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Die
Erfindung betrifft eine Kupplungsbetätigungsanordnung für eine Anfahrkupplung
in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Für die Anordnung
von Kupplungen und deren Betätigungsvorrichtungen
in Fahrzeugen gibt es viele bekannte Beispiele. So zeigt beispielsweise
die nicht vorveröffentlichten
DE 102 48 172 ein Automatgetriebe
mit einer Lamellenkupplung, die eine radial innerhalb eines Lamellenträgers angeordnete
Servoeinrichtung in Form einer Kolben-Zylinder-Anordnung mit dynamischem Druckausgleich
aufweist. Außerdem
gehört
zu diesem Automatgetriebe ein Planetenradsatz.
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Die
Servoreinrichtung dieses Getriebes besteht aus einem Betätigungskolben,
der zusammen mit einer entsprechend ausgebildeten Wand des Lamellenträgers eine
Druckkammer bildet. Eine Druckbeaufschlagung dieser Druckkammer über eine Druckmittelzuführbohrung
im Lamellenträger
bewirkt nach Überwindung
der Rückstellkraft
einer Rückstellfeder
eine axiale Verschiebung des Kolbens gegen die Kupplungslamellen.
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Auf
der der Druckkammer gegenüberliegenden
Seite des Kolbens ist ein Druckausgleichsraum für ein Hydraulikmedium angeordnet, über den
ein infolge der Kupplungsrotation auftretender dynamischer Druck
auf den Betätigungskolben
ausgeglichen wird.
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Derartige
Stufenautomatgetriebe sind für den
Einsatz in Kraftfahrzeugen mit Anfahrelementen kombinierbar, die
beispielsweise als hydrodynamische Drehmomentwandler oder als hydraulisch
betätigbare
Anfahrkupplung ausgebildet sein können.
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Bei
einem Ausfall der die Übersetzungsänderungsvorgänge im Getriebe
steuernden Steuerungselektronik wird bei herkömmlichen Stufenautomatgetrieben
mit Drehmomentwandler durch eine hydraulische Notsteuerung eine
Getriebeübersetzung
eingestellt, mit der das Fahrzeug zumindest bis zur nächsten Werkstatt
gefahren werden kann.
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Bei
Fahrzeugen, in die ein Getriebe mit einer hydraulisch betätigbaren
Anfahrkupplung eingebaut ist, lässt
sich ein derartiges Notfahrkonzept nur deutlich schwieriger realisieren,
da in einer solchen Notsituation ein erneutes Anfahren kaum möglich ist.
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Vor
diesem Hintergrund ist daher es die Aufgabe an die Erfindung, eine
Kupplungsbetätigungsanordnung
für eine
Anfahrkupplung eines Kraftfahrzeuges vorzustellen, mit der auch
in der beschriebenen Notsituation nach einem Ausfall des genannten Steuergerätes ein
Anfahren des Fahrzeuges sowie eine Weiterfahrt zumindest bis zur
nächsten
Werkstatt möglich
ist.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich für
die Kupplungsbetätigungsanordnung
aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während dazu vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich eine hydraulisch
betätigbare
Anfahrkupplung auch bei einem Ausfall des die Kupplungsbetätigung steuernden
Steuergerätes
durch eine aktive Einflussnahme auf die in einem Druckausgleichsraum
befindliche Menge eines flüssigen
Druckmediums betätigen
lässt.
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Demnach
betrifft die Erfindung eine Kupplungsbetätigungsanordnung für die Anfahrkupplung eines
Kraftfahrzeuges, mit einer hydraulisch betätigbaren Kolben-Zylinder-Anordnung, die über einen Zylinder
und einen in diesem axial verschiebbaren Betätigungskolben verfügt. Des
weiteren gehört
zu dieser Kolben-Zylinder-Anordnung ein Druckausgleichsraum für einen
dynamischen Druckausgleich, der mit einem flüssigen Druckmittel befüllbar ist.
Dieses Druckmittel übt
bei einer Rotation der Kolben-Zylinder-Anordnung eine Kraft auf
den Betätigungskolben
aus, die entgegengesetzt zur Schließrichtung des Betätigungskolbens
ist. Zudem ist eine Rückstellfeder
vorhanden, die sich an einer Innenwand des Druckausgleichsraums
und an derjenigen Fläche des
Betätigungskolbens
abstützt,
die dem Druckausgleichsraum zugewandt ist.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist nun vorgesehen, dass der Druckausgleichsraum
zur Durchführung
eines Notfahrbetriebes nur soweit befüllt ist, dass ab einer vorgegebenen
Drehzahl der Kolben-Zylinder-Anordnung das in der Druckkammer befindliche
Druckmittel den Betätigungskolben
allein durch Fliehkraftwirkung gegen die Rückstellkräfte der Rückstellfeder und des im Druckausgleichsraum
befindlichen Druckmittels soweit in Schließrichtung verschiebt, dass
die Kupplung geschlossen ist.
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Durch
diesen Aufbau ist es möglich,
dass im normalen Fahrbetrieb bei funktionierendem Steuerungsgerät der Druckausgleichsraum
zur Durchführung
eines üblichen
dynamischen Druckausgleichs mit einer Hydraulikflüssigkeit
befüllt
werden kann. Beim Ausfall des Steuerungsgerätes wird diese Druckausgleichfunktion
jedoch zumindest weitgehend unterbunden.
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Bevorzugt
nach einem Stillstand des Fahrzeugs sowie des Antriebsmotors kann
die Anfahrkupplung zur Realisierung eines Anfahrvorgangs und eines
Notfahrbetriebes dadurch betätigt
werden, dass angetrieben von der Getriebeeingangswelle der Zylinder
der Kupplungsbetätigungsanordnung
auf eine solche Drehzahl gebracht wird, dass das in deren Druckkammer
befindliche Hydraulikdruckmittel fliehkraftbedingt auf den Kolben
einwirkt und diesen ohne oder mit nur geringem Gegendruck aus dem Druckausgleichsraum
in Schließrichtung
soweit auf die Kupplung zubewegt, dass die Anfahrkupplung geschlossen
wird.
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Zur
Durchführung
der erfindungsgemäßen Funktion
ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Befüllgrad des
Druckausgleichsraumes mit Druckmittel mittels einer Schaltvorrichtung einstellbar
ist.
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Diese
Schaltvorrichtung kann wenigstens ein Schaltventil umfassen, welches
im Normalbetrieb von dem Steuerungsgerät zur Druckbeaufschlagung des
Betätigungskolbens
und/oder zur Befüllung
der Druckausgleichskammer ansteuerbar ist, und im Störfall die
Befüllung
der Druckausgleichskammer unterbindet.
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Die
Zuführmittel
für die
Druckkammer und den Druckausgleichsraum umfassen im wesentlichen
Strömungswege
für das
Hydraulikdruckmittel, wenigstens das eine oben genannte und in diese Strömungswege
eingesetzte Schaltventil, einen Speicherraum für das Hydraulikdruckmittel
sowie eine Druckmittelpumpe.
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Zur
Entleerung des Druckausgleichsraumes ist in diesem eine Ablauföffnung vorhanden,
die sinnvoller Weise als Druckblende und vorzugsweise im Bereich
des radial äußeren Endes
des Druckausgleichsraumes ausgebildet ist. In diese Ablauföffnung kann
auch ein Schaltventil eingesetzt sein.
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In
Ausgestaltung der Erfindung kann zur Erzielung einer axial kurzen
Baulänge
der Kolben-Zylinder-Anordnung zudem vorgesehen sein, dass wenigstens
eine Wand des Druckausgleichsraumes durch die von der Druckkammer
der Kolben-Zylinder-Anordnung
abgewandte Seite des Kolbens gebildet ist.
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Die
Rückstellkraft
der Rückstellfeder
und der Befüllungsgrad
des Druckausgleichsraumes im Störfall
sind bevorzugt so gewählt,
dass die bei einem Anfahrvorgang und dem dann folgenden Notfahrbetrieb auftretenden
Drehzahlen der Getriebeeingangswelle sowie bei einer nicht mit einem
Hauptdruck beaufschlagten Druckkammer der Kolben-Zylinder-Anordnung ausreichen,
um allein mit dem auf den Kolben wirkenden fliehkraftbedingten Druck
des in der Druckkammer befindlichen Druckmittels die Kupplung zu
schließen
und geschlossen zu halten.
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Die
erfindungsgemäße Kupplungsbetätigungsanordnung
wird vorzugsweise zur Betätigung von
Anfahrkupplungen ge nutzt, die als Lamellenkupplungen ausgebildet
und einem Automatgetriebe zugeordnet sind.
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Zur
Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung
beigefügt,
in der in sehr schematischer Weise ein Ausschnitt aus einem Stufenautomatgetriebe
gezeigt ist. In diesem Ausschnitt ist im wesentlichen eine als Lamellenkupplung
ausgebildete Anfahrkupplung 1 und eine Kolben-Zylinder-Anordnung 2 zur
Betätigung
dieser Kupplung 1 dargestellt.
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Bei
dem vorgenannten Getriebe handelt es sich um ein Automatgetriebe
ohne hydrodynamischen Drehmomentwandler, dessen Getriebeeingangswelle 14 mit
einem Außenlamellenträger 11 der Anfahrkupplung 1 direkt
oder indirekt verbunden ist. Ein Teil des Außenlamellenträgers 11 bildet
Wände des
Zylinders 3 der genannten Kolben-Zylinder-Anordnung 2 oder
ist mit diesem zumindest drehfest verbunden.
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In
dem Zylinder 3 ist ein Betätigungskolben 4 axialverschiebbar
eingesetzt, so dass zwischen diesem und den Wänden des Zylinders 3 ein
Druckraum 5 gebildet ist, der mit einem flüssigen Druckmittel
befüllbar
ist.
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Zu
einer Druckbeaufschlagung des Kolbens 4 strömt das Druckmittel über ein
von einem Steuerungsgerät
betätigbares
Ventil sowie eine Zuführung in
die Druckkammer 5, und bewegt dem Kolben 4 in der
vorliegenden Darstellung nach rechts. Dabei drückt dieser auf ein aus Innenlamellen 9 und
Außenlamellen 10 gebildetes
Lamellenpaket der Anfahrkupplung 1, bis dieses an einem
Anschlag 15 sein Widerlager findet. Dadurch kann das an
dem Außenlamellenträger 11 anliegende
Drehmoment in an sich bekannter Weise auf einen die Innenlamellen 9 tragenden
Innenlamellenträger 12 übertragen
werden, der seinerseits mit einer anderen Getriebewelle 13 antriebstechnisch
verbunden ist. Zum Öffnen
der Kupplung 1 ist eine Rückstellfeder 7 vorhanden,
die den Kolben 4 nach Beendigung der Beaufschlagung der
Druckkammer 5 mit dem Hauptdruck axial zumindest etwas
in Öffnungsrichtung
verschiebt.
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Zudem
verfügt
die Kupplungsbetätigungsanordnung über einen
Druckausgleichsraum 6, der zwischen der von der Druckkammer 5 des
Betätigungszylinders 3 wegweisende
Seite des Kolbens 4 sowie anderen, hier nicht näher definierte
Getriebebauteilen gebildet ist.
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Dieser
Druckausgleichsraum 6 ist über ein nichtdargestelltes
Schaltventil und eine nicht dargestellte Zuführung mit einem flüssigen Druckmittel
befüllbar,
das im einfachsten Fall dasjenige Hydraulikdruckmedium ist, welches
auch zur Versorgung der Druckkammer 5 genutzt wird.
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Darüber hinaus
ist in einer der den Druckausgleichsraum 6 bildenden Wände eine
Austrittsöffnung 8 für das flüssige Druckmittel
vorhanden, die hier als eine am radial äußeren Ende des Druckausgleichsraumes 6 angeordnete
Druckblende ausgebildet ist. In diese Öffnung kann aber auch ein Ventil eingesetzt
werden. Das aus der Austrittsöffnung 8 austretende
Druckmittel gelangt über
einen nicht weiter dargestellten Strömungsweg zu anderen Getriebebauteilen.
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Die
Betriebsweise der vorgenannten Anordnung ist nun folgende:
Im
ungestörten
Betrieb des Getriebes gibt ein Steuerungsgerät beim Vorliegen eines beispielsweise
von einem Fahrzeugführer
signalisierten Anfahrwunsches einen Befehl zum Öffnen des genannten Schaltventils,
so dass das genannte Hydraulikdruckmittel mit einem regelbaren Hauptdruck
in die Druckkammer 5 des Zylinders 3 gelangt.
Dadurch bewegt sich der Kolben 4 in Schließstellung,
wodurch die Anfahrkupplung 1 geschlossen wird.
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Zudem
wird der Druckausgleichsraum 6 mit dem flüssigen Druckmittel
befüllt,
so dass dieses anschließend
in an sich bekannter Weise bei anfahrkupplungstypischen Drehzahlen
für einen
fliehkraftabhängigen
Betätigungsdruckausgleich
an dem Kolben 4 sorgt.
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Wenn
die Anfahrkupplung 1 geöffnet
werden soll, wird das genannte Schaltventil durch ein Signal von
dem Steuerungsgerät
in eine Schaltstellung gebracht, in der die Druckkammer 5 beispielsweise
nur noch einem sogenannten Vorbefülldruck beaufschlagt wird,
der niedriger als der Hauptdruck ist.
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Die
dadurch ausgelöste Öffnungsbewegung des
Kolbens 4 wird von der Rückstellfeder 7 betrieben
oder zumindest unterstützt,
die in dem Druckausgleichsraum 6 so angeordnet ist, dass
diese eine axiale Rückstellkraft
auf den Kolben 4 ausübt.
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Sofern
bei der Inbetriebnahme des Fahrzeuges durch einen Störfall das
erwähnte
Steuerungsgerät
defekt ist, kann das Schaltventil nicht in eine Stellung gebracht
werden, in der die Druckkammer mit dem Hauptdruck beaufschlagt wird.
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Dadurch
wird die Anfahrkupplung 1 zunächst nicht geschlossen.
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Zudem
unterbleibt auch die Zuleitung von Druckmittel in den Druckausgleichsraum 6,
da das dafür
zuständige
gleiche oder separate Schaltventil ebenfalls nicht betätigt werden
kann.
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Bei
einem nun folgenden Inbetriebnahmeversuch wird der Fahrzeugmotor
gestartet und dadurch die Getriebeeingangswelle 14 in Rotation
versetzt. Die damit einhergehende Drehbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung 2 führt dann
zu einer Fliehkraft auf das in der Druckkammer 5 befindliche Druckmittel,
die auf den Kolben 4 wirkend diesen ab einer bestimmten
Drehzahl in die Schließrichtung
auf die Kupplungslamellen 9, 10 zubewegt.
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Da
der Druckausgleichsraum 6 in dieser Betriebsphase mit defektem
Steuerungsgerät
nicht oder nur gering mit dem Druckmittel befüllt ist, erfolgt kein oder
nur ein geringer dynamischer Druckausgleich. Gegebenenfalls noch
in dem Druckausgleichsraum 6 befindliches Druckmittel tritt
zudem über
eine als Druckblende ausgebildete Austrittsöffnung 8 aus und gelangt über einen
nicht dargestellten Strömungsweg
zu anderen Getriebeteilen.
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Sobald
der Druckausgleichraum 6 in einem gewissen Umfang entleert
ist, wirkt nur noch die Rückstellkraft
der Rückstellfeder 7 in Öffnungsrichtung
auf den Kolben 4. Da die Rückstellkraft dieser Rückstellfeder 7 aber
vergleichsweise gering ausgelegt ist, schafft es der Kolben 4,
angetrieben durch das in der Druckkammer 5 befindliche
Druckmittel, mit solcher Kraft gegen die Kupplungslamellen 9, 10 zu
wirken, dass die Anfahrkupplung 1 zumindest für einen
Notfahrbetrieb geschlossen wird. Dabei ist selbstverständlich auch
eine für
diesen Notbetrieb ausreichende Kühlung
der Lamellenkupplung vorgesehen.
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- 1
- Anfahrkupplung
- 2
- Kolben-Zylinder-Anordnung
- 3
- Zylinder
der Kolben-Zylinder-Anordnung
- 4
- Betätigungskolben
- 5
- Druckkammer
- 6
- Druckausgleichsraum
- 7
- Rückstellfeder
- 8
- Druckblende,
Ablauföffnung,
Ventil
- 9
- Innenlamellen
- 10
- Außenlamellen
- 11
- Außenlamellenträger
- 12
- Innenlamellenträger
- 13
- Getriebewelle
- 14
- Getriebeeingangswelle
- 15
- Anschlag
für die
Kupplungslamellen