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Die
Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Es
ist eine gattungsbildende Kupplungsvorrichtung mit einer hydrodynamischen
Anfahreinheit, einer Regeleinheit sowie mit einer Überbrückungskupplung
bekannt, deren Reibdruck aus einem Kräftegleichgewicht mit einem
Gegendruck sowie mit einem Ansteuerdruck resultiert. Der Ansteuerdruck wird
von der Regeleinheit der Kupplungsvorrichtung eingeregelt, während der
Gegendruck durch einen Innendruck der hydrodynamischen Anfahreinheit
der Kupplungsvorrichtung, und zwar eines Wandlers, bestimmt ist.
Dabei ist der Innendruck über
eine Blende von einem Schmierdruck abgeleitet.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, in einer platzsparend
bauenden Kupplungsvorrichtung in weitgehend sämtlichen Betriebssituationen
einen möglichst
schnellen und exakten Regelmechanismus für einen Reibdruck einer Überbrückungskupplung
bereitzustellen. Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung geht aus von einer Kupplungsvorrichtung mit einer, insbesondere
hydrodynamischen Anfahreinheit, einer Regeleinheit sowie mit einer Überbrückungskupplung,
deren Reibdruck aus einem Kräftegleichgewicht
mit zumindest einem Gegendruck sowie mit einem Ansteuerdruck resultiert.
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Es
wird vorgeschlagen, dass der Gegendruck über die Regeleinheit in zumindest
einem Betriebszustand regelbar ist. Dadurch kann vorteilhaft ein
vorgegebener Gegendruck eingeregelt und eine wohl definierte Beziehung
zwischen Ansteuerdruck und Reibdruck erreicht werden. Es kann insbesondere
eine vorteilhafte Kontrolle und/oder Regelung eines über die Überbrückungskupplung übertragenen Drehmoments
und/oder eines Schlupfes ermöglicht werden.
Ein Auftouren eines Motors und eine damit einhergehende große Wärmeproduktion
in der Anfahreinheit können
vermieden werden. Ferner kann ein Brummen eines Antriebsstrangs
durch eine über einen
Schlupf an der Überbrückungskupplung
realisierte Dämpfung
von Torsionsschwingungen gezielt vermieden werden.
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Eine
vorteilhafte Funktionsintegration kann erreicht werden, wenn der
Gegendruck durch einen Innendruck der Anfahreinheit bestimmt ist.
Besonders vorteilhaft lassen sich dann die Anfahreinheit und die Überbrückungskupplung
platzsparend in ein gemeinsames Gehäuse integrieren.
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Regelt
die Regeleinheit zumindest in einem Betriebsmodus den Gegendruck
auf einen im Wesentlichen konstanten Wert ein, kann vorteilhaft
eine zeitliche Abstimmung zwischen Ansteuerdruck und Gegendruck
vermieden werden, und es ergibt sich eine zeitunabhängige Ansteuerdruck-Reibdruck-Kennlinie.
Es sind jedoch auch erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtungen und/oder
Verfahren zum Betreiben derselben denkbar, in denen der Ansteuerdruck
und der Gegendruck in einer abgestimmten Weise zeitabhängig sind
oder in denen der Ansteuerdruck einen Konstanten Wert annimmt, während die Überbrückungskupplung
zumindest im Wesentlichen durch den Gegendruck betätigbar ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Regeleinheit in zumindest einem Betriebszustand den Innendruck auf
einen im Wesentlichen konstanten Wert regelt, wenn ein Versorgungsdruck
höher als ein
Schwellenwert ist. Dadurch kann vorteilhaft ein von Schwankungen
des Versorgungsdrucks unabhängiger
Innendruck erreicht werden, sofern die Schwankungen den Schwellenwert
nicht unterschreiten. Eine platzsparende und kostengünstige Reihenschaltung
einer Arbeitsmittelversorgung der Anfahreinheit und der Überbrückungskupplung
kann ermöglicht
werden, wobei die Regeleinheit vorgelagert sein kann, und zwar insbesondere,
wenn der Versorgungsdruck von einem Schmierdruck gebildet ist.
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Macht
der Schwellenwert weniger als 20 Prozent eines Sättigungswerts aus, kann erreicht
werden, dass selbst große
Schwankungen des Versorgungsdrucks um den Sättigungswert zu keiner Unterschreitung
des Schwellenwerts führen.
Ferner kann vorteilhaft zu einem frühen Zeitpunkt während einer Aufbauphase
des Versorgungsdrucks ein konstanter Innendruck und damit ein konstanter
und geregelter Gegendruck der Überbrückungskupplung
erreicht werden. Dabei sind Sättigungswerte
des Versorgungsdrucks zwischen 3 und 10 bar hinsichtlich einer Druckbelastung
der Druckkanäle
und einer Durchflussrate des Arbeitsmittels realistisch, so dass
ein Absolutwert des Schwellenwerts vorteilhaft im Bereich zwischen
0,3 und 1 bar liegen kann.
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Weist
die Regeleinheit zumindest einen Regelschieber auf, kann vorteilhaft
zumindest ein hydraulischer Druck auf kostengünstige und robuste Weise geregelt
werden. Dabei kann in Ausgestaltungen des Regelschiebers, in denen
der Schmierdruck gegen eine Federkraft wirkt, durch die Federkraft kostengünstig ein
absoluter Maßstab
für die
Regelung des hydraulischen Drucks realisiert werden.
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Ist
der Innendruck über
den Regelschieber von einem Schmierdruck abgeleitet, können zusätzliche
Druckleitungs- und
Druckerzeugungseinheiten vorteilhaft eingespart werden.
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Ist über die
Regeleinheit die Überbrückungskupplung
nur schließbar,
wenn der Innendruck auf den konstanten Wert geregelt ist, kann vorteilhaft
ein Betrieb der Überbrückungskupplung
mit ungeregeltem, zu hohem oder zu niedrigem Gegendruck ausgeschlossen
werden. Zudem können
Schäden
durch hohe Beschleunigungswerte, die durch einen plötzlichen
Kraftschluss über
die Überbrückungskupplung oder
durch ein Auftouren des Motors entstehen können, vorteilhaft vermieden
werden.
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Arretiert
die Regeleinheit den Regelschieber in zumindest einem Betriebszustand
in einer offenen Stellung, kann in diesem Betriebszustand vorteilhaft eine
maximale Durchflussrate über
den Regelschieber ermöglicht
werden. In Phasen großer
Wärmeproduktion
in einer hydrodynamischen Anfahreinheit, in denen die Überbrückungskupplung
in der Regel geöffnet
ist, kann so eine hohe Kühlrate
erreicht werden. Besonders vorteilhaft, kostensparend, robust und
integrativ lässt
sich die Arretierung realisieren, wenn der Regelschieber in zumindest
einem Betriebszustand durch einen Arbeitsdruck arretiert ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
ein erster Regelschieber für
den Innendruck und ein zweiter Regelschieber für den Ansteuerdruck vorgesehen
ist. Dadurch können
beide Drücke
unabhängig
voneinander variiert werden und vorteilhaft an Erfordernisse, die unabhängig von
der Erzeugung des Reibdrucks sind, angepasst werden.
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Ist
der Regelschieber für
den Innendruck über
eine Steuerleitung mittels des Regelschiebers für den Ansteuerdruck arretierbar,
kann vorteilhaft und konstruktiv einfach eine zeitliche Abstimmung der
beiden Regelschieber während
eines Umschaltvorgangs zwischen verschiedenen Betriebsmodi erreicht
werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale
zweckmäßigerweise
auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
einer Kupplungsvorrichtung,
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2 einen Regelschieber der
Kupplungsvorrichtung aus 1 in
einer Arretierkonfiguration und
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3 den Regelschieber aus 2 in einer Regelkonfiguration.
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1 zeigt eine schematische
Darstellung einer Kupplungsvorrichtung mit einer hydrodynamischen
Anfahreinheit 11, einer Regeleinheit 12 sowie mit
einer Überbrückungskupplung 10,
deren Reibdruck pr aus einem Kräftegleichgewicht
mit einem Gegendruck pg sowie mit einem
Ansteuerdruck pan resultiert. Die Regeleinheit 12 umfaßt die beiden
Regelschieber 13 und 14 und regelt den Gegendruck
pg in einem durch eine annähernd vollständige Drehmomentübertragung über die Überbrückungskupplung 10 gekennzeichneten
ersten Betriebsmodus auf einen im Wesentlichen konstanten Wert von
0,5 bar ein (1 und 3).
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Ein
zweiter Betriebsmodus ist durch eine geöffnete Überbrückungskupplung 10 und
bei bewegter Antriebswelle durch hohe Dissipation in der hydrodynamischen
Anfahreinheit 11 gekennzeichnet (1 und 2).
Dabei liegt an einem in der Zeichnung nur teilweise dargestellten
elektromagnetisch betätigbaren Regelmagnetventil 17 mit
steigender Kennlinie keine Spannung an, so dass das Regelmagnetventil 17 geschlossen
und eine mit einem Druckraum 20 eines Regelschiebers 13 verbundene
Druckleitung 18 entlüftet
ist.
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Eine
Feder 19 wirkt im Bereich einer ersten Stirnseite des axial
verschiebbar in einer Bohrung gelagerten Regelschiebers 13 und
ist über
eine zweite Stirnseite durch einen Druck im Druckraum 20 belastbar.
Im zweiten Betriebsmodus ist der Regelschieber 13 über die
Feder 19 in Richtung des Druckraums 20 verschoben,
so dass ein verjüngter
Bereich des Regelschiebers 13 gleichzeitig zwei Ringnuten 22, 23 der
Bohrung überdeckt
(2). Die erste Ringnut 22 ist
mit einer Arbeitsdruckleitung 24 und die zweite Ringnut 23 ist
mit einer Steuerleitung 16 zwischen dem Regelschieber 13 und
einem weiteren Regelschieber 14 verbunden. Über die
erste Ringnut 22, den verjüngten Bereich und über die
zweite Ringnut 23 setzt sich ein Arbeitsdruck par aus der Arbeitsdruckleitung 24 in
die Steuerleitung 16 und von dort in einen Druckraum 26 des
zweiten Regelschiebers 14 fort. Der Arbeitsdruck par übt
auf eine den Druckraum 26 begrenzende Stirnseite des zweiten
Regelschiebers 14 eine große Kraft aus und arretiert
den zweiten Regelschieber 14 in einer Konfiguration, in der über zwei
Ringnuten 36, 37 und einen verjüngten Bereich
das mit einem Versorgungsdruck, und zwar mit einem Schmierdruck
ps, beaufschlagte Arbeitsfluid von einer
Schmierdruckleitung 33 über
den zweiten Regelschieber 14 und durch eine Druckleitung 34 in
die Anfahreinheit 11 geleitet wird. Das Arbeitsfluid durchströmt die Anfahreinheit 11 zur
Kühlung
und erzeugt dabei einen vom Schmierdruck ps abgeleiteten Innendruck
pi in der Anfahreinheit 11. Aus
der Anfahreinheit 11 wird das Arbeitsfluid über eine
Druckleitung 41, über
zwei Ringnuten 39, 40 und über einen weiteren verjüngten Bereich
des zweiten Regelschiebers 14 in einen nicht dargestellten
Kühler
geleitet.
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Der
Innendruck pi der Anfahreinheit 11 wird über eine
weitere Druckleitung 38 abgeleitet und erzeugt in einem
Druckzylinder 28 einen Gegendruck pg,
der im Wesentlichen gleich dem Innendruck pi und durch
diesen bestimmt ist. Ausgestaltungen der Erfindung, in denen die
Anfahreinheit 11 und die Überbrückungskupplung 10 in
einem gemeinsamen Gehäuse
angeordnet und vom gleichen Arbeitsfluid umströmt sind, sind jedoch auch denkbar
und können vorteilhaft
platzsparend realisiert werden, wobei besonders vorteilhaft der
Innendruck pi des Arbeitsfluids unmittelbar
zur Erzeugung einer Axialverschiebung auf zumindest eine Lamelle
der Überbrückungskupplung 10 wirken
kann, ohne dass ein Zwischenschalten einer zusätzlichen Steuerleitung und eines
zusätzlichen
Druckkolbens notwendig wäre.
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Im
zweiten Betriebsmodus ist eine Steuerleitung 27, über die
der Ansteuerdruck pan, vermittelt durch
einen weiteren Druckzylinder 35, eine Kraft auf die Überbrückungskupplung 10 ausüben kann,
vollständig
entlüftet,
so dass die letztere weitgehend unabhängig vom Innendruck pi der Anfahreinheit 11 geöffnet ist.
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Beim
Bestromen des Regelmagnetventils 17 wird die Kupplungsvorrichtung
in den ersten Betriebsmodus überführt, wobei
sich das Regelmagnetventil 17 öffnet und Arbeitsfluid durch
die Druckleitung 18 in den Druckraum 20 des Regelschiebers 13 gelangt.
Der sich dort aufbauende Druck wirkt der Kraft der Feder 19 entgegen
und verschiebt den Regelschieber 13 in Richtung der Feder 19.
Beim Verschieben des Regelschiebers 13 verschließt zunächst eine
den verjüngten
Bereich in Richtung des Druckraums 20 begrenzende Steuerkante 25 die Ringnut 22,
und eine Übertragung
des Arbeitsdrucks par über den Regelschieber 13 in
die Steuerleitung 16 wird unterbunden. Im weiteren Verlauf
erreicht eine weitere, den verjüngten
Bereich in Richtung der Feder 19 begrenzende Steuerkante 29 eine
weitere Ringnut 30, welche die Steuerleitung 16 mit
einem Tank verbindet, und die Steuerleitung 16 wird in
einem Entlüftungszeitpunkt
entlüftet.
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Im
weiteren Verlauf der Verschiebebewegung in Richtung der Feder 19 erreicht
ein weiterer verjüngter
Bereich des Regelschiebers 13 die Ringnut 22,
so dass das Arbeitsfluid von der Arbeitsdruckleitung 24 über eine
Steuerkante 21 durch einen Spalt 32 in den verjüngten Bereich
und durch eine weitere Ringnut 42 in die Steuerleitung 27 einfließen kann
und in dieser einen geregelten Ansteuerdruck pan erzeugt
(3). Die Regelung des
Ansteuerdrucks pan geschieht durch ein Ableiten
eines Teils des Arbeitsfluids über
eine Blende 31 in einen Druckraum 43 des Regelschiebers 13,
in dem auch die Feder 19 angeordnet ist, deren Kraft durch
den Druck im Druckraum 43 unterstützt wird. Steigt bei konstantem
Druck im Druckraum 20 der Arbeitsdruck par,
so steigt unmittelbar ein die Federkraft unterstützender Druck im Druckraum 43,
was eine Verkleinerung des Spalts 32 zur Folge hat. Dadurch
fällt der
Ansteuerdruck pan und mit ihm der Druck
im Druckraum 43 wieder auf seinen durch den Druck im Druckraum 20 und
durch die Feder 19 bestimmten Wert. Der Ansteuerdruck pan ist vom Arbeitsdruck par abgeleitet und
durch den oben beschriebenen, durch den Druck im Druckraum 43 realisierten
Rückkopplungsmechanismus
weitestgehend unabhängig
von Schwankungen des Arbeitsdrucks par und
vollständig
durch den vom Regelmagnetventil 17 über die Leitung 18 im Druckraum 20 eingeregelten
Druck bestimmt.
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Im
Entlüftungszeitpunkt
fällt der
Druck im Druckraum 26 des Regelschiebers 14 ab
und dessen Arretierung wird gelöst.
Der Regelschieber 14 verschiebt sich in eine Gleichgewichtslage,
die durch ein Kräftegleichgewicht
zwischen einer Feder 46 im Druckraum 26 und einem
von der Druckleitung 34 abgeleiteten Druck in einem Druckraum 44 des
Regelschiebers 14 bestimmt ist. Dabei verengt eine Steuerkante
einen Durchtrittsspalt des Regelschiebers 14 und mindert
auf diese Art den Druck in der Druckleitung 34. Analog
zur oben beschriebenen Regelung des Ansteuerdrucks pan wird
durch die Rückkopplung des
Innendrucks pi über den Druck im Druckraum 44 der
Innendruck pi auf den konstanten, von der
Feder 46 bestimmten Wert von 0,5 bar geregelt, wenn der Schmierdruck
höher als
ein Schwellenwert 0,5 bar ist.
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Der
Schwellenwert ist durch die Federkraft der Feder 46 bestimmt.
Unterhalb des Schwellenwerts übertrifft
die Federkraft den Druck im Druckraum 44. Der Regelschieber 14 ist
dann am Anschlag und der Durchflusskanal zwischen Schmierdruckleitung 33 und
Leitung 34 ist vollständig
geöffnet.
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Der
Schmierdruck ps ist vom Arbeitsdruck par abgeleitet und über einen Regelschieber 15 mit
einem weiteren Schwellenwert auf einen Sättigungswert von etwa 5 bar
eingeregelt. Dieser Wert ist einerseits hoch genug zum Erzeugen
einer hinreichenden Kühlrate
in der Anfahreinheit 11 im zweiten Betriebsmodus und andererseits
niedrig genug, um Materialschäden
durch hohe Druckbelastungen zu vermeiden. Der im ersten Betriebsmodus
eingeregelte wert von 0,5 bar des Innendrucks pi entspricht
10 Prozent des Sättigungswerts
des Schmierdrucks ps.
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Die Überbrückungskupplung 10 ist
als Lamellenkupplung ausgeführt
und weist eine mit einer Antriebswelle fest verbundene erste Reibeinheit
und eine mit einer Abtriebswelle in axialer Richtung verschiebbar
sowie drehfest verbundene zweite Reib-einheit auf, wobei beide Reibeinheiten
Lamellen aufweisen.
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Der
erste Druckzylinder 28 übt
eine durch den Gegendruck pg bestimmte Kraft
und der zweite Druckzylinder 35 übt eine durch den Ansteuerdruck pan bestimmte, der ersten Kraft entgegengesetzte Kraft
auf die zweite Reibeinheit aus, die ihrerseits einen Reibdruck pr auf die erste Reibeinheit ausübt, der
aus einem Kräftegleichgewicht
mit dem Gegendruck pg und dem Ansteuerdruck
pan resultiert. Ein Drehmomentübertrag über die Überbrückungskupplung 10 und
ein Schlupf derselben ist durch den Reibdruck pr bestimmt.
Eine nicht dargestellte Sensor- und Regelvorrichtung misst im ersten
Betriebsmodus die Differenz der Drehzahlen der Antriebswelle und der
Abtriebswelle und gibt einen von dieser Differenz abhängigen Strom
auf das Regelmagnetventil 17, so dass sich über den
Druck im Druckraum 20 der Ansteuerdruck pan – und damit
der Reibdruck pr – verändert. Die elektronische Sensor-
und Regelvorrichtung regelt auf diese Weise den Schlupf an der Überbrückungskupplung 10 auf
einen konstanten Wert im Bereich von 10–20 Umdrehungen pro Minute.
Durch den geregelten Schlupf werden Torsionsschwingungen zwischen
antriebs- und abtriebsseitigen Getriebegliedern vorteilhaft gedämpft.
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- 10
- Überbrückungskupplung
- 11
- Anfahreinheit
- 12
- Regeleinheit
- 13
- Regelschieber
- 14
- Regelschieber
- 15
- Regelschieber
- 16
- Steuerleitung
- 17
- Regelmagnetventil
- 18
- Druckleitung
- 19
- Feder
- 20
- Druckraum
- 21
- Steuerkante
- 22
- Ringnut
- 23
- Ringnut
- 24
- Arbeitsdruckleitung
- 25
- Steuerkante
- 26
- Druckraum
- 27
- Steuerleitung
- 28
- Druckzylinder
- 29
- Steuerkante
- 30
- Ringnut
- 31
- Blende
- 32
- Spalt
- 33
- Schmierdruckleitung
- 34
- Druckleitung
- 35
- Druckzylinder
- 36
- Ringnut
- 37
- Ringnut
- 38
- Druckleitung
- 39
- Ringnut
- 40
- Ringnut
- 41
- Druckleitung
- 42
- Ringnut
- 43
- Druckraum
- 44
- Druckraum
- 45
- Steuerkante
- 46
- Feder
- pan
- Ansteuerdruck
- par
- Arbeitsdruck
- pg
- Gegendruck
- pi
- Innendruck
- pr
- Reibdruck
- ps
- Schmierdruck