DE3321578C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Antrieb für ein beweg­ liches Ausrückorgan einer ein Schaltgetriebe eines Kraftfahr­ zeugs mit dessen Brennkraftmaschine kuppelnden Reibungskupp­ lung, mit einem Elektromotor und einem die Drehbewegung einer Abtriebswelle des Elektromotors in die Betätigungsbewegung des Ausrückorgans umsetzenden Kraftübertragungseinrichtung.

Aus den Deutschen Offenlegungsschriften 30 28 250, 30 43 347 und 30 43 348 sind Vorrichtungen zur automatischen Betätigung einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung bekannt, bei welchen das Aus­ rückorgan von einem Elektromotor angetrieben wird, der es zwischen einer Auskuppelposition, bei welcher die Kupplung vollständig ausgekuppelt ist und einer Einkuppelposition, bei der die Kupplung vollständig eingekuppelt ist, bewegt. Eine Programmsteuerung stellt die Position des Ausrückorgans im Schleifbereich der Kupplung, d. h. zwischen einer Position beginnender Drehmomentübertragung und der Einkuppelposition entsprechend einer von einem Funktionsgeber vorgegebenen Cha­ rakteristik, abhängig von der Motordrehzahl, ein. Der Funk­ tionsgeber stellt mehrere Positions/Motordrehzahlcharakteris­ tika bereit, die abhängig von weiteren Parametern, beispiels­ weise der Gangschaltstellung des Schaltgetriebes oder der Fahrgeschwindigkeit selbsttätig so ausgewählt werden, daß die Einrückgeschwindigkeit der Kupplung den unterschiedlichsten Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs angepaßt ist.

In einer Reihe von Fahrsituationen muß die Kupplung rasch eingekuppelt oder ausgekuppelt werden. Der zum Antrieb des Ausrückorgangs der Kupplung benutzte Elektromotor müßte dement­ sprechend kräftig dimensioniert sein, um auch im Dauerbetrieb diesen Anforderungen gewachsen zu sein. Dementsprechend müßten die Treiberstufen der elektronischen Programmsteuerung für große Leistungen bemessen sein. Da die Reibungskupplung in der Auskuppelposition von dem Elektromotor gegen den Widerstand der Kupplungsfedern gehalten werden muß, muß der Elektromotor in der Lage sein, im Dauerbetrieb den Haltestrom aufzunehmen, wobei die Wärmeentwicklung des dann stillstehenden Elektromo­ tors besonders groß ist.

Weiterer Stand der Technik ist beispielsweise in der Form der Deutschen Offenlegungsschrift 32 19 634 bekannt. Aus diesem geht ein Unterdruckverstärker hervor, der zur manuellen Betäti­ gung einer Bremse oder Kupplung verwendet wird. Er weist eine spezielle Entlüftungseinrichtung aus, die beim Ausfall des Unterdrucks eine mechanische Betätigung mit relativ geringem Kraftaufwand ermöglicht. Ein elektromotorischer Antrieb ist diesem Stand der Technik nicht zu entnehmen.

Weiterhin ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift 26 40 770 ein manuell zu betätigender Bremskraftverstärker bekannt, dessen Bremskraftverstärkung durch einen parallel geschalteten Elektromotor erzielt wird. Parallel zu diesem elektromotori­ schen Kraftweg ist eine direkte manuelle Kraftübertragung vorgesehen, die beim Ausfall des Elektromotors wirksam wird. Eine Steuerung des Bremskraftverstärkers über einen Elektromo­ tor ist diesem Stand der Technik nicht zu entnehmen.

Schließlich sind aus den beiden Offenlegungsschriften 22 07 571 und 25 00 330 automatische Kupplungsbetätigungen bekannt, bei denen ein elektrisch-elektronisches Steuergerät Ventil ansteu­ ert, die den Zu- bzw. Abfluß von unter Druck stehendem hydrau­ lischem Medium zu einem Kupplungsbetätigungszylinder steuern. Die Steuerung der Ventile erfolgt in beiden Fällen über Elek­ tromagnete.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg zu zeigen, wie das bewegliche Ausrückorgan einer Kraftfahrzeug-Reibungs­ kupplung mittels eines Elektromotors trotz relativ klei­ ner Leistung des Motors rasch bewegt werden kann.

Ausgehend von dem eingangs näher erläuterten steuerbaren Antrieb wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Kraftweg der Kraftübertragungseinrichtung ein hydraulischer oder pneumatischer, die Bewegung seines Eingangsorgans in eine proportionale Bewegung seines Aus­ gangsorgans überführender Servo-Kraftverstärker angeord­ net ist, welcher die auf das Eingangsorgan ausgeübte Kraft verstärkt auf das Ausgangsorgan überträgt. Der Servo-Kraft­ verstärker überträgt die Bewegung seines Eingangsorgans mit relativ kurzer, durch sein Regelverhalten bestimmter Verzögerungszeit kraftverstärkt auf das Ausgangsorgan. Das Ausgangsorgan folgt damit kraftverstärkt selbst raschen Bewegungen des Eingangsorgans. Auf diese Weise genügt zum Antrieb des Ausrückorgans der Reibungskupplung ein relativ schwach bemessener Elektromotor. Das Nenn-Dreh­ moment dieses Motors kann um den Kraftverstärkungsfaktor des Servokraftverstärkers gegenüber bisher benutzten Mo­ toren verringert sein.

Bei dem Servokraftverstärker handelt es sich bevorzugt um einen Unterdruck-Servokraftverstärker, der aus der Ansaug­ leitung der Brennkraftmaschine oder einer von der Brenn­ kraftmaschine angetriebenen Saugpumpe gespeist wird. Ge­ eignet sind beispielsweise Unterdruck-Servokraftverstär­ ker, wie sie bei Kraftfahrzeugen als Bremskraftverstärker Verwendung finden.

Das Ausgangsorgan des Kraftverstärkers kann mechanisch beispielsweise mit einer Ausrückgabel der Reibungskupplung gekuppelt sein. Von Vorteil ist eine hydraulische Kraft­ übertragung, insbesondere, wenn aus Kostengründen serien­ mäßige Bremskraftverstärker benutzt werden.

Unterdruck-Servokraftverstärker werden bei stillstehender Brennkraftmaschine nicht gespeist. Um trotzdem, beispiels­ weise zum Anlassen der Brennkraftmaschine, die Kupplung ausrücken zu können, ist bevorzugt vorgesehen, daß das Eingangsorgan unmittelbar oder über ein ebenfalls bewegli­ ches, zusätzliches Organ des Kraftverstärkers bei der Kraft­ übertragung in Ausrückrichtung an dem Ausgangsorgan an­ schlägt. Der Elektromotor ist hierbei so bemessen, daß sein Anlaufdrehmoment trotz des unwirksamen Kraftverstär­ kers zum Ausrücken der Kupplung ausreicht. Selbst wenn der bei unwirksamem Kraftverstärker fließende Motorstrom er­ heblich über dem Nennstrom liegt, für den der Motor im Normalbetrieb mit wirksamem Kraftverstärker bemessen ist, kann dies toleriert werden, da es sich um einen kurzzeiti­ gen und sich nicht kurz darauf wiederholenden Vorgang han­ delt. Zweckmäßigerweise ist der Elektromotor so bemessen, daß sein Anlaufdrehmoment etwa 10% bis 20% größer ist als das zur Bewegung des Ausrückorgans bei unwirksamem Kraft­ verstärker erforderliche Drehmoment.

Das Anlaufdrehmoment des Elektromotors soll, bezogen auf sein Nenn-Drehmoment relativ groß sein. Bei dem Elektro­ motor handelt es sich bevorzugt um einen Gleichstrom-Rei­ henschlußmotor oder noch besser um einen Gleichstrommo­ tor mit Permanentmagnetstator, da sich bei diesen Motoren die Drehrichtung durch einfache Stromrichtungsumkehr um­ kehren läßt.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Antriebsein­ richtung für das Ausrückorgan einer Kraftfahrzeug- Reibungskupplung und

Fig. 2 ein Diagramm, welches das Drehmoment M eines für den Antrieb benutzten Elektromotors abhängig von seiner Drehzahl n zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahr­ zeugs, die über eine Reibungskupplung 3 mit einem Schalt­ getriebe 5 kuppelbar ist, dessen Gänge mittels eines Schalthebels 7 gewechselt werden können. Die Reibungskupp­ lung 3 kann herkömmlich ausgebildet sein und wird durch eine oder mehrere Kupplungsfedern 9 im eingerückten Zu­ stand gehalten, in welchem die Brennkraftmaschine 1 dreh­ fest mit dem Schaltgetriebe 5 gekuppelt ist. Bei Bewegung ei­ nes Ausrückorgans der Reibungskupplung 3, beispielsweise einer Ausrückgabel 11, in der in Fig. 1 durch einen Pfeil 13 angedeuteten Ausrückrichtung wird die Kupplung ausge­ rückt. Die Position der Ausrückgabel 11 und damit das von der Kupplung 3 übertragene Drehmoment wird von einem Elek­ tromotor 15 bestimmt, der in nachstehend noch näher er­ läuterter Weise über einen Servo-Kraftverstärker 17 auf die Ausrückgabel 11 wirkt. Eine Programmsteuerung 19 steuert den Elektromotor 15 abhängig von der Gangschalt­ stellung des Getriebes 5, der Motordrehzahl der Brenn­ kraftmaschine 1 und ggf. abhängig von weiteren Parametern, wie z. B. der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, wie dies in den eingangs erwähnten deutschen Offenlegungs­ schriften 30 28 250, 30 43 347 und 30 43 348 im einzelnen erläutert ist. Auf diese Weise ergibt sich ein automati­ scher Ausrück- und Einrückbetrieb der Kupplung 3.

Bei dem Servokraftverstärker 17 handelt es sich um einen Unterdruck-Servokraftverstärker, wie er bei Bremskraftver­ stärkern üblich ist. Er umfaßt ein Gehäuse 20, welches durch eine elastische Membran 21 und einen in dem Gehäuse 19 verschiebbaren Kolben 23 in eine Unterdruckkammer 25 und eine Steuerkammer 27 unterteilt ist. Die Unterdruck­ kammer 25 ist über eine Leitung 29 an das Ansaugleitungs­ system 31 der Brennkraftmaschine angeschlossen. Die Steuer­ kammer 27 kann mittels eines Steuerventils 33 entweder mit Unterdruck aus der Unterdruckkammer 25 oder mit Atmosphä­ rendruck der Umgebungsluft beaufschlagt werden. Das Steuer­ ventil 33 ist mit einer Eingangssteuerstange 35 verbunden, die von Rückholfedern 37, 39 vorgespannt den Ventilkörper des Steuerventils gegen einen elastischen Ventilsitz 41 drückt. In dieser Stellung verschließt der Ventilkörper des Steuer­ ventils einen Verbindungskanal 43 in dem Ventilsitz 41, der die Umgebungsluft über einen Steuerkanal 45 mit der Steuerkammer 27 verbindet. Ein Verbindungkanal 47 verbin­ det die Steuerkammer 27 mit der Unterdruckkammer 25.

Die Steuerstange 35 schlägt über den Ventilkörper des Steuerventils 33 und ein elastisches Polster 49 an einem Kolbenträger 51 an, der mit einer Kolbenstange 53 eines Geberzylinders 55 verbunden ist. Der Geberzylinder 55 ist über eine Hydraulikleitung 57 mit einem hydraulischen Nehmerzylinder 59 verbunden, dessen Kolben 61 die Ausrück­ gabel 11 gegen die Kraft der Kupplungsfeder 9 in Ausrück­ richtung 13 beaufschlagen kann. An eine Ausgangswelle 63 des Elektromotors 15 ist ein Schneckengetriebe 65 ge­ kuppelt, welches eine Nocke 67 treibt, die ihrerseits auf die Steuerstange 35 wirkt.

Der Kupplungsantrieb arbeitet folgendermaßen: Bei eingerückter Kupplung verschiebt eine Feder 69 den Kolben 23 in seine in Fig. 1 rechte Stellung. Das Steuer­ ventil 33 verschließt den Steuerkanal 45 zur Umgebungsluft hin. Die Steuerkammer 27 befindet sich ebenso wie die Un­ terdruckkammer 25 auf dem durch das Ansaugsystem 31 be­ stimmten Unterdruck. Gibt die Steuerung 19 den Steuerbe­ fehl zum Ausrücken der Kupplung, so wird der Motor 15 so eingeschaltet, daß die Nocke 67 die Steuerstange 35 in Fig. 1 nach links bewegt. Das Steuerventil 33 wird hier­ durch geöffnet, womit der Druck in der Steuerkammer 27 ansteigt und der Kolben 23 einschließlich des den Ventil­ sitz 41 tragenden Kolbenträgers 49 der Bewegung der Steuer­ stange 35 kraftverstärkt folgt. Die Bewegung des Kolbens 23 wirkt über den Nehmerzylinder 55 auf den Nehmerzylinder 59 und rückt die Kupplung 3 aus.

Wird der Motor 15 in entgegengesetzter Drehrichtung einge­ schaltet, so wird die Steuerstange 35 in Fig. 1 nach rechts verschoben und das Steuerventil 33 schließt die Verbindung des Steuerkanals 45 zur Umgebungsluft. Über den Verbindungskanal 47 wird der Druck in der Steuerkam­ mer 27 wieder abgesenkt, womit sich der Kolben 23 eben­ falls nach rechts verschiebt und der Nehmerzylinder 55 und damit die Ausrückgabel 11 entlastet wird.

Die Steuerstange 35 schlägt über den Ventilkörper des Steuerventils 33 und den Puffer 49 an dem Kolbenträger 51 an, so daß der Elektromotor 15 auch bei stillstehender Brennkraftmaschine 1 die Kupplung 3 ausrücken kann. Das Anlaufdrehmoment M_o ist, wie das Drehmoment-Drehzahl-Dia­ gramm der Fig. 2 zeigt, etwas größer als das zur Betäti­ gung der Kupplung bei unwirksamem Servo-Kraftverstärker 17 erforderliche Drehmoment M₁. Das Anlaufdrehmoment M_o ist beispielsweise 10% bis 20% größer als das Drehmoment M₁. Da es sich bei diesen Betriebssituationen um Ausnahme­ situationen handelt, kann in Kauf genommen werden, daß die entsprechend der Kennlinie des Elektromotors 15 zu dem Dreh­ moment M₁ gehörende Motordrehzahl n₁ vergleichsweise nied­ rig ist, so daß die Kupplung 3 nur relativ langsam aus­ gerückt wird. Im Nennbetrieb, für den der Elektromotor 15 ausgelegt ist, wird hingegen eine relativ hohe Dreh­ zahl n₂ erreicht und die Kupplung 3 relativ rasch ver­ stellt. Entsprechend der Kennlinie des Motors wird hier­ bei nur ein relativ kleines Drehmoment M₂ erreicht, wel­ ches über den Servo-Kraftverstärker 17 aber soweit ver­ stärkt wird, daß es im Normalbetrieb zum Ausrücken der Kupplung 3 ausreicht. Dem Drehmoment M₁ ist ein vergleichs-. weise großer, über dem Nennstrom liegender Motorstrom zu­ geordnet. Die Bemessung des Elektromotors 15 richtet sich jedoch nach dem für das Drehmoment M₂ fließenden Strom. Bei dem Elektromotor 15 handelt es sich bevorzugt um ei­ nen Gleichstrommotor mit Permanentmagnetstator.

Claims (8)

1. Steuerbarer Antrieb für ein bewegliches Ausrückorgan (11) einer ein Schaltgetriebe (5) eines Kraftfahrzeugs mit dessen Brennkraftmaschine (1) kuppelnden Reibungs­ kupplung (3), mit einem Elektromotor (15) und einem die Drehbewegung einer Abtriebswelle (63) des Elektromotors (15) in die Betätigungsbewegung des Ausrückorgans (11) umsetzenden Kraftübertragungseinrichtung (17, 55, 59, 65, 67), dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kraftweg der Kraftübertragungseinrichtung (17, 55, 59, 65, 67) ein hydraulischer oder pneumati­ scher, die Bewegung seines Eingangsorgans (35) in eine proportionale Bewegung seines Ausgangsorgans (51) über­ führender Servo-Kraftverstärker (17) angeordnet ist, welcher die auf das Eingangsorgan (35) ausgeübte Kraft verstärkt auf das Ausgangsorgan (51) überträgt.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servo-Kraftverstärker als Unterdruck-Servokraft­ verstärker (17) ausgebildet ist.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck-Servokraftverstärker (17) eine Kam­ mer und einen in der Kammer abgedichtet verschiebbar angeordneten, mit dem Ausgangsorgan (51) gekuppelten Kolben (23) aufweist, daß der Kolben (23) die Kammer in zwei Teilkammern (25, 27) unterteilt, von denen die eine (25) kontinuierlich mit Unterdruck beaufschlagbar ist und die andere (27) über ein von dem Eingangsorgan (35) gesteuertes Ventil (33) wechselweise mit Unter­ druck oder Atmosphärendruck beaufschlagbar ist.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinrichtung (17, 55, 59, 65, 67) eine hydraulische Kraftübertragungsanlage (65, 67) mit einem von dem Ausgangsorgan (51) betätigten Geber­ zylinder (55) und einem das Ausrückorgan (11) der Rei­ bungskupplung (3) betätigenden, über eine Hydraulik­ leitung (57) an den Geberzylinder (55) angeschlossenen Nehmerzylinder (59) aufweist.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das Eingangsorgan (35) unmittelbar oder über ein ebenfalls bewegliches, zusätzliches Organ (49) des Kraft­ verstärkers (17) bei der Kraftübertragung in Ausrück­ richtung an dem Ausgangsorgan (51) anschlägt.

6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (15) so bemessen ist, daß sein Anlaufdrehmoment zur Bewegung des Ausrückorgans (11) der Reibungskupplung bei unwirksamem Kraftverstärker (17) ausreicht, nicht jedoch sein Nenn-Drehmoment.

7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (15) so bemessen ist, daß sein Anlaufdrehmoment etwa 10% bis 20% größer ist als das zur Bewegung des Ausrückorgans (11) bei unwirksamem Kraftverstärker (17) erforderliche Drehmoment.

8. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (15) als Gleichstrommotor mit Per­ manentmagnetstator ausgebildet ist.