DE4326695B4

DE4326695B4 - Hydraulische Betätigungsvorrichtung für Kupplung

Info

Publication number: DE4326695B4
Application number: DE4326695A
Authority: DE
Inventors: Gary L. Fort Wayne Sturm
Original assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1993-08-09
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2013-08-10
Also published as: JPH06213252A; DE4326695A1; US5224906A

Abstract

Hydraulische Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung (20; 50; 80), welche Vorrichtung folgendes aufweist:
eine erste Welle (22; 58; 88) mit einer zur Drehung mit ihr daran befestigten ersten Kupplungsscheibe (24; 66; 98);
eine zweite Welle (26; 60; 94) mit einer zur Drehung mit ihr daran befestigten zweiten Kupplungsscheibe (28; 64; 98);
ein Betätigungselement (29) zum selektiven Drücken der ersten Kupplungsscheibe (24; 66; 98) und der zweiten Kupplungsscheibe (28; 64; 98) in Kontakt miteinander, um das relative Drehmoment zwischen der ersten Welle (22; 58; 88) und der zweiten Welle (26; 60; 94) zu steuern, wobei das Betätigungselement (29) folgendes aufweist:
einen ersten Kolben (46; 74; 106), der an die erste Kupplungsscheibe (24; 66; 98) der ersten Welle (22; 58; 88) angrenzt,
einen zweiten Kolben (34; 79; 100), der in einer Fluidkammer (36; 70; 108) hin- und herbewegbar ist,
eine Einrichtung (30; 68; 104) zum Hin- und...

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für Kupplungen, insbesondere eine Fluid-Steuerung zur Betätigung von Kupplungsscheiben, die kompakt und schnell betätigbar ist.
Hydraulisch betätigte Kupplungen werden oft in verschiedenen Fahrzeuggetrieben verwendet. Gewöhnlich ist eine separate Pumpe entfernt vom Getriebegehäuse angeordnet, welche selektiv ein Druckfluid zu einem Betätigungselement fördert, das selektiv die Kupplung betätigt. Die separate Pumpe erfordert einen komplexen Aufbau mit separaten Fluidleitungen zum Gehäuse. Diese Leitungen und die separaten Pumpe haben einen unerwünscht großen Platzbedarf. Die bisherigen Systeme haben gewöhnlich hydraulische Rotations-Pumpen und können nicht so schnell wie erwünscht betätigt werden.
In modernen Fahrzeugen wird das relative Drehmoment zwischen getriebenen Wellen oft abhängig von computergesteuerten Sensoren eingestellt, die die verschiedenen Antriebs-Variablen messen. Beispielsweise können Sensoren messen, ob ein Fahrzeug wendet, ferner die Fahrzeuggeschwindigkeit oder andere Variablen, und sie können das relative Drehmoment zwischen zwei getriebenen Wellen aufgrund der gemessenen Bedingungen steuern. Bei der Entwicklung solcher Systeme hat sich ein Bedarf für eine Kupplung ergeben, die einfach, schnell und genau das relative Drehmoment zwischen zwei Wellen kontrollieren bzw. steuern kann. Die bisherigen Systeme können dies nicht im gewünschten Umfang.
WO 89/03 783 A1 betrifft eine Anordnung mit einem hydraulischen Hauptzylinder mit einem Gehäuse für einen Kolben, der den Hauptzylinder in zwei Kammern unterteilt, die im Einsatz mit Fluid gefüllt sind. Ein Motor bewirkt eine relative Bewegung zwischen dem Kolben und dem Zylinder. Das Dokument offenbart einen Motor, der eine relative Bewegung zwischen dem Kolben und dem Zylinder bewirkt, wobei der Motor in einer Bewegungsrichtung angetrieben wird und die Bewegung in die andere Richtung dann über eine Rückstellfeder erfolgt. Die Antriebsrichtung kann auch umgekehrt werden.
US 4 812 723 zeigt ein motorbetriebenes Bremssystem, wobei ein Kolben innerhalb eines Zylinders durch einen Motor angetrieben wird.
US 4 858 436 zeigt ein Bremssystem und eine zugehörige Ansteuerung eines Elektromotors.
DE 38 43 989 A1 zeigt einen Betätiger für ein Reibungseingriffsmittel, das insbesondere zum Umsetzen einer Drehkraft in eine Schubkraft eingesetzt wird. In DE 38 43 989 A1 ist ein Motor als Drehkrafterzeugungsmechanismus angegeben.
DE 39 09 112 C2 und DE 39 20 861 A2 zeigen ein Ausgleichsgetriebe für Kraftfahrzeuge, wobei ein Elektromotor mit einem Drehantrieb verbunden ist. Eine Steuerung durch den Motor erfolgt in Bezug auf einen Stellring.
DE 38 02 368 A1 zeigt eine hydraulische Betätigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ausgehend von einer derartigen hydraulischen Betätigungsvorrichtung, die als Einrichtung zum gesteuerten Antreiben eines relativen Drehmoments zwischen zwei Wellen eine Solenoideinrichtung aufweist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache, schnelle und genaue Steuerung bzw. Kontrolle des relativen Drehmoments zwischen zwei Wellen zu erreichen.
Diese Aufgabe wird gemäß dem neuen Patentanspruch 1 insbesondere dadurch gelöst, dass ein elektrisch gesteuerter Motor zum Hin- und Herbewegen eines Kolbens in einer Fluidkammer verwendet wird, der eine Kugelumlaufspindel umfasst. Durch diese Anordnung ist ein einfaches und insbesondere auch schnelles und genaues Steuern eines relativen Drehmoments möglich.
Eine derartige Schnelligkeit und Genauigkeit einer Steuerung, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, kann mit Hilfe eines Solenoids als elektromagnetischer Antrieb schwerlich erreicht werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Kupplungsscheiben jeweils auf einer ersten und einer zweiten Welle befestigt und rotieren mit diesen. Eine Kupplungssteuerung umfasst einen ersten Kolben, der in Eingriff mit der Kupplungsscheibe für die zweite Welle tritt. Ein zweiter Kolben bewegt sich in einer Fluidkammer hin und her und eine Fluid-Verbindung bzw. Fluidleitung verbindet den ersten und den zweiten Kolben. Durch die Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens in der Fluidkammer wird Fluid in der Kammer durch die Fluid-Verbindung zu oder weg vom ersten Kolben transportiert, um die Kraft des ersten Kolbens gegen die Kupplungsscheibe der ersten Welle zu steuern. Durch Steuerung dieser Kraft kann man selektiv das relative Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Welle steuern.
Insbesondere wird der zweite Kolben durch einen Kugelschraubenmotor bzw. Motor, der eine Kugelumlaufspindel umfasst, angetrieben, der elektrisch abhängig von verschiedenen Bedingungen bzw. Zuständen gesteuert wird. Der Motor kann zur Steuerung der Kraft des ersten Kolbens gegen die Kupplungsscheibe der ersten Welle schnell und genau betätigt werden.
Die erfindungsgemäße Kupplungssteuerung kann vollständig im Getriebegehäuse eingebaut sein. Ferner kann die Steuerung zur Steuerung des relativen Drehmoments schnell und genau betätigt werden.
Die Erfindung wird anhand von Getrieben beschrieben, welche Kupplungen verwenden. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass sie sich für viele Kupplungen eignet.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der
1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplung zeigt;
2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der 1 zeigt;
3 einen teilweisen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung zeigt; und
4 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung zeigt.
In 1 ist ein Getriebe 19 dargestellt, das zum Steuern des Antriebs zwischen einer ersten Welle 22, die wenigstens eine Kupplungsscheibe 24 hat, und einer zweiten Welle 26, die wenigstens eine Kupplungsscheibe 28 hat, eine Kupplung 20 hat. Indem die Kupplungsscheibe 28 in Kontakt mit der Kupplungsscheibe 24 gepresst wird, wird selektiv ein Antriebsmoment zwischen den Wellen 22 und 26 übertragen.
Zur Steuerung der Übertragung des Antriebs zwischen den Wellen 22 und 26 ist eine Kupplungsbetätigungssteuerung 29 im Getriebegehäuse 21 eingebaut. Die Steuerung 29 umfaßt einen Motor 30, der eine Kugelschraube 32 antreibt, welche einen Antriebskolben 34 hin- und herbewegt. Kugelschraubenantriebe sind bekannt und die Merkmale des Kugelschraubenantriebs bilden keinen Teil dieser Erfindung. Die Verwendung dieser Art eines Kugelschraubenantriebs als Steuerpumpe für eine fluidbetätigte Kupplung trägt jedoch wichtige Merkmale zur Erfindung bei. Andere Typen von rotierenden Schraub-Antrieben können ebenfalls verwendet werden.
Durch die Hin- und Herbewegung des Antriebskolbens 24 in einer Fluidkammer 36 wird ein Abschnitt 38 der Kammer 36 vor dem Kolben 34 erweitert und reduziert. Da sich der Abschnitt 38 erweitert und verkleinert, wird Fluid alternativ in oder aus einer Leitung 40 und einer Leitung 42 transportiert. Die Leitung 42 steht in Verbindung mit einer Steuerkammer 44. Die Steuerkammer 44 steht in Verbindung mit einer rückwärtigen Fläche eines Steuerkolbens 46, der selektiv in Eingriff mit der Kupplungsscheibe 28 tritt. Soll die Kupplungsscheibe 28 gegen die Kupplungsscheibe 24 gedrückt werden, so wird der Antriebskolben 34 bewegt, um die Kammer 36 zusammenzudrücken. Das Fluid wird durch die Leitung 40 und die Leitung 42 in die Steuerkammer 44 gedrückt. Hierdurch wird der Steuerkolben 46 beaufschlagt nach links in 1, wodurch die Kupplungsscheibe 28 gegen die Kupplungsscheibe 24 gepreßt wird und ein Drehmoment zwischen den beiden Wellen 22 und 26 übertragen wird.
Die Verwendung des elektronisch gesteuerten Motors 30 zum Antrieb der Kugelschraube 32 erlaubt es, die Position des Antriebskolbens 34 schnell und genau zu steuern. Auf diese Weise kann man schnell und genau die auf den Steuerkolben 46 wirkende Kraft steuern, um das relative Drehmoment zwischen den Wellen 22 und 26 zu steuern. Ferner erlaubt es die Verwendung des elektronisch gesteuerten Motors, das System mindestens mehrere Male in einer Sekunde hin- und her zu bewegen. Ein bekannter Motor für einen Kugelschraubenantrieb ermöglicht zehn bis fünfzehn Zyklen je Sekunde. Hierdurch wird eine effektive momentane Drehmomenteinstellung erreicht.
Wie 2 zeigt, ist der Steuerkolben 46 ringförmig ausgebildet und umgibt im Abstand die Welle 26. Die Kammer 44 ist ringförmig und steht in Verbindung mit der rückwärtigen Fläche des Steuerkolbens 46. Es können auch mehrere Steuerkolben verwendet werden.
Wie 3 zeigt, ist ein zweites Getriebe 49 vorgesehen, das eine Kupplung 50 hat, die in ein Gehäuse 51 eingebaut sind, das eine Eingangswelle 52 umfaßt. Die Eingangswelle 52 treibt einen Planetenradträger 54, welcher Planetenräder 56 drehend antreibt. Eine erste getriebene Welle 58 treibt ein Sonnenrad 59, das durch die Planetenräder 56 angetrieben wird. Eine zweite getriebene Welle 60 trägt einen Zahnring 61, der durch die Planetenräder 56 angetrieben wird. Die Eingangswelle 52 treibt somit die Wellen 58 und 60 über die Planetenräder 56 an. Wenigstens eine Kupplungsscheibe 64 ist im Zahnring 61 und der zweiten Welle 60 zugeordnet, während wenigstens eine Kupplungsscheibe 66 dem Sonnenrad 59 und der ersten Welle 58 zugeordnet ist.
Eine Kupplungssteuerung umfaßt einen Motor 68, der eine Kugelschraube antreibt, um einen Antriebskolben 79 in einer Kammer 70 hin- und her zu bewegen. Hierdurch wird der Steuerkolben 74 auf die Kupplungsscheiben 64 und 66 zu- und von diesen weggedrückt, um das relative Drehmoment zu steuern, das auf die Wellen 58 und 60 übertragen wird. Der Motor 68 wird wiederum elektronisch gesteuert abhängig von gemessenen Bedingungen. Beispielsweise wenn die Wellen 58 und 60 Teil eines Fahrzeugantriebssystemes sind, können die überwachten Parameter Fahrzeugzustände sein, einschließlich ob ein Rad rutscht. Die Notwendigkeit, das relative Drehmoment zu steuern und wann und wo es erwünscht ist, das relative Drehmoment zu steuern, sind bekannt. Die Erfindung ermöglicht eine wirksame genaue und prompte Steuerung des gewünschten relativen Drehmomentes zwischen den Wellen 58 und 60. Wiederum ist der Motor 68 von einem solchen Typ, der schnell gesteuert werden kann, so daß er etwa zehn bis fünfzehn Zyklen pro Sekunde ausführen kann.
Eine Kupplung 80 stellt eine weitere bevorzugte Ausführungsform dar und sie umfaßt ein Übertragungsgehäuse 81 mit einer Eingangswelle 82, die ein Kegelrad 84 treibt. Das Kegelrad 84 rotiert integral mit einem Zahnring 86, der befestigt ist, um eine erste Wellenhälfte 88 anzutreiben. Eine Mehrzahl von Planetenrädern 90 und ein Planetenträger 92 wird vom Zahnring 86 angetrieben. Ein Sonnenrad 96 ist radial innerhalb der Planetenräder 90 aufgenommen und wird von den Planetenrädern 90 angetrieben. Das Sonnenrad 96 treibt eine zweite Achshälfte 94. Eine Kupplungspackung 98 umfaßt Scheiben, welche dem Zahnring 86 zugeordnet sind, sowie Scheiben, welche dem Sonnenrad 96 zugeordnet sind. Ein Steuerkolben 100 drückt selektiv die Scheiben in Kontakt, um das relative Drehmoment zu steuern, das auf die erste Welle 88 und die zweite Welle 94 übertragen wird. Eine Fluidleitung 102 verläuft durch den Zahnring 86 und erhält selektiv Fluid von einer Kammer 108. Ein elektronisch gesteuerter Motor 104 treibt einen Kolben 106 ähnlich den oben beschriebenen Ausführungsformen, um Fluid zu und von der Fluidleitung 102 zu transportieren. Ein Kanal 110 führt zu einer drehbaren fixierten Fluid-Kupplung 112, die eine ringförmige Nut 114 an einer radial inneren Umfangsfläche hat. Eine Öffnung 116 erstreckt sich zu einer radial äußeren Umfangsfläche des Zahnringes 86. Da der Zahnring 86 relativ zu der Kupplung 112 rotiert, bleibt die Öffnung 116 in Verbindung mit der ringförmigen Nut 41, so daß Fluid von der Fluidkammer 108 die Leitung 102 erreichen kann.
Soll das relative Drehmoment zwischen den Wellenhälften 88 und 94 gesteuert werden, wie wenn man die relativen Antriebe zwischen der vorderen und der hinteren Achse eines Fahrzeuges steuern möchte, wird der Steuerkolben 100 betätigt, um die Kraft zwischen den entsprechenden Scheiben in der Kupplungspackung 98 zu steuern. Die spezifischen Zeiten, zu denen es erwünscht ist, die relativen Drehmomente zu steuern, sind bekannt und bilden keinen Teil der Erfindung.
Die Verwendung eines elektrisch gesteuerten schnell betätigbaren Motors erlaubt eine schnelle und genaue Steuerung der Kraft auf die Antriebskolben, welche ihrerseits bezogen ist auf die Kraft zwischen den Kupplungsscheiben. Dies wiederum ermöglicht eine genaue Steuerung des relativen Drehmomentes zwischen den Wellen, die mit den Kupplungsscheiben rotieren.
Obwohl drei Ausführungsformen mit dem erfindungsgemäßen Kupplungs-Steuersystem beschrieben worden sind, soll erwähnt werden, daß auch andere Getriebetypen und Kupplungen das erfindungsgemäße System mit Vorteil verwenden können.

Claims

Hydraulische Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung (20; 50; 80), welche Vorrichtung folgendes aufweist: eine erste Welle (22; 58; 88) mit einer zur Drehung mit ihr daran befestigten ersten Kupplungsscheibe (24; 66; 98); eine zweite Welle (26; 60; 94) mit einer zur Drehung mit ihr daran befestigten zweiten Kupplungsscheibe (28; 64; 98); ein Betätigungselement (29) zum selektiven Drücken der ersten Kupplungsscheibe (24; 66; 98) und der zweiten Kupplungsscheibe (28; 64; 98) in Kontakt miteinander, um das relative Drehmoment zwischen der ersten Welle (22; 58; 88) und der zweiten Welle (26; 60; 94) zu steuern, wobei das Betätigungselement (29) folgendes aufweist: einen ersten Kolben (46; 74; 106), der an die erste Kupplungsscheibe (24; 66; 98) der ersten Welle (22; 58; 88) angrenzt, einen zweiten Kolben (34; 79; 100), der in einer Fluidkammer (36; 70; 108) hin- und herbewegbar ist, eine Einrichtung (30; 68; 104) zum Hin- und Herbewegen des zweiten Kolbens (34) in der Fluidkammer (36; 70; 108), und eine Fluidleitung (40, 42; 102), die eine Fläche des zweiten Kolbens (34; 79; 100) mit einer Fläche des ersten Kolbens (46; 74; 106) verbindet, so dass die Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens (34; 79; 100) in der Fluidkammer (36; 70; 108) eine Bewegung des ersten Kolbens (46; 74; 106) auf die erste Kupplungsscheibe (24; 66; 98) der ersten Welle (22; 58; 88) zu und von ihr weg bewirkt, um das relative Drehmoment zwischen der ersten Welle (22; 58; 88) und der zweiten Welle (26; 60; 94) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30; 68; 104) zum Hin- und Herbewegen des zweiten Kolbens (34) in der Fluidkammer (36; 70; 108) ein elektrisch gesteuerter Motor ist, der eine Kugelumlaufspindel (32) umfasst, so dass die Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens (34; 79; 100) zum Erreichen eines gewünschten Drehmoments schnell und genau steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (46) ringförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (22; 58; 88) und die zweite Welle (26; 60; 94) jeweils Teile eines Fahrzeugantriebssystems sind und dass der Motor (30; 68; 104) für die zweite Welle (26; 60; 94) aufgrund von gemessenen Fahrzeugzuständen betätigt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsscheiben (24, 28; 66, 64; 98) der ersten Welle (22; 58; 88) und der zweiten Welle (26; 60; 94), der erste Kolben (46; 74; 106) und der zweite Kolben (34; 79; 100), die Fluidkammer (36; 70; 108) und sämtliche Fluidverbindungen (40, 42; 102) in einem Gehäuse (21; 51; 81) eingebaut sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Welle (58) und der zweiten Welle (60) eine Antriebswelle (52) ist, und die andere der ersten Welle (58) und der zweiten Welle (60) eine getriebene Welle ist, die selektiv von der Antriebswelle (52) antreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Welle (58) und der zweiten Welle (60) durch ein Sonnenrad (59) angetrieben wird, dass die andere der ersten Welle (58) und der zweiten Welle (60) durch einen Zahnring (61) angetrieben wird, dass ein Drehmomenteingang mit einem Planetenradträger (54) verbunden ist, der Planetenräder (56) dreht, die ihrerseits das Sonnenrad (59) und den Zahnring (61) antreiben, und dass das relative Drehmoment zwischen der ersten Welle (58) und der zweiten Welle (60), wenn sie angetrieben werden, durch eine Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens (79) gesteuert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Welle (88) und der zweiten Welle (94) durch einen Zahnring (86) angetrieben wird, dass die andere der ersten Welle (88) und der zweiten Welle (94) durch ein Sonnenrad (96) angetrieben wird, dass ein Drehmomenteingang zum selektiven Antrieb des Zahnrings (86) vorgesehen ist, dass der Zahnring (86) so eingebaut ist, dass er einen Planetenradträger (92) und Planetenräder (90) antreibt, dass die Planetenräder (90) mit dem Sonnenrad (96) verbunden sind und dieses antreiben, das seinerseits die andere Welle (94) antreibt, und dass das relative Drehmoment zwischen der angetriebenen ersten Welle (88) und der angetriebenen zweiten Welle (94) durch eine Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens (106) gesteuert wird.