuführen. Für das Widerlager ist zum Beispiel nur die axiale Kraftabstützung erforderlich. Die anderen Freiheitsgrade können an dieser Stelle bei Bedarf weiter eingeschränkt werden, so dass es nicht unbedingt erforderlich ist, ein Kugelgelenk zu verwenden.
Ferner ist es möglich, dass ein Ausrücksystem vorgeschlagen wird, bei dem ein Ausrückhebel radial in eine Nut eingeführt wird, um eine Zug- bzw. Druckkraft auszuüben. Auch bei dieser Anordnung wird in vorteilhafter Weise eine Ersteinstellung durchgeführt.
Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass ein Ausrücksystem verwendet wird, bei dem eine Gabel einer Drehwelle in eine Nut eingeführt wird, um eine Zug- bzw. Druckkraft auszuüben. Bei dieser Anordnung kann die Demontage bzw. Montage durch das Schwenken der Gabel erfolgen.
Weiterhin ist auch ein Ausrücklager für ziehende Betätigungen denkbar. Bei dieser Anordnung kann die Montage mit einem geeigneten Clip oder dergleichen erfolgen. Bei der Demontage kann die Drehgabel bevorzugt geschwenkt werden.
Die vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Anordnungen werden bevorzugt bei Kombikupplungen, bestehend aus einer Lastschaltkupplung (LSK) und einer Anfahrkupplung (AK), verwendet. Jedoch kann ein Einsatz auch bei anderen Ausrücksystemen mit ziehender bzw. drückender Betätigung erfolgen.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, welche ein sogenanntes Einfachkupplungs-USG mit einer Kupplung zur Triebstrangunterbrechung betrifft.
Bisherige Varianten eines Einkupplungs-USG haben unter anderem den Nachteil, dass die Motorwelle starr mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist. In bestimmten Fahrsituationen ist eine Trennung des Triebstranges nur durch das Öffnen einer formschlüssigen Kupplung, wie zum Beispiel einer Schiebemuffe mit Schaltverzahnung, möglich.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass bevorzugt bei einem Einfachkupplungs-USG eine zusätzliche, aber konstruktiv einfache Kupplung bevorzugt zwischen der Motorwelle und der Getriebeeingangswelle vorgesehen wird. Der erforderliche Bauraum für die zusätzliche Kupplung ist insbesondere in axialer Richtung geringer als bei einer normalen unterbrechungsfreien Schaltgetriebe (USG) mit einer Kombikupplung.
Dabei kann die Betätigung der zusätzlichen Kupplung bevorzugt sequentiell mit der Anfahr- oder Lastschaltkupplung erfolgen. Damit ist gegenüber einem einfachen Kupplungssystem kein weiterer Aufwand für die Betätigung erforderlich. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass eine unkomplizierte Triebstrangunterbrechung durch den Kupplungsaktor jederzeit realisierbar ist.
Ein möglicher konstruktiver Aufbau dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist beispielhaft in 26 dargestellt. Dabei ist zwischen der Motorwelle und der Getriebeeingangswelle eine Reibungskupplung oder dergleichen vorgesehen. Es ist auch möglich, andere Kupplungen zu verwenden, welche auch an einer anderen beliebigen Position vorgesehen sein können.
Bei einer Betätigung des Kupplungssystems wird zunächst die zusätzliche Kupplung geschlossen. Eine vorgespannte Feder kann bis zu einem gewissen Kraftniveau verhindern, dass die Fahr- oder Lastschaltkupplung geschlossen wird. Erst wenn dieses Kraftniveau überschritten ist, kann ein Anfahr- oder Lastschaltvorgang realisiert werden. Sobald am Ausrücklager keine Kraft mehr anliegt, können sich beide Kupplungen öffnen. Hierzu kann der Kraftwinkel der Konuskupplung entsprechend gewählt werden. Es ist auch möglich, dass mehrere oder auch anders ausgestaltete Elemente zwischen der Motorwelle und der Getriebeeingangswelle vorgesehen sind.
Der schematisch dargestellte Aufbau des erfindungsgemäßen Kupplungssystems in 26 kann folgende Funktionsweise aufweisen. Bei unbelastetem Ausrücklager können beide Kupplungen geöffnet werden. Wenn an dem Ausrücklager ein Druck aufgebaut wird, kann sich zunächst die gesamte Kupplung in Richtung Motorwelle verschieben. Die Konuskupplung verbindet dabei die Motorwelle und die Getriebeeingangswelle. Die vorgespannte Feder, welche zum Beispiel eine Tellerfeder oder dergleichen ist, verhindert ein Schließen der Reibkupplung. Wenn mit zunehmendem Druck am Ausrücklager die Vorspannkraft überwunden wird, kann die Reibkupplung betätigt werden. Sobald der Druck am Ausrücklager wieder reduziert wird, kann die Reibkupplung geöffnet werden, und die Verbindung von Motorwelle und Getriebeeingangswelle erhalten bleiben. In einem vollkommen unbelasteten Ausrücklager können beide Kupplungen geöffnet werden, und somit die Verbindung zwischen der Motorwelle und der Getriebeeingangswelle unterbrechen.
Die Betätigungskräfte bei sequentieller Kupplungsbetätigung sind für die Unterbrechungskupplung und für die Kombikupplung, bestehend aus einer Anfahrkupplung und einer Lastschaltkupplung, in 27 in den Bildern a bis c dargestellt. Aus dem Bild a ist ersichtlich, dass bei der sequentiellen Betätigung die Kraft der vorgespannten Feder zur Betätigungskraft der zweiten Kupplung hinzuaddiert wird. Das Vorspannkraftniveau muß hierbei höher als die Kraft zum Schließen der Konuskupplung sein. In Bild b ist ein abgesenktes Vorspannkraftniveau und in Bild c ein sinkendes Vorspannkraftniveau dargestellt.
Verschiedene Lösungsansätze für eine Reduzierung des Vorspannkraftniveaus sind beispielhaft in 28 in den Bildern a bis c gezeigt. In dem Bild a der 28 ist eine mehrfach Konuskupplung vorgesehen. In Bild b wird eine separate Übersetzung für die Betätigung der Konuskupplung verwendet, wobei im Bild c eine gemeinsame Übersetzung für die Betätigung beider Kupplungen vorgesehen ist. Weitere Möglichkeiten können in der Charakteristik der vorgespannten Feder gesehen werden. Wenn eine Tellerfeder eingesetzt wird, kann die Vorspannkraft der Feder über den Weg der Kupplungsbetätigung reduziert werden, welches insbesondere aus dem Bild b der 27 ersichtlich ist. Dies bedeutet, dass sich zur Betätigungskraft der Kombikupplung (AK/LSK) nur ein Teil der ursprünglichen Vorspannkraft hinzu addiert. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn diese vorgespannte Tellerfeder mit den Übersetzungshebeln der Kupplungsbetätigung geeignet kombiniert wird.
Derartige mögliche Anordnungen von Kupplungen sind in 29 in den Bildern a bis d gezeigt. In den Bildern a und b sind Anordnungen für einen Front-Quer-Einbau bei einem Getriebe dargestellt. Die Bilder c und d zeigen einen sogenannten Inline-Aufbau des Getriebes.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der ein Lastschaltgetriebe mit einer kombinierten Anfahr- und Lastschaltkupplung vorgeschlagen wird.
Es ist bekannt, dass lastschaltende automatisierte Schaltgetriebe in der Regel zwei Kupplungen benötigen. Eine Ausnahme hierbei bildet ein sogenanntes Einkupplungs-USG-System. Der Komfort dieses Systems erreicht jedoch nicht den Komfort und die Effizienz eines Doppelkupplungsgetriebes (DKG).
Demnach liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lastschaltgetriebe vorzuschlagen, das die Vorteile des Doppelkupplungsgetriebes (DKG) mit nur einer Kupplung realisiert, und daher gegenüber bekannten Systemen einen erheblich geringeren Bauraum benötigt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die einzige Kupplung des Getriebesystems gemäß der Erfindung wahlweise den geraden oder ungeraden Gängen zugeordnet ist. Die jeweils andere Gruppe von Gängen kann direkt mit der Motorwelle verbunden werden. Für eine unterbrechungsfreie Schaltung kann somit der aktuelle Gang zum Beispiel direkt mit der Motorwelle verbunden werden. Die Kupplung kann dabei mit der anderen Ganggruppe in Eingriff gebracht werden. Im geöffneten Zustand der Kupplung kann der Zielgang eingelegt werden. Durch das Schließen der Kupplung kann das Moment des aktuellen Gangs übertragen und dieser dann herausgenommen werden. Bevorzugt zum Ende des Schlupfabbaus an der Kupplung kann der neu gestaltete Gang direkt mit der Mo torwelle verbunden werden. Danach kann sich eine weitere unterbrechungsfreie Schaltung anschließen.
Auf diese Weise kann eine Schaltung innerhalb einer Ganggruppe als reine ASG (automatisiertes Schaltgetriebe) Schaltung kraftunterbrechend ausgeführt werden. Dazu kann die Kupplung an die entsprechende Ganggruppe geschaltet und anschließend geöffnet werden. Danach kann die Kupplung wieder geschlossen werden. Eine mögliche Ausgestaltung eines derartigen Getriebesystems ist in 30 dargestellt. Hierbei ermöglichen die beiden zusätzlichen Schaltmuffen S_a und S_b das Ankoppeln der Kupplung oder der Motorwelle direkt an die jeweilige Ganggruppe. Das in 30 dargestellte Getriebesystem weist sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang auf, wobei lediglich eine Kupplung und bevorzugt sechs Schaltmuffen verwendet werden.
In der in 31 gezeigten Tabelle sind tabellarisch verschiedene Schaltzustände gezeigt. Hierbei sind für die Kupplung K die Zustände offen mit 0 und betätigt mit B bezeichnet. Die Schaltmuffen Sa und Sb verbinden die Ganggruppen entweder mit der Kupplung K oder dem Motor M. Die Schaltmuffen der Gänge bezeichnen die jeweiligen Gänge oder den Neutralzustand N.
Die Betätigung der verschiedenen Schaltklauen kann mittels Schalt- und/oder Wählmotoren erfolgen. Für die beiden Getriebeteile, nämlich dem oberen und unteren Teil, kann eine kombinierte Betätigung mit einem Schalt- und einem Wählaktor vorgesehen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wählbewegung zur Schaltung der Schiebemuffen S_a und S_b verwendet wird. In diesem Fall ist eine Überschneidungsschaltung zwischen Sa und Sb gegeben, welches prinzipiell gemäß der in 31 dargestellten Tabelle möglich ist. Während des Anfahrens kann die Stellung der Schiebemuffe S_b beliebig sein.
Eine weitere Möglichkeit sieht den Einsatz zumindest einer Schaltwalze vor. Im Idealfall ist eine einzige Schaltwalze für eine rein sequentielle Betätigung erforderlich, welches sich aus dem oberen Teil in der Tabelle aus 31 ergibt.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann eine weitere Ausführung des Getriebesystems vorgeschlagen werden. Insbesondere wird bei der Anordnung der Radsätze und der Wellen je nach Anwendungsfall die Position und die Lagerung geeignet modifiziert. Diese weitere Ausgestaltung des Getriebesystems ist in 32 gezeigt.
Die in 30 gezeigte Anordnung ist besonders vorteilhaft für ein Fahrzeug mit Heckantrieb, bei dem die Eingangswelle bzw. die Eingangswellen und die Ausgangswelle bzw. die Ausgangswellen des Getriebes koaxial zueinander angeordnet sind.
Für einen Front-Quer-Einbau des Getriebes kann bei der Ausgestaltung gemäß 30 die Ausgangswelle in einer anderen Ebene als die Eingangswelle ange ordnet werden, um ein weiteres Zahnrad für den Antrieb des Differentials aufzunehmen.
Bei der in 32 dargestellten Anordnung wird der Getriebeausgang mit einem Pfeil angedeutet, welcher das Differential antreibt. Diese Variante ist besonders vorteilhaft für einen Front-Quer-Einbau.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der in der Übertragungsstrecke eines Ausrücksystems für eine Kupplung ein Geberzylinder mit Umschaltventil für zwei dazugehörige Nehmerzylinder vorgeschlagen wird.
Es ist denkbar, dass die Ansteuerung der beiden Kupplungen eines unterbrechungsfreien Schaltgetriebes (USG) mit einem Kupplungsaktor erfolgt. Hierbei kann der Geberzylinder über ein Wegventil jeweils einem der Nehmerzylinder der Anfahr- oder Lastschaltkupplung zugeordnet werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zur Ansteuerung der Kupplungen der Weg des Geberzylinderkolbens verwendet wird, so dass eine elektrische Betätigung des Wegeventils nicht erforderlich ist. Beispielsweise kann der Kolben einen ausreichend großen Rückhub über die normale Ruhelage hinweg ausführen, so dass mit dieser Bewegung ein Umschalten von beteiltigten Ventilen erfolgen kann. Hierzu kann bevorzugt ein Schrittschaltwerk oder dergleichen für eine Translations-Rotations-Wandlung verwendet werden. Die Drehung eines derarti gen Steuerteiles kann über Stößel oder dergleichen von federbelasteten Kugelsitzventilen betätigt werden.
Eine mögliche Anordnung ist in 33 gezeigt, bei der ein Geberzylinder, ein Wechselventil und ein Nehmerzylinder für ein unterbrechungsfreies Schaltgetriebe-System (USG-System) dargestellt ist. Dabei ist ein Nehmerzylinder für die Kupplung 1 (Lastschaltkupplung) in einem zugedrückten Zustand, und ein Nehmerzylinder für die Kupplung 2 (Anfahrkupplung) gezeigt. Ferner ist ein Ausgleichsbehälter für den Hydraulikzylinder mit einer Schnüffelbohrung vorgesehen. Die Baueinheit von Geberzylinder und Wechselventilen weist des weiteren ein von einem Kolben angesteuertes Wegeventil auf.
In 34 ist ein weiterer Aufbau eines Geberzylinders mit kombinierter Ventilbetätigung gezeigt. Dabei sind zwei Wegeventile jeweils der Kupplung 1 und der Kupplung 2 zugeordnet, wobei das Ventil für die Kupplung 1 offen, und das Ventil für die Kupplung 2 geschlossen ist. Ferner ist ein Stößel und eine Kurvenscheibe zur Ventilbetätigung vorgesehen, wobei durch die Kurvenscheibe eine wechselseitige Ventilansteuerung möglich ist. Darüber hinaus ist ein Hydraulikkolben mit einer Verdrehsicherung für den Kolben vorgesehen. Mit einem drehbaren Steuerteil, welches in axialer Richtung fixiert ist, kann die Ventilbetätigung erfolgen. Ferner sind Steuerrampen zum Auslösen der Drehbewegung vorgesehen.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung beschrieben, bei der ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG) oder ein unterbrechungsfreies Schaltgetriebe (USG) mit nur einem Kupplungsaktor und einem Umschaltventil vorgeschlagen wird.
Für die Betätigung der beiden Kupplungen beispielsweise bei einem Doppelkupplungsgetriebe sind in herkömmlicher Art zwei Kupplungssteller erforderlich. Dies deshalb, weil beim Wechsel von einem Getriebestrang auf den anderen die beiden Kupplungen gleichzeitig betätigt werden müssen.
Für Getriebe mit einer Lastschaltkupplung am zweithöchsten Gang kann bei unabhängigen Kupplungen lastschaltend mit dem höchsten Gang gewechselt werden (Doppelkupplungsschaltung).
Erfindungsgemäß wird durch eine Kombination von zwei Kupplungen, welche mit einem Steller betätigt werden, ein erheblicher Kostenvorteil realisiert. Vorzugsweise kann zum Beispiel bei einem Wechselventil ein erster Nehmerzylinder mit dem Geberzylinder des Aktors verbunden sein, wobei der andere Nehmerzylinder durch ein Absperrventil und/oder eine Drosselstelle mit dem Ausgleichsbehälter verbunden ist. Bei der Betätigung des Wechselventiles werden die jeweiligen Verbindungen der beiden Nehmerzylinder vertauscht.
Wenn zugedrückte Kupplungen verwendet werden, kann somit von einer der unter Druck stehenden, geschlossenen Kupplung der hydraulische Druck kontrolliert abgelassen werden, zum Beispiel mit einem konstanten Ausgangsstrom oder dergleichen. Dadurch wird diese Kupplung geöffnet. Weiterhin kann durch das Absperrventil festgelegt werden, ob ein Volumenausgleich vom Nehmerzylinder und dem Ausgleichsbehälter erfolgen soll. Es ist möglich, dass die mit dem Geberzylinder verbundene Kupplung in üblicher Weise betätigt wird.
Eine derartige erfindungsgemäße Anordnung ist beispielhaft in 35 dargestellt. Bei einem Gangwechsel wird die geschlossene Kupplung des Getriebestranges nach der Momentenübernahme durch die Kupplung des neuen Getriebestranges nur noch geöffnet. Es ist somit jeweils nur an einer Kupplung (neuer Gang) das Moment zu modulieren, wobei die andere Kupplung nur nach einer Rampenfunktion oder dergleichen geöffnet werden braucht, wobei eine geeignete Modulation unter Umständen durch hydraulische Maßnahmen erfolgen kann. Diese Vorgehensweise ist insbesondere bei einem Doppelkupplungsgetriebe vorteilhaft.
Die Verknüpfung der Kupplungsstellungen bei einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe von der Lastschaltkupplung und der Anfahrkupplung ist durch die erfindungsgemäße Anordnung nicht mehr erforderlich. Es kann zum Beispiel bei geschlossener Lastschaltkupplung die Anfahrkupplung geöffnet werden. Wenn zum Beispiel bei einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe die Lastschaltkupplung bei einem Sechsganggetriebe mit dem fünften Gang gekoppelt ist, werden die Schaltungen 5-6 und 6-5 wie bei einem Doppelkupplungsgetriebe ermöglicht.
Bevorzugt kann die erfindungsgemäße Anordnung bei einem unterbrechungsfreien Schaltgetriebe mit einer sogenannten Inline-Getriebe-Anordnung und einer Lastschaltkupplung an dem zweithöchsten Gang eingesetzt werden. Es ist auch möglich, dass die erfindungsgemäße Anordnung bei anderen Getriebesystemen verwendet wird.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der ein Kupplungssystem für lastschaltende Getriebe mit verringertem Trägheitsmoment vorgeschlagen wird.
Bei einer Lastschaltung eines unterbrechungsfreien Schaltgetriebes (USG) kann durch die Lastschaltkupplung die Drehzahl des Motors an den jeweils neuen Gang angepaßt werden. Bei einer größeren Massenträgheit wird somit ein höherer Reibleistungseintrag in die Kupplung vorgesehen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass an ein übliches Zweimassen-Schwungrad (ZMS) eine Kombination von zwei Kupplungen angeflanscht wird. Daraus ergibt sich eine erhebliche Massenträgheit. Wenn die Massenträgheit reduziert werden soll, kann dies zum Beispiel mit geringeren Massen der Kupp-lungsteile erreicht werden. Die negative Folge ist jedoch eine geringere Wärmekapazität der einzelnen Teile, wodurch unter Umständen der Wärmehaushalt nachteilig beeinflußt werden kann.
In 36 ist ein Massenmodell eines Antriebsstranges mit einem Zweimassen-Schwungrad gezeigt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Funktion des Zweimassen-Schwungrades in die Anordnung der Kombikupplung zu integrieren.
Diese vorgeschlagene Anordnung wird in 37 mit den Bildern a und b dargestellt. Die Bilder a und b zeigen hierfür die Massenmodelle einer neuen Kupplungsanordnung, wobei in dem Bild a das Massenmodel des Triebstranges mit einem eingelegten Gang, welcher kein Lastschaltgang ist, und in Bild b das Massenmodel des Triebstranges mit eingelegtem Lastschaltgang gezeigt ist.
Daraus ist ersichtlich, dass die Verlagerung der Sekundär-Trägheit auf die Getriebeseite der Lastschaltkupplung ermöglicht wird. Die Verringerung der Massenträgheit ist insbesondere aus den Prinzipdarstellungen einer neuartigen Kombikupplung in den 38 und 39 ersichtlich. In 38 wird eine Anordnung einer Kombikupplung mit der Lastschaltkupplung an einer Hohlwelle gezeigt, wobei die Betätigung über zwei getrennte Ausrücklager erfolgt.
In 39 wird für eine Inline-Getriebebauart eine weitere Anordnungsmöglichkeit einer Kombikupplung gezeigt, bei der die Anfahrkupplung an der Hohlwelle vorgesehen ist, wobei die Betätigung mittels einem Ausrücklager erfolgt, wobei eine Relativbewegung des Nehmerzylinders vorgesehen ist.
Es ist denkbar, dass die dargestellten Anordnungen weiter modifiert werden, um insbesondere das Trägheitsmoment weiter zu verringern.
In 40 ist eine Tabelle dargestellt, bei der ein Vergleich zwischen einem Zweimassen-Schwungrad mit einer SAC-Kupplung bzw. mit einer Kombikupplung und der neuen Kombikupplung gemäß der Erfindung mit einer ZMS-Funktion dar gestellt ist. Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass die Verringerung der Massenträgheit um ca. 20 % eine Reduzierung der Reibleistung an der Lastschaltkupplung um ca. 10 % ermöglicht.
In 41 ist ein weiteres Massenmodel eines Triebstranges mit eingelegtem Lastschaltgang und angelegter Anfahrkupplung gezeigt. Dabei wird unter anderem berücksichtigt, dass beim Fahren in einem Gang mit offener Lastschaltkupplung die Sekundärmasse unter Umständen über eine Getriebeübersetzung i_LSK angekoppelt ist. Wenn in dieser Situation die Lastschaltkupplung teilweise geschlossen wird, kann hierauf unter Umständen ein positiver Einfluß genommen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, bei den in den 38 und 39 gezeigten Anordnungen, dass ein positiver Einfluß auf den Wärmehaushalt des Kupplungssystems erreicht wird. Die außenliegende Lastschaltkupplung kann relativ günstig mit einem Luftstrom, zum Beispiel durch ein Lüfterrad oder dergleichen, gekühlt werden. Besonders bei einer Anwendung in einem Inline-Getriebe kann ein in Fahrtrichtung orientierter Luftstrom die Lastschaltkupplung kühlen. Der abgedichtete Bereich eines sonst üblichen Zweimassen-Schwungrades steht bei dieser Ausgestaltung nicht mehr als Hindernis vor der Lastschaltkupplung.
Die vorgeschlagene Kupplungsanordnung kann auch bei einem Doppelkupplungsgetriebe oder dergleichen verwendet werden. Es ist jedoch zu berücksichti gen, dass die Sekundärmassen-Trägheit an einem Getriebestrang jeweils mit synchronisiert werden sollte.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der eine selbstkühlende Kupplungsanordnung vorgeschlagen wird.
Es hat sich gezeigt, dass Überhitzungen bei bestimmten Kupplungen möglich sind. Demnach wird gemäß der Erfindung eine selbstkühlende Kupplungsanordnung vorgeschlagen.
Das unterbrechungsfreie Schaltgetriebe beabsichtigt eine Reduktion der Momentunterbrechung während einer Schaltung, wenn die Kupplung normalerweise geöffnet bzw. ausgekuppelt ist. Dies erfolgt durch die Übertragung eines reduzierten Momentes durch einen anderen Leistungsweg des Getriebes, d. h. einem anderen Gang und einer anderen Kupplung. Dies wird als unterbrechungsfreies Schaltgetriebesystem bezeichnet. Bevorzugt wird das Moment durch den höchst möglichen Gang übertragen, d. h. bei einem Fünfgang-Getriebe mit dem fünften Gang. Dies deshalb, da es nur möglich ist, ein Moment von einem geringeren zu einem höheren Gang zu übertragen. Damit kann das Moment bei 1-2-3-4-Schaltungen übertragen werden. Bei einem bekannten Getriebe muß bei einer 4-5-Schaltung eine Momentenunterbrechung erfolgen. Da die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Motorgeschwindigkeit nicht zum Fahren in dem fünften Gang angepaßt sind, wird die USG-Kupplung während der Schaltungen 1-2-3-4 schlupfen.
Der Betrag der bei dem USG-System erzeugten thermischen Energie ist viel größer als bei einem bekannten Kupplungssystem. Dies liegt an der erzeugten Reibungsenergie, da die Kupplung schlupft. Die Schlupfgeschwindigkeit ist größer, wenn niedrigere Gänge geschaltet werden, da die USG-Kupplung mit dem fünften Gang gekoppelt ist und somit ist die Wärmeerzeugung größer. Aus einem Test wurde erkannt, dass etwa 50 l/sec bei 50°C Luft benötigt werden, um die Kupplungstemperatur unter der Arbeitstemperatur von 350°C während starker Belastungen zu halten, wobei Belastungen von 0 bis 100 kp unter starken Beschleunigungen und durch hartes Abbremsen erfolgt sind und wobei zehn Wiederholungen durchgeführt worden sind.
Oberhalb von etwa 350°C kann das Material des Kupplungsbelages zerstört werden. Eine Möglichkeit ist das Kühlen der Kupplung durch einen Luftstrom bevorzugt durch die Kupplung. Beispielsweise kann ein Lüfter und/oder ein Luftkanal vorgesehen werden, um diese Luftkühlung zu erreichen.
Erfindungsgemäß kann zusätzlich zu dem Luftstromnetz ein Luftstrom durch das Glockengehäuse vorgesehen werden. Dabei können der Lufteinlaß und der Luftauslaß in vorbestimmten Bereichen von hohem und niedrigem Druck bei dem Fahrzeug verwendet werden, um einen geeigneten Luftstrom zu erzeugen.
In 42 sind ein möglicher Einlaß und Auslaß an dem Glockengehäuse zur Kühlung der Kupplung beispielhaft dargestellt. In 43 ist schematisch ein Fahrzeug angedeutet, an dem an bestimmten Bereichen Lufteinlässe und Luf tauslässe gezeigt sind. Beispielsweise kann ein Lufteinlaß an der Motorhaube vorgesehen werden. Zumindest ein Luftauslaß kann an dem Seitenbereich oder auch am unteren Bereich des Fahrzeuges angeordnet sein.
Um einen Luftstromweg durch die Kupplung zu realisieren, ist es notwendig, dass die Luft die heißesten Bereiche, d. h. die Reibungsflächen der USG-Kupplung passiert. Dies kann zum Beispiel durch das Vorsehen von Kanälen in der Oberfläche des Schwungrades und/oder der Druckplatte ermöglicht werden.
Es ist jedoch auch möglich, dass Kühlkanäle an der Rückseite der Druckplatte und/oder des Schwungrades vorgesehen werden. Dadurch wird ein größerer Oberflächenbereich für die Konvektion zur Verfügung gestellt und somit wird die Wärme in vorteilhafter Weise abgeführt.
In 44 sind beispielhaft Luftdurchströmungskanäle an der Kupplung vorgesehen.
Ferner ist es möglich, dass Ausnehmungen oder Riefen an dem Schwungrad und/oder an der Druckplatte vorgesehen sind, ähnlich wie bei belüfteten Scheibenbremsen. Dadurch kann ein maximaler Kontaktbereich für die Reibbeläge erhalten bleiben, wobei diese Anordnung besser ist als ein zentrifugaler Lüfter, da die Kanäle zwischen den Scheiben komplett enthalten sind. Wenn die Kupplung geöffnet ist, werden die Kanäle an der Oberfläche der Druckplatte ebenso geöff net, und somit ist eine effiziente Funktionsweise gegeben, welche der Funktionsweise eines Zentrifugallüfters entspricht.
Es ist auch möglich, dass die vorgenannten Möglichkeiten zur Kühlung der Kupplung geeignet mit einander kombiniert werden.
Darüber hinaus ist es zur Erzeugung eines Luftstroms denkbar, dass Kanäle in und/oder an der Druckplatte und in und/oder an dem Schwundrad vorgesehen werden, um einen rotierenden Lüfter zu bilden. Diese Kühlungsmöglichkeit ist in 45 angedeutet. Dabei ist ein mögliches Lüfterrad in einem Winkel von 60° dargestellt. Der Einfachheit halber sind die weiteren Lüfterblätter nicht dargestellt.
Der Kanal kann im Querschnitt etwa um das 1,5 bis 2-fache vom Einlass bis zum Auslaß vergrößert werden. Es sind auch andere Werte denkbar. Dies kann bevorzugt durch die Vergrößerung der Breite oder der Tiefe der Kanäle entlang seiner Länge ermöglicht werden.
Wenn die Kupplung sich dreht, ist es möglich, dass die Lüfterblätter in verschiedenen Regionen oder Bereichen vorgesehen sind, um den Luftstrom durch die Kupplung zu realisieren.
Ein vorgesehener Axiallüfter an dem Kupplungsdeckel ermöglicht das Eintreten der Luft in die Kupplung. Die Schaufeln des Lüfters können vorgesehen sein, um durch die Blattfedern bzw. Tellerfedern (Membranfedern) zu gleiten, wodurch die Luft tiefer in die Kupplung eindringen kann. Diese Ausgestaltung ist in 46 gezeigt, wobei die vorgesehenen Schaufeln durch eine gestrichelte Linie angedeutet sind. Durch die vorgesehenen Tellerfedern wird ein Luftstrom durch diese ermöglicht. Daraus ergeben sich größere Öffnungen. Ferner werden dadurch Lüfterschaufeln gebildet, wenn die Feder zusammen gedrückt ist. Die Kühlkanäle sind an der Druckplatte und dem Schwungrad vorgesehen, wodurch der Luftstromkanal die Belagflächen passiert und somit werden die Oberflächenbereiche für den Wärmetransport vergrößert.
Es ist auch möglich, dass ein Axiallüfter an dem Kupplungsdeckel vorgesehen ist, um die Luft in die Kupplung einzusaugen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Lüfterschaufeln an einem größeren Durchmesser vorgesehen sind, sodass bei vorgegebener Drehgeschwindigkeit die Geschwindigkeit der Schaufeln vergrößert wird.
Darüber hinaus ist es möglich, dass zwei Tellerfedern in der Kombikupplung vorgesehen sind, wobei diese die Lüfterschaufeln zu bilden, welche mit einer Feder verbunden sind, und durch die andere Feder gleiten, um den Luftstrom zu bilden, ähnlich wie bei der Ausgestaltung gemäß 46.
Es ist denkbar, dass die axialen Lüfterschaufeln in die Kupplungshalteplatte integriert sind. Dies ist insbesondere in 48 beispielhaft dargestellt. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung können die Axiallüfterschaufeln auch an dem inneren Rand der Druckplatten vorgesehen sein, wie dies in 46 angedeutet ist.
In den 49 und 50 sind weitere Ausgestaltungen dargestellt, bei denen Lüfterschaufeln in dem bzw. an dem Kupplungsdeckel vorgesehen sind, um das Ansaugen der Luft zu fördern, wenn die Kupplung sich dreht.
In den 46 und 47 ist ein Ablenkblech oder dergleichen an dem Glockengehäuse vorgesehen, um die kühlere Eintrittsluft und die wärmere Austrittsluft zu trennen.
In 51 wird eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit hinsichtlich eines Ablenk- oder Trennbleches sowie eine andere Position für die Trennung der eintretenden und der austretenden Luft vorgeschlagen, bei der die Abmessungen des Trennblechs reduziert werden. Bei dieser Ausgestaltung sollte der Kupplungsdeckel geschlossen sein, oder es sollte sichergestellt werden, dass die Druckunterschiede es nicht ermöglichen, dass die Luft durch einen Bypaß in der Kupplung lediglich in der Eintrittskammer zirkuliert.
Ein radialer Ausgang aus den Schlitzen in dem Schwungrad und in der Druckplatte kann den Luftstromweg weiter erhöhen und eventuell die Richtung des Luftstromes verändern, sodass Verlustströme unterbunden werden. Diese Ausgestaltung ist in 51 gezeigt.
Simulationen und Berechnungen haben gezeigt, dass ein signifikanter Anstieg der Temperatur in dem Kupplungsdeckel erfolgt. Es ist deshalb besonders vorteilhaft, Leitschaufeln oder dergleichen an der Oberfläche des Deckels vorzusehen, um die Oberfläche für die Konvektion zu vergrößern. Diese Leitschaufeln können radial oder auch konzentrisch ausgerichtet sein. Radiale Leitschaufeln können das Zirkulieren der Luft in dem Glockengehäuse insbesondere bei nicht vorhandenem Lüfter unterstützen.
Die vorgeschlagenen Kühlungsmöglichkeiten der Kupplungseinheit können bevorzugt bei unterbrechungsfreien Schaltgetrieben (USG) eingesetzt werden. Es ist auch möglich, dass die Kühlung der Kupplungsanordnungen bei anderen Systemen eingesetzt wird.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung beschrieben, bei der bei einem Getriebe, insbesondere einem Doppelkupplungsgetriebe, die Anordnung von Ventilatorschaufeln in oder auf der Flex Plate zur Erzeugung eines Luftstroms zum Kühlen der Kupplung vorgeschlagen werden.
Es hat sich gezeigt, dass bei der Kühlung insbesondere von Doppelkupplungskomponenten, besonders bei den Schwungradkomponenten und den Druckplatten, thermische Stabilitätsprobleme auftreten. Zur Kühlung der Kupplung können abtriebsseitig an der Vorderseite der Kupplungsabdeckung und den Tellerfedern der Kupplung Ventilatorschaufeln oder dergleichen zur Erzeugung eines Kühlluftstroms in das Innere der Kupplung angebracht werden. Bei dieser Anordnung ist es erforderlich, dass der Kühlluftstrom, insbesondere bei einem Doppelkupplungsgetriebe durch zwei rotierende Tellerfedern hindurch und durch mindestens eine angetriebene Schwungscheibe strömen muss bevor dieser die Schwungrad- und Druckplattenkomponenten im Innern der Kupplung erreicht. Diese Komponenten weisen bei einer Belastung der Kupplung die höchsten Temperaturen auf und erfordern daher die größte Kühlung. Die Tellerfedern und die angetriebene Schwungscheibe erzeugen im Weg des Kühlluftstroms einen großen Luftwiderstand, der die Kühlleistung reduziert.
Aufgabe ist es daher durch die Anordnung einer Kühleinrichtung die Kühlung insbesondere von Doppelkupplungskomponenten, besonders der Schwungrad- und der Druckplattenkomponenten zu verbessern.
Dies kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass Ventilatorschaufeln oder dergleichen antriebsseitig in oder auf der Vorderseite der Flex Plate oder des Schwungrads angeordnet werden, derart, dass die rotierende Flex Plate bzw. das Schwungrad wie ein Axialluftgebläse einen Kühlluftstrom in das Innere des Kupplungsaggregats erzeugt. Die Ventilatorschaufeln können aus Kunststoff oder aus Metall nach den bekannten Kunststoff- oder Blechbearbeitungsverfahren wie z. B. Spritzgießen oder Form- oder Spritzpressen bzw. Stanzen oder Tiefziehen hergestellt und einstöckig mit dem Bauteil ausgeführt oder mit diesem verbunden sein. In der Flex Plate bzw. in dem Schwungrad können im Bereich der angebrachten Ventilatorschaufeln konstruktiv größtmöglich Öffnungen vorgesehen werden, durch die der angesaugte Luftstrom unmittelbar in das Innere der Kupplung hindurchströmen kann. Der auf diese Weise erzeugte Kühlluftstrom kann direkt in das Innere der Kupplung einströmen und die dort thermisch am meisten belaste ten Komponenten wie z. B. Druckplatten und Anpressplatten, kühlen. Dadurch können die Verluste durch Strömungswiderstände innerhalb des Kupplungsaggregats verringert und die Kühlleistung verbessert werden.
Der in das Kupplungsaggregat eintretende Kühlluftstrom kann erfindungsgemäß in radial angeordnete Kühlluftkanäle in oder zwischen den Kupplungskomponenten geführt werden, in denen durch die auf die rotierende Luftmasse wirkenden Zentrifugalkräfte eine Radialströmung erzeugt wird. Die Kühlluftkanäle können beispielsweise bei Doppelkupplungssystemen, bei denen die Kupplungen hintereinander axial angeordnet sind, zwischen der Druckplatte der ersten Kupplung und der Anpressplatte der zweiten Kupplung vorgesehen sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kühlluftkanäle radial in den Oberflächen der Druckplatten und Anpressplatten anzuordnen im direkten Kontakt mit der Reiboberfläche des Kupplungsbelags der Kupplungsscheibe. Auf diese Weise kann die Kühlung der thermisch am meisten belasteten Kupplungskomponenten verbessert werden. Zur Verstärkung des Effekts können vorhandene Öffnungen in der Kupplungsabdeckung verschlossen werden, um dadurch ein Ausströmen des Kühlluftstroms aus der Kupplung durch Öffnungen mit einem geringeren Luftwiderstand zu verhindern.
In 52 und 53 ist eine Ausgestaltung der Erfindung bei einer Doppelkupplung dargestellt, bei der die erfindungsgemäß vorgesehenen Ventilatorschaufeln (100, 106) antriebsseitig auf der Vorderseite der Flex Plate (101, 131) angeordnet sind. Die Flex Plate (101, 131) weist in dem Bereich, in dem die Ventilatorschaufeln angebracht sind, Öffnungen auf, durch die der angesaugte Kühlluftstrom in das Innere der Kupplung einströmen kann. Durch Pfeile (102, 107) ist die Strömung der Kühlluft im Inneren der Kupplung dargestellt. Bei dem dargestellten Doppelkupplungssystem mit axial hintereinander angeordneten Kupplungen kann der Kühlluftstrom durch radial angeordnete Kühlluftkanäle (132, 133) zwischen der Druckplatte (104) der ersten Kupplung und den Schwungradkomponenten (105) der zweiten Kupplung oder radial in den Oberflächen der Druckplatten (134) und Schwungradkomponenten (135) im direkten Kontakt mit der Reiboberfläche des Kupplungsbelags (117) der Kupplungsscheibe geführt werden. Vorhandene Öffnungen (103, 108) in der Kupplungsabdeckung können verschlossen werden, um eine Verteilung des Kühlluftstroms durch ein Ausströmen durch Öffnungen mit einem geringeren Luftwiderstand zu verhindern.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der zur Kühlung von Reibungskupplungen, insbesondere bei Doppelkupplungen in einem Antriebsstrang zwischen Motor und Getriebe Leitschaufeln an verschiedenen Bauteilen in der Kupplungsglocke wie beispielsweise am Schwungrad, am Kupplungsdeckel oder am Getriebegehäuse vorgesehen sind.
Es hat sich gezeigt, dass bei Reibungskupplungen die Kupplungskomponenten, insbesondere die Schwungrad- und Druckplattenkomponenten, thermisch stark belastet werden. Aus diesem Grund ist eine Kühlung der Kupplungskomponenten erforderlich. Üblicherweise wird dies durch eine Luftkühlung erreicht. Dazu können abtriebsseitig an der Frontseite der Kupplungsabdeckung und an den Teller federn in der Kupplung Ventilatorschaufeln oder dergleichen angeordnet werden, derart, dass die besagten rotierenden Komponenten eine Kühlluftströmung in das Innere der Kupplung erzeugen. Dabei hat sich gezeigt, dass sich die durch die rotierenden Kupplungskomponenten erzeugte Rotationsbewegung der Luft zwischen Kupplungsdeckel und Getriebegehäuse störend auswirken.
Aufgabe der Erfindung ist es daher die Strömungsverhältnisse der Luft im Bereich zwischen Kupplungsdeckel und Getriebegehäuse während des Betriebs der Kupplung derart zu beeinflussen, dass die beschriebene Erzeugung einer Kühlluftströmung in das Innere der Kupplung verbessert werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass beispielsweise an der Innenoberfläche der Kupplungsglocke im Bereich zwischen der Kupplung und dem Getriebegehäuse Leitschaufeln oder dergleichen angeordnet werden. Auf diese Weise kann eine durch die rotierenden Kupplungskomponenten erzeugte Rotationsbewegung der Luft vermindert werden. Dadurch werden die auf die rotierende Luftmasse wirkenden Zentrifugalkräfte reduziert und eine Verbesserung der Anströmung des Kühlluftstroms in das Innere des Kupplungsaggregats erreicht. Versuche haben gezeigt, dass auf diese Weise die Erzeugung des Kühlluftstroms in das Innere der Kupplung und damit die Kühlung der Kupplungskomponenten verbessert werden kann. Die Leitschaufeln können mit minimalen zusätzlichen Kosten auf einfache Weise aus Kunststoff oder aus Metall nach den bekannten Kunststoff- oder Blechbearbeitungsverfahren wie z. B. Spritzgießen oder Form- oder Spritzpressen bzw. Stanzen oder Tiefziehen hergestellt und einstöckig mit dem Bauteil ausgeführt oder mit diesem verbunden sein. Denkbar ist auch, aus bereits vorhandenen Rippen in der Struktur der Kupplungsglocke die vorgesehenen Leitschaufeln heraus zu arbeiten.
In 54 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. An der Innenoberfläche der Kupplungsglocke (118, 112) sind axial über die Länge zwischen Kupplungsdeckel und Getriebegehäuse (136) in bestimmten Abständen in Umfangsrichtung radiale Leitschaufeln angeordnet. Dadurch kann die Anströmung der abtriebsseitig auf der Frontseite der Kupplungsabdeckung (119) Ventilatorschaufeln (114) zur Erzeugung einer Kühlluftströmung in das Innere der Kupplung in der oben beschriebenen Weise verbessert und der erzeugte Kühlluftstrom (109) in das Innere der Kupplung vergrößert und damit die Kühlung der thermisch am meisten belasteten Kupplungskomponenten, insbesondere der Schwungradkomponenten und der Druckplatten (110), verbessert werden.
55 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei sich dem die erfindungsgemäß an der Innenoberfläche der Kupplungsglocke (129) angeordneten radialen Leitschaufeln (127, 130) sich über die Länge der gesamten Kupplung mit dem Ausrücksystem (124) bis zum radialen Austritt des Kühlluftstroms (123) aus dem Schwungrad erstrecken. Dabei können die radialen Leitschaufeln (121) im Bereich des Schwungrads so ausgebildet sein, dass diese den aus dem Schwungrad austretenden radialen Kühlungsluftstrom (123) derart umlenken, dass sich eine Rückströmung der Kühlungsluft (120) zum Eintritt des Kühlungsluftstroms an der abtriebsseitigen Frontseite der Kupplungsabdeckung (128) aus bildet. Auf diese Weise kann eine Zirkulation des Kühlluftstroms (120) in dem Kupplungsaggregat unterstützt und der Kühlluftstrom weiter vergrößert und damit die Kühlung der Kupplungskomponenten verbessert werden.
Denkbar ist auch, wenn, wie in oben beschriebener Weise, vorgesehen ist, Ventilatorschaufeln antriebsseitig in oder auf der Vorderseite der Flex Plate anzuordnen, zur Erzeugung eines Kühlluftstroms in das Innere der Kupplung, die radialen Leitschaufeln an der Innenseite der Kupplungsglocke radial im Bereich zwischen Antriebsmotor und Kupplung anzuordnen, um auf diese Weise die Ansaugung der Kühlluft in diesem Bereich in der oben beschriebenen Weise zu verbessern und den Kühlluftstrom in das Innere der Kupplung zu vergrößern.
Der mit der Anmeldung eingereichte Patentanspruch ist ein Formulierungsvorschlag ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspruchen.
Da vorteilhafte Weiterbildungen im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, diese zum Gegenstand abhängiger und/oder unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Ausgestaltungen unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie dem Anspruch beschriebenen und in der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine, mit einem Getriebe und einer zwischen der Brennkraftmaschine und einer Getriebeeingangswelle angeordneten Anfahrkupplung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle eine Lastschaltkupplung angeordnet ist, mit der die Getriebausgangswelle unter Last schaltbar ist.
Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine, mit einem Getriebe und mindestens einer zwischen der Brennkraftmaschine und einer Getriebeeingangswelle angeordneten Anfahrkupplung und mindestens einer zwischen der Getriebeeingangswelle und mindestens einer Getriebeausgangswelle angeordneten Lastschaltkupplung, dadurch gekennzeichnet, dass an den besagten Kupplungen eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des Kupplungsaggregats vorgesehen ist.