DE19642305A1 - Schaltbare Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Kupplung mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Hydraulische Kupplungen werden als Anfahrkupplung bei Fahrzeugen insbesondere bei schweren Fahrzeugen und als Schaltkupplung bei Automatgetrieben und bei sonstigen Last­ schaltgetrieben eingesetzt.

Die Zielsetzung für solche Kupplungen besteht grund­ sätzlich darin, eine präzise Betätigung bzw. Regelung des Schließ- und Öffnungsvorgangs zu erreichen. Hierfür ist ein schnelles und exaktes Ansprechverhalten gewünscht.

Bei hydraulisch betätigten Kupplungen wirkt in rotie­ renden Zuführungskanäle und Druckräume eine Fliehkraft auf das Druckmittel. Es entsteht ein fliehkraftabhängiger Druck, der einem Steuerdruck überlagert ist. Zudem ist die Füllphase infolge unterschiedlicher Füllgrade unterschied­ lich lang, was sich ungünstig auf das Ansprechverhalten auswirkt.

Aus dem Stand der Technik (Handbuch für Traktoren von John Deere, 6100, 6200, 6300, 6400, 6600 und 6800; TM 4486 (14FEB94), 250-20A-26) ist eine Anordnung bekannt, die sich mit der Problemstellung befaßt, daß die Kupplung trotz ge­ drücktem Kupplungspedal schließt, wenn eine bestimmte Dreh­ zahl überschritten und durch Fliehkraft, die auf das Öl in den Druckkanälen und im Druckraum wirkt, ein Schließdruck erzeugt wird.

In der Anordnung befindet sich ein Ventil in einem Kupplungskolben, das durch Fliehkraft öffnet sobald eine bestimmte Drehzahl überschritten wird und der Steuerdruck unter einem vorgegebenen Wert liegt. Der Öldruck, der durch die Fliehkraft aufgebaut wurde, wird am Kupplungskolben abgebaut und damit bleibt die Kupplung geöffnet. Der Vor­ gang wird von einem Nachsaugventil unterstützt, das in ei­ ner Getriebeölpumpe angeordnet ist. Das Nachsaugventil öff­ net eine Bohrung, durch die Luft in die Druckkanäle und den Druckraum der Kupplung nachströmt. Das gesamte Drucksystem, von der Pumpe bis zum Kolben, wird belüftet. Hierdurch muß dieses auch wieder beim Schließen vollständig gefüllt wer­ den. Beides erfordert erheblich Zeit.

Ein schnelles Ansprechverhalten beim Schließen und insbesondere beim Öffnen und eine exakte Betätigung der Kupplung wird damit nicht befriedigend unterstützt. Die Füllgrade variieren weiterhin. Ferner ist die Anordnung nur für Getriebe ausreichend, bei denen mit einer Ölpumpe nur eine Kupplung, z. B. eine Anfahrkupplung, versorgt wird. Bei Lastschaltgetrieben mit mehreren hydraulisch betätigten Schaltkupplungen werden bei Lastübernahmeschaltungen erhöh­ te Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Füllzeit gestellt. Hier ist diese Anordnung nicht befriedigend.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfin­ dung darin, eine hydraulisch schaltbare Kupplung zu entwickeln, die ein verbessertes, schnelles Ansprechverhalten beim Schließen und insbesondere beim Öffnen besitzt und eine exakte Betätigung bzw. Regelung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltun­ gen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Indem ein Ventil, durch das Luft in den Zuführungska­ nal und in den Zylinderraum zur Belüftung nachströmen kann, in der Welle, in der Kupplungsnabe oder im Gehäuse in der Nähe des Zylinderraums und dem Zuführungskanal angeordnet ist, entstehen kurze Wege vom Ventil zum Zylinderraum. Die Reaktionszeit verkürzt sich. Die erfindungsgemäße Anordnung kann bei einer Ölpumpe und mehreren Kupplungen verwendet werden, da jeder Kupplung ein Ventil zugeordnet ist. Das heißt, es kann eine Kupplung entlüftet werden während eine andere geschlossen bleibt.

Ferner wird beim Öffnen der Kupplung der Zuführungska­ nal schlagartig mit einem drucklosen Raum, in der Regel mit dem Innenraum des Getriebegehäuses, verbunden. Der Druck am Kolben fällt schnell auf einen Druck ab, der durch die Fliehkraft auf das Druckmittel bestimmt ist. Dieser Druck reicht nicht aus ein Entleerventil im radial äußeren Be­ reich des Kolbens geschlossen zu halten. Das Entleerventil öffnet, das Ventil in der Welle, in der Kupplungsnabe oder im Gehäuse läßt Luft in den Zuführungskanal strömen. Ein Teil des Zuführungskanals und der Zylinderraum werden be­ lüftet. Die Kupplung öffnet schnell, auch bei einer kleinen Rückstellkraft, die den Kolben in eine Öffnungsstellung verschiebt.

Indem das Ventil gleichzeitig oder ein zweites Ventil den Zuführungskanal zum Zylinderraum unterbricht, sobald der Druck im Zuführungskanal einen definierten Wert unter­ schreitet, d. h. umgekehrt ein Ventil vorhanden ist, das erst oberhalb eines bestimmten Drucks, beispielsweise 1 bar Überdruck, den Zuführungskanal zum Zylinderraum öffnet, können die Zuführungskanäle auf der Druckseite bis zum Ven­ til ständig mit Öl befüllt gehalten werden. Um den Öff­ nungsdruck einzustellen, wird das Ventil, insbesondere die Ventilfeder entsprechend ausgelegt bzw. eingestellt. Die Ölmenge zum Befüllen der Kupplung und damit der Füllgrad bleibt konstant. Ferner kann dadurch die Füllmenge klein gehalten werden, was zusätzlich das Ansprechverhalten ver­ bessert. Zweckmäßig ist, daß das Ventil den Zuführungskanal zum Zylinderraum unterbricht, bevor das Entleerventil öff­ net. Hierdurch wird ein eindeutiger Schaltzustand erreicht, ein Teil des Zuführungskanals und der Zylinderraum werden beim Öffnen der Kupplung schlagartig mit einem wesentlich niedrigeren Druck verbunden, so daß das Entleerventil schnell öffnen kann. Der Druck vor dem Ventil zur Druck­ richtung hin kann höher gehalten werden, damit die Zuführ­ leitung vor dem Ventil, trotz geringer Leckage, sicher be­ füllt bleibt.

Ist das Entleerventil im radial äußeren Bereich des Kolbens angeordnet und wird der Zuführungskanal, durch den Luft in den Zylinderraum beim Entlüften strömt, im radial inneren Bereich zugeleitet, so kann sich der Zylinderraum in kurzer Zeit vollständig entleeren. Im radial äußeren Bereich wirkt die größte Fliehkraft und der größte Öldruck, wodurch sich der Teilabschnitt des Zuführungskanals und der Zylinderraum schnell entleeren. Ist das Entleerventil so gestaltet, daß es sich durch Fliehkraft öffnet, so wird hierdurch eine sichere, mit wenigen Bauteilen realisierba­ re, schnell öffnende Konstruktion erreicht.

Schließt der drucklose Raum, in der Regel der Innen­ raum des Getriebegehäuses, aus dem die Luft zur Belüftung stammt, direkt an einem Bauteil der Kupplung oder grenzt er sogar an eine dem Zylinderraum abgewandte Stirnseite an, so kann der drucklose Raum und der Zylinderraum über einen sehr kurzen Kanal verbunden werden. Die Luft kann leichter nachströmen. Ein Unterdruck im Zuführungskanal entsteht nicht. Das Ansprechverhalten wird verbessert.

Wird das Ventil, durch das die Luft in den Zuführungs­ kanal strömt, und das Ventil, das den Zuführungskanal un­ terbricht bzw. erst bei einem bestimmten Druck den Zufüh­ rungskanal zum Zylinderraum öffnet, durch einen Kolben ge­ bildet, so wird ein Ventil gespart. Die Konstruktion ist leicht, kostengünstig und wenig anfällig. In einem Vorgang wird der radiale Zuführungskanal und der Zylinderraum mit dem drucklosen Raum verbunden und der axiale Zuführungska­ nal unterbrochen. Es wird demnach nur der radiale Zufüh­ rungskanal und der Zylinderraum belüftet, der axiale Zufüh­ rungskanal bleibt mit Öl gefüllt. Nur ein kleiner Raum muß belüftet und wieder gefüllt werden. Die Füll- und Entleer­ zeit werden verkürzt.

Der axiale Zuführungskanal wird günstig durch eine achsparallele und insbesondere durch eine koaxiale Sack­ lochbohrung erzeugt. In Bewegungsrichtung des Kolbens wirkt keine Fliehkraft. In der Sacklochbohrung befindet sich eine Feder, die sich am Ende der Sacklochbohrung abstützt und den Kolben luftseitig belastet. Hierdurch unterbricht der Kolben den axialen Zuführungskanal, sobald der Druck unter einen bestimmten Wert sinkt. Die Kolbenbewegung ist in Druckrichtung durch einen Querstift und in Luftrichtung durch einen axialen Stift begrenzt. Dies stellt eine unemp­ findliche, kostengünstige Konstruktion dar. Der axiale Stift kann vorteilhaft durch eine Federhülse ersetzt wer­ den, die zum radialen Zuführungskanal eine Öffnung besitzt und außen in der Sacklochbohrung festsitzt.

In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahl­ reiche Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrie­ ben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Kupplung mit einem unterbrochenen Zuführungskanal und

Fig. 2 einen Schnitt durch die Kupplung mit einem unterbrochenen Belüftungskanal.

Fig. 1 zeigt eine Kupplung, die auf einer Welle 1 an­ geordnet ist. Die Kupplung wird von einem Kolben 2 hydrau­ lisch betätigt, der in einem rotierenden Zylindergehäuse 3 geführt ist und über einen Zylinderraum 4 und einem radia­ len und axialen Zuführungskanal 5, 6 mit einer Druckversor­ gung verbunden ist. Am Ende 17 des axialen Zuführungska­ nals 5, der koaxial jedoch auch achsparallel angeordnet sein kann und durch eine Sacklochbohrung 16 gebildet wird, befindet sich eine radiale Bohrung 18, die die Sacklochboh­ rung 16 mit einem drucklosen Raum 13 verbindet. Im axialen Zuführungskanal 5 befindet sich im Bereich des radialen Zuführungskanals 6 ein Ventil 7, das durch einen Kolben 15 gebildet wird. Der Kolben 15 ist durch eine Feder 19, die sich am Ende 17 der Sacklochbohrung 16 abstützt, in Druck­ richtung 21 belastet. Der Kolbenweg wird in Druckrich­ tung 21 durch einen Querstift 22 und in Richtung der Fe­ der 19 bzw. zur Luftseite 20 hin durch einen axialen Stift 23 oder durch eine nicht dargestellte Federhülse be­ grenzt. Im Kolben 2 befindet sich im radial äußeren Bereich ein Entleerventil 9, das einen Verbindungskanal 10 zwischen dem Zylinderraum und einem drucklosen Raum 11 beherrscht.

Bevor ein Schließdruck in dem axialen Zuführungska­ nal 5 der Kupplung erreicht ist, die Kupplung also geöffnet ist, befindet sich der Kolben 15 am Anschlag mit dem Quer­ stift 22. Er unterbricht den axialen Zuführungskanal 5 mit dem radialen Zuführungskanal 6 und dem Zylinderraum 4 und verbindet den radialen Zuführungskanal 6 über einen Belüf­ tungskanal 8, der aus einem Endstück der Sacklochbohrung 16 und einer radialen Bohrung 18 besteht, mit dem drucklosen Raum 13.

Steigt der Druck im axialen Zuführungskanal 5 über den Schließdruck, so verschiebt sich der Kolben 15 nach links und kommt mit dem axialen Stift 23 in Anlage. Der Belüf­ tungskanal 8 wird dadurch unterbrochen und der axiale Zu­ führungskanal 5 mit dem radialen Zuführungskanal 6 und dem Zylinderraum 4 verbunden. Der Kolben 2 der Kupplung bewegt sich durch den ansteigenden Druck im Zylinderraum 4 nach links und schließt die Kupplung.

Fällt der Druck im axialen Zuführungskanal 5 unter den Schließdruck, beispielsweise unter 1 bar Überdruck, so ver­ schiebt sich der Kolben 15 von links nach rechts und kommt mit dem Querstift 22 in Anlage. Hierbei unterbricht er den axialen Zuführungskanal 5 vor dem radialen Zuführungska­ nal 6. Der radiale Zuführungskanal 6 und der Zylinderraum 4 werden mit dem Belüftungskanal 8 verbunden, wodurch der Druck im radialen Zuführungskanal 6 und im Zylinderraum 4 schlagartig auf einen Druck abfällt, der durch die Flieh­ kraft auf das Druckmittel entsteht. Dieser Druck reicht nicht aus das Entleerventil 9 geschlossen zu halten, das durch Fliehkraft geöffnet wird. Das Druckmittel strömt durch die Fliehkraft und durch den höheren Druck im radia­ len Zuführungskanal 6 und im Zylinderraum 4 durch das Ent­ leerventil 9 in den drucklosen Raum 11, beispielsweise in den Sumpf. Indem das Entleerventil 9 im radial äußeren Be­ reich des Kolbens 2 angeordnet ist, wird der Zylinderraum 4 zum einen vollständig entleert und zum anderen wird der Entleervorgang an sich begünstigt, indem durch die größere Fliehkraft und den größeren Druck im äußeren Bereich das Druckmittel schneller abströmen kann. Ferner wird der Ent­ leervorgang durch nachströmende Luft durch den Belüftungs­ kanal 8 unterstützt. Infolge des kurzen Belüftungskanals 8 entsteht kein Unterdruck, was dem Entleeren entgegenstehen könnte. Die Kupplung spricht schnell an, d. h. sie öffnet schnell auch bei einer kleiner Rückstellkraft, die den Kol­ ben 2 in die Ausgangsstellung zurück verschiebt.

Der axiale Zuführungskanal 5 bleibt in Richtung Druck­ versorgung ständig mit Druckmittel gefüllt. Nur der radiale Zuführungskanal 6 und der Zylinderraum 4 werden geleert. So muß bei erneutem Schließen der Kupplung auch nur diese wie­ der gefüllt werden. Der Füllgrad bleibt konstant. Die Kupp­ lung weist ein schnelles Ansprechverhalten auf.

Die gesamte Anordnung ist auch bei einer Bremse denk­ bar, die beispielsweise auf einer Achse angeordnet ist und ein rotierendes Zylindergehäuse besitzt.

Bezugszeichenliste

1

Welle

2

Kolben

3

Zylindergehäuse

4

Zylinderraum

5

Zuführungskanal

6

Zuführungskanal

7

Ventil

8

Belüftungskanal

9

Entleerventil

10

Verbindungskanal

11

druckloser Raum

12

Kupplungsnabe

13

druckloser Raum

14

Stirnseite

15

Kolben

16

Sacklochbohrung

17

Ende der Sacklochbohrung

18

radiale Bohrung

19

Feder

20

luftseitig

21

Druckrichtung

22

Querstift

23

axialer Stift

Claims (7)

1. Schaltbare Kupplung, die auf einer Welle (1) ange­ ordnet ist und über einen Kolben (2) betätigt wird, der in einem rotierenden Zylindergehäuse (3) geführt ist und über einen Zylinderraum (4) und einen radialen und axialen Zu­ führungskanal (5, 6) mit einer Druckversorgung verbunden ist, wobei ein Ventil (7) über einen Belüftungskanal (8) Luft in den Zuführungskanal (5, 6) nachströmen läßt, wenn ein Entleerventil (9) öffnet, das einen Verbindungska­ nal (10) zwischen dem Zylinderraum (4) und einem drucklosen Raum (11) beherrscht, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Kupplung ein Ventil (7) zugeordnet ist, und dieses in der Welle (1), in einer Kupplungsnabe (12) oder in einem Gehäuse in der Nähe des Zylinderraums (4) und dem Zuführungskanal (5, 6) angeordnet ist und das Ven­ til (7) oder ein zweites Ventil, den Zuführungskanal (5, 6) zum Zylinderraum (4) unterbricht, sobald der Druck im Zu­ führungskanal (5, 6) einen definierten Wert unterschreitet.

2. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entleerventil (9) im radial äußeren Bereich des Kolbens (2) angeordnet ist und durch Fliehkraft geöffnet wird.

3. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Luft über den Belüf­ tungskanal (8) und über das Ventil (7) aus einem drucklosen Raum (13) in den Zuführungskanal (5, 6) strömt, der direkt an einem Bauteil der Kupplung anschließt.

4. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der drucklose Raum (13) an eine dem Zylinderraum (4) abgewandte Stirnseite (14) grenzt.

5. Schaltbare Kupplung nach einem der oberen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß im Be­ reich des radialen Zuführungskanals (6) das Ventil (7) in dem axialen Zuführungskanal (5) so angeordnet ist und durch einen Kolben (15) gebildet wird, daß bei einem Druck unter­ halb eines bestimmten Wertes der axiale Zuführungskanal (5) vor dem radialen Zuführungskanal (6) unterbrochen und der radiale Zuführungskanal (6) mit dem Belüftungskanal (8) verbunden ist und bei Überschreiten des Wertes der axiale Zuführungskanal (5) mit dem radialen Zuführungskanal (6) verbunden und der Belüftungskanal (8) unterbrochen ist.

6. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Zuführungs­ kanal (5) in der Welle (1) oder in der Kupplungsnabe (12) eine Sacklochbohrung (16) ist, die an ihrem Ende (17) eine radiale Bohrung (18) hat, und in der eine Feder (19) ange­ ordnet ist, die luftseitig (20) den Kolben (15) des Ven­ tils (7) belastet, wobei der Kolbenweg in Druckrich­ tung (21) durch einen Querstift (22) und in Luftrich­ tung (20) durch einen axialen Stift (23) begrenzt ist.

7. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Federhülse, die die Feder (19) umschließt, auf der Luftseite (20) für den Kolben (15) des Ventils (7) einen axialen Anschlag bildet.