DE4326695B4 - Hydraulische Betätigungsvorrichtung für Kupplung - Google Patents
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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...
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.
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WO 89/03 783 A1 -
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. InDE 38 43 989 A1 ist ein Motor als Drehkrafterzeugungsmechanismus angegeben. -
DE 39 09 112 C2 undDE 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
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1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplung zeigt; -
2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der1 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 Getriebe19 dargestellt, das zum Steuern des Antriebs zwischen einer ersten Welle22 , die wenigstens eine Kupplungsscheibe24 hat, und einer zweiten Welle26 , die wenigstens eine Kupplungsscheibe28 hat, eine Kupplung20 hat. Indem die Kupplungsscheibe28 in Kontakt mit der Kupplungsscheibe24 gepresst wird, wird selektiv ein Antriebsmoment zwischen den Wellen22 und26 übertragen. - Zur Steuerung der Übertragung des Antriebs zwischen den Wellen
22 und26 ist eine Kupplungsbetätigungssteuerung29 im Getriebegehäuse21 eingebaut. Die Steuerung29 umfaßt einen Motor30 , der eine Kugelschraube32 antreibt, welche einen Antriebskolben34 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 Fluidkammer36 wird ein Abschnitt38 der Kammer36 vor dem Kolben34 erweitert und reduziert. Da sich der Abschnitt38 erweitert und verkleinert, wird Fluid alternativ in oder aus einer Leitung40 und einer Leitung42 transportiert. Die Leitung42 steht in Verbindung mit einer Steuerkammer44 . Die Steuerkammer44 steht in Verbindung mit einer rückwärtigen Fläche eines Steuerkolbens46 , der selektiv in Eingriff mit der Kupplungsscheibe28 tritt. Soll die Kupplungsscheibe28 gegen die Kupplungsscheibe24 gedrückt werden, so wird der Antriebskolben34 bewegt, um die Kammer36 zusammenzudrücken. Das Fluid wird durch die Leitung40 und die Leitung42 in die Steuerkammer44 gedrückt. Hierdurch wird der Steuerkolben46 beaufschlagt nach links in1 , wodurch die Kupplungsscheibe28 gegen die Kupplungsscheibe24 gepreßt wird und ein Drehmoment zwischen den beiden Wellen22 und26 übertragen wird. - Die Verwendung des elektronisch gesteuerten Motors
30 zum Antrieb der Kugelschraube32 erlaubt es, die Position des Antriebskolbens34 schnell und genau zu steuern. Auf diese Weise kann man schnell und genau die auf den Steuerkolben46 wirkende Kraft steuern, um das relative Drehmoment zwischen den Wellen22 und26 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 Steuerkolben46 ringförmig ausgebildet und umgibt im Abstand die Welle26 . Die Kammer44 ist ringförmig und steht in Verbindung mit der rückwärtigen Fläche des Steuerkolbens46 . Es können auch mehrere Steuerkolben verwendet werden. - Wie
3 zeigt, ist ein zweites Getriebe49 vorgesehen, das eine Kupplung50 hat, die in ein Gehäuse51 eingebaut sind, das eine Eingangswelle52 umfaßt. Die Eingangswelle52 treibt einen Planetenradträger54 , welcher Planetenräder56 drehend antreibt. Eine erste getriebene Welle58 treibt ein Sonnenrad59 , das durch die Planetenräder56 angetrieben wird. Eine zweite getriebene Welle60 trägt einen Zahnring61 , der durch die Planetenräder56 angetrieben wird. Die Eingangswelle52 treibt somit die Wellen58 und60 über die Planetenräder56 an. Wenigstens eine Kupplungsscheibe64 ist im Zahnring61 und der zweiten Welle60 zugeordnet, während wenigstens eine Kupplungsscheibe66 dem Sonnenrad59 und der ersten Welle58 zugeordnet ist. - Eine Kupplungssteuerung umfaßt einen Motor
68 , der eine Kugelschraube antreibt, um einen Antriebskolben79 in einer Kammer70 hin- und her zu bewegen. Hierdurch wird der Steuerkolben74 auf die Kupplungsscheiben64 und66 zu- und von diesen weggedrückt, um das relative Drehmoment zu steuern, das auf die Wellen58 und60 übertragen wird. Der Motor68 wird wiederum elektronisch gesteuert abhängig von gemessenen Bedingungen. Beispielsweise wenn die Wellen58 und60 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 Wellen58 und60 . Wiederum ist der Motor68 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 Übertragungsgehäuse81 mit einer Eingangswelle82 , die ein Kegelrad84 treibt. Das Kegelrad84 rotiert integral mit einem Zahnring86 , der befestigt ist, um eine erste Wellenhälfte88 anzutreiben. Eine Mehrzahl von Planetenrädern90 und ein Planetenträger92 wird vom Zahnring86 angetrieben. Ein Sonnenrad96 ist radial innerhalb der Planetenräder90 aufgenommen und wird von den Planetenrädern90 angetrieben. Das Sonnenrad96 treibt eine zweite Achshälfte94 . Eine Kupplungspackung98 umfaßt Scheiben, welche dem Zahnring86 zugeordnet sind, sowie Scheiben, welche dem Sonnenrad96 zugeordnet sind. Ein Steuerkolben100 drückt selektiv die Scheiben in Kontakt, um das relative Drehmoment zu steuern, das auf die erste Welle88 und die zweite Welle94 übertragen wird. Eine Fluidleitung102 verläuft durch den Zahnring86 und erhält selektiv Fluid von einer Kammer108 . Ein elektronisch gesteuerter Motor104 treibt einen Kolben106 ähnlich den oben beschriebenen Ausführungsformen, um Fluid zu und von der Fluidleitung102 zu transportieren. Ein Kanal110 führt zu einer drehbaren fixierten Fluid-Kupplung112 , die eine ringförmige Nut114 an einer radial inneren Umfangsfläche hat. Eine Öffnung116 erstreckt sich zu einer radial äußeren Umfangsfläche des Zahnringes86 . Da der Zahnring86 relativ zu der Kupplung112 rotiert, bleibt die Öffnung116 in Verbindung mit der ringförmigen Nut41 , so daß Fluid von der Fluidkammer108 die Leitung102 erreichen kann. - Soll das relative Drehmoment zwischen den Wellenhälften
88 und94 gesteuert werden, wie wenn man die relativen Antriebe zwischen der vorderen und der hinteren Achse eines Fahrzeuges steuern möchte, wird der Steuerkolben100 betätigt, um die Kraft zwischen den entsprechenden Scheiben in der Kupplungspackung98 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 (7)
- 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.
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