WO2003016735A1 - Verfahren und system zum kühlen des kupplungsystems eines getriebes - Google Patents

Verfahren und system zum kühlen des kupplungsystems eines getriebes Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Reduzieren der thermischen Belastung eines Kupplungssystems (104), umfassend zumindest eine Druckplatte, eine Kupplungsscheibe und ein Schwungrad, mit denen ein Moment übertragen wird, vorgeschlagen, bei dem das jeweils an den Reibflächen der Kupplungsscheibe auftretende Reibmoment ungleichmässig verteilt wird. Ferner wird ein Verfahren zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes eines Fahrzeuges vorgeschlagen, bei dem ein Kühlluftstrom (107) für die Kupplung (104) verwendet wird. Darüber hinaus wird ein System zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes (103) eines Fahrzeuges vorgeschlagen, bei dem ein Kühlluftstrom vorgesehen ist, welcher durch die die Kupplung als Gehäuse umgebene Kupplungsglocke führbar ist.

Description

Verfahren und System zum Kühlen des Kupplungsystems eines Getriebes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren der thermischen Belastung und ein Verfahren zum Kühlen von Kupplungssystemen sowie ein System dafür.
Es hat sich gezeigt, dass sich der Wärmehaushalt bei Kupplungssystemen, wie z. B. einer trockenen Reibkupplung, insbesondere bei hohen Leistungseinträgen problematisch darstellt. Insbesondere bei einer Lastschaltkupplung eines unterbrechungsfreien Schaltgetriebe (USG) ist eine thermische Überlastung zu befürchten.
Die Bauteile der Kupplung, insbesondere der Reibbelag, weisen eine eingeschränkte Temperaturbeständigkeit auf und der Energieeintrag ist im Verhältnis zu dem nutzbaren Bauraum sehr hoch, wobei die Wärmeabfuhr an die Umgebung zu gering ist.
Ferner weist z. B. die Druckplatte gegenüber dem Schwungrad der Kupplung eine kleinere Wärmekapazität auf. Darüber hinaus ist der Wärmefluß zu den umgebenden Teilen relativ gering und der Wärmeübergang zur umgebenen Luft im Innenraum der Kupplungsglocke ist ebenfalls gering. Somit liegt bei den bekannten Kupplungssystemen durch die zu erwartende starke Erwärmung insbesondere der Druckplatte eine Begrenzung bezüglich des Betriebes des Kupplungssystems vor.
Demzufolge ergibt sich insbesondere für ein lastschaltendes Getriebe die
Notwendigkeit, die Temperaturbelastung der Kupplung durch Kühlmaßnahmen abzusenken. Im Falle eines sogenannten Inline-Getriebes z. B. für ein heckgetriebenes Fahrzeug ist eine offenen Bauart, welche im bestimmten Umfang eine Kühlung ermöglicht (Tunneleinbau, Spritzwasser, Nähe zur Auspuff anläge), nur eingeschränkt realisierbar. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und ein System der eingangs beschriebenen Gattungen vorzuschlagen, welche eine optimale Kühlung des Kupplungssystems eines Getriebes ermöglichen, sodass insbesondere die Betriebsbedingungen des Kupplungssystems verbessert werden.
Diese Aufgabe wird insbesondere dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Reduzieren der thermischen Belastung eines Kupplungssystems, umfassend zumindest eine Druckplatte, eine Kupplungsscheibe und ein Schwungrad, mit denen ein Moment übertragen wird, vorgeschlagen wird, bei dem das jeweils an den Reibflächen der Kupplungsscheibe auftretende Reibmoment ungleichmäßig verteilt wird.
Die bei dem Kupplungssystem erzeugte Reibleistung wird durch das auftretende Reibmoment und die Relativgeschwindigkeit bestimmt. Bevorzugt sind bei den bekannten Kupplungskonstruktionen die Geschwindigkeitsverhältnisse an beiden Reibflächen der Kupplungsscheibe identisch. Demnach kann eine Lösung darin liegen, dass ungleiche Reibmomente an den jeweiligen Reibflächen erzeugt werden. Auf diese Weise kann z. B. die Druckplatte mit einem geringeren Anteil der auftretenden Reibenergie beaufschlagt werden, sodass die thermische Belastung reduziert wird.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei den beiden Reibflächen der Kupplungsscheibe unterschiedliche Reibbeläge mit unterschiedlichen Reibwerten verwendet werden. Somit wird die erzeugte Reibleistung zu ungleichen Teilen an den beiden Reibflächen eingeleitet, indem unterschiedliche Reibparameter an den beiden Reibseiten der Kupplungsscheibe vorgesehen werden.
Das zu erzeugende Reibmoment hängt dabei von dem wirksamen Reibradius, der Anpresskraft der Druckplatte und dem Reibwert an der jeweiligen Reibfläche ab. Die Beeinflussung der Reibwertverhältnisse an dem Kupplungssystem ist eine Möglichkeit die thermische Belastung geeignet zu verteilen. Es ist auch denkbar, dass die anderen Einflussgrößen verändert werden. Zur Beeinflussung der Reibwertverhältnisse bei dem Kupplungssystem können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mehrere Möglichkeiten vorgesehen werden, welche nachfolgend beschrieben werden.
Beispielsweise kann an der druckplattenseitigen Reibfläche der Kupplungsscheibe ein geringerer Reibwert als an der schwungradseitigen Reibfläche verwendet werden, sodass in die Druckplatte ein geringerer Reibenergiebetrag als in das Schwungrad eingeleitet wird. Auf diese Weise wird eine gewünschte Aufteilung der Reibleistung realisiert. Somit treten an der Druckplatte in vorteilhafter Weise geringere thermische Belastungen auf.
Erfindungsgemäß kann bei der Verwendung von unterschiedlichen Reibbelägen an der Kupplungsscheibe vorgesehen sein, dass schwungradseitig die jeweiligen Reibpartner derart gewählt werden, dass bei steigender Temperatur ein höherer Reibwert auftritt. Beispielsweise kann die Kupplungsscheibe an ihren beiden Reibflächen verschiedene Reibbeläge aufweisen. Die Reibpartner an der Schwungradseite weisen eine derartige Temperaturabhängigkeit auf, dass bei steigender Temperatur ein höherer Reibwert auftritt. Wenn sich beim Betrieb der Kupplung erwartungsgemäß eine höhere Temperatur an den Reibstellen ergibt, wird somit der Reibwert an der Druckplattenseite geringer, sodass sich der gewünschte Reibwertunterschied einstellt.
Ferner kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass bei identischen Reibbelägen an der Kupplungsscheibe zwei Reibpartner mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden, sodass sich die gewünschte Reibwertdifferenz bzw. Reibmomentverteilung ergibt. Beispielsweise können z. B. die Druckplatte und das Schwungrad aus den Werkstoffen Stahl bzw. Aluminium kombiniert werden.
Des weiteren kann bei identischen Reibbelägen an der Kupplungsscheibe vorgesehen sein, dass die jeweiligen Reibpartner eine derartige Temperaturabhängigkeit aufweisen, dass bei steigender Temperatur ein geringerer Reibwert auftritt, wobei an der Druckplatte eine höhere Temperatur als am Schwungrad vorliegt, sodass der gewünschte Reibwertunterschied realisiert wird.
Die vorgenannten Möglichkeiten können auch beliebig miteinander kombiniert werden, um das vorgeschlagene Verfahren weiter zu verbessern.
Alternativ kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch vorgesehen sein, dass z. B. an der druckplattenseitigen Reibfläche der Kupplungsscheibe ein höherer Reibwert als an der schwungradseitigen Reibfläche verwendet wird, wenn die Druckplatte geeignet gekühlt wird. Auf diese Weise sind unter bestimmten Voraussetzungen, nämlich wenn z. B. Kühlmaßnahmen an der Druckplatte durchgeführt werden, auch umgekehrte Reibleistungsverteilungen denkbar. Somit kann dann z.B. eine höhere Temperatur der Druckplatte durch die höhere Temperaturdifferenz zu einer insgesamt besseren Wärmeableitung an dem Kupplungssystems führen. Dabei sollte jedoch beachtet werden, dass als Reibbelag an der jeweiligen Reibfläche ein temperaturbeständiger Reibbelag verwendet wird.
Des weiteren wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe insbesondere auch dadurch geiöst, dass ein Verfahren zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes eines Fahrzeuges vorgeschlagen wird, bei dem ein Kühlluftstrom für die Kupplung verwendet wird. Ferner wird ein System zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes eines Fahrzeuges, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens vorgeschlagen, bei der ein Kühlluftstrom vorgesehen ist, welcher durch die die Kupplung als Gehäuse umgebene Kupplungsglocke führbar ist.
Im folgenden werden Vorteile und weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes näher erläutert.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die bereits vorhandenen Lufteinlässe des Fahrzeuges, z.B. für die Innenraumbelüftung, für einen Kühlluftstrom zum Kühlen der Kupplung verwendet werden. Vorzugsweise kann der Kühlluftstrom durch die Kupplungsglocke geführt werden, welche die Kupplung als Gehäuse umgibt. Dazu können die Einlasse z. B. entsprechend ausgelegt bzw. dimensioniert werden.
Insgesamt ergibt sich bei der Nutzung der vorhandenen Lufteinlässe der Vorteil, dass z.
B. Filter, Schmutzfänger, Wasserabläufe und dergleichen aufgrund der doppelten
Nutzung nur einmal bei dem Fahrzeug vorgesehen sein müssen. Ferner werden durch die vorgesehene Luftführung akustische Vorteile gegenüber offenen Kupplungen ermöglicht.
Im Rahmen einer Ausgestaltung der Erfindung kann der ausströmende Kühlluftstrom durch das vorhandene Abgassystem des Fahrzeuges in die Umgebung abgeführt werden. Der Kühlluftstrom kann somit durch das Abgassystem zusammen mit dem Abgas abgeführt werden. Insbesondere bei heckgetriebenen Fahrzeugen ist die Abgasanlage in der Nähe des Getriebes angeordnet. Je nach Anordnung ergibt sich der Vorteil, dass auf diese Weise Kupplungsgeräusche durch den Endschalldämpfer in der Umgebung nicht als störend empfunden werden.
Bevorzugt kann der Kühlluftstrom durch eine im Abgasstrom des Abgassystems vorgesehene Pumpeneinrichtung erzeugt werden. Dadurch kann der Kühlluftstrom durch die Kupplungsglocke abgesaugt werden. Als Pumpeneinrichtung kann vorzugsweise zumindest eine Injektorpumpe oder dergleichen vorgesehen sein, welche bevorzugt im Abgasstrom vorgesehen ist. Dadurch können andere erforderliche (aktive) Kühlmaßnahmen vermieden werden.
Es ist auch möglich, dass der Kühlluftstrom zumindest zeitweise durch eine Verschlusseinrichtung in dem Abgassystem unterbrochen wird, sodass eine unbeeinflusste stationäre Abgasmessung ermöglicht wird. Als Verschlusseinrichtung kann bevorzugt zumindest eine Klappe oder dergleichen verwendet werden.
Vorzugsweise können das vorgeschlagene System und das Verfahren bei Hochleistungskupplungen insbesondere für ein lastschaltendes Getriebe (USG) und/oder ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG) zum Einsatz kommen. Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte
Merkmalskombinationen zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Ansicht eines Systems zum Kühlen einer Kupplung mit einer Injektorpumpe; und
Figur 2 ein Diagramm mit dem Ergebnis einer Simulationsrechnung für ein Verfahren zur Reduzierung der thermischen Belastung einer Kupplung.
Es wird eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zum Kühlen einer Kupplung gezeigt, wobei in Figur 1 ein Motor 101 mit angeschlossenem Abgassystem 102 und ein Getriebe 103 mit einer Kupplungsglocke 104 sowie einer Kardanwelle 105 prinzipmäßig dargestellt ist. Ferner ist beispielhaft ein vorhandener Lufteinlass 107, z. B. für die Frontscheibe zur Innenraumbelüftung des Fahrzeuges, gezeigt, wobei dieser zusätzlich für den erfindungsgemäßen Kühlluftstrom verwendet wird,. Es können für den Kühlluftstrom auch andere Lufteinlässe vorgesehen sein.
Der Kühlluftstrom kann mittels zumindest eines Luftauslasses 108 aus der Kupplungsglocke 104 mittels einer Injektorpumpe 106 abgesaugt werden. Die Injektorpumpe 106 ist in dem Abgassystem 102 angeordnet, welches in Figur 1 ausschnittsvergrößert dargestellt ist.
Das System gemäß der Erfindung kann unter Einbeziehung der am Fahrzeug vorhandenen Lufteinlass-Systeme und Abgas-Systeme eine Zu- und Ableitung des erfindungsgemäß vorgesehenen Kühlluftstromes zur Kühlung der Kupplung ermöglichen.
Vorzugsweise kann das System im Zusammenhang mit einem lastschaltenden Getriebe (USG), einem Doppelkupplungsgetriebe (DKG) und allen Arten von Hochleistungskupplungen, die eine (Luft-)Kühlung benötigen, verwendet werden. ln Figur 2 ist das Ergebnis einer Simulationsrechnung für ein Verfahren zur Reduzierung der thermischen Belastung einer Kupplung dargestellt. Dabei sind verschiedene Temperaturverläufe über die Zeit dargestellt.
Das Simulationsmodell ist für eine Lastschaltkupplung eines USG-Systems erstellt worden. Auf diese Weise kann die Wirkung der veränderten Reibwerte gezeigt werden.
Dabei werden die Reibwerte der jeweiligen Reibfläche einmal mit einem konstanten Verhältnis (1/1) und einmal mit einem Verhältnis von 0,7/1 angenommen. Als Belastung wurde eine mehrfache Maximalbeschleunigung des Fahrzeuges auf die Geschwindigkeit von 100km/h angenommen. Der obere Verlauf der Druckplattentemperatur TDP kennzeichnet das Reibwertverhältnis 1/1 , wobei der untere Verlauf der Druckplattentemperatur TDp das Reibwertverhältnis 0,7/1 darstellt.
Es ist deutlich zu erkennen, dass die Druckplattentemperatur bei einem
Reibwertverhältnis von 0,7/1 geringer ist. Die Temperaturen des Schwungrades TSR sind dagegen nur gering angestiegen. Dies ist aus dem Verlauf von TSR zu erkennen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Reduzieren der thermischen Belastung eines Kupplungssystems, umfassend zumindest eine Druckplatte, eine Kupplungsscheibe und ein Schwungrad, mit denen ein Moment übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils an den Reibflächen der Kupplungsscheibe auftretende Reibmoment ungleichmäßig verteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei den beiden Reibflächen der Kupplungsscheibe unterschiedliche Reibbeläge mit unterschiedlichen
Reibwerten verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der druckplattenseitigen Reibfläche der Kupplungsscheibe ein geringerer Reibwert als an der schwungradseitigen Reibfläche verwendet wird, sodass in die Druckplatte ein geringerer Reibenergiebetrag als in das Schwungrad eingeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei unterschiedlichen Reibbelägen der Kupplungsscheibe schwungradseitig die jeweiligen Reibpartner derart gewählt werden, dass bei steigender Temperatur ein höherer
Reibwert auftritt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei identischen Reibbelägen der Kupplungsscheibe zwei Reibpartner mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden, sodass sich die gewünschte
Reibmomentverteilung ergibt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Reibpartner bei der Druckplatte und/oder dem Schwungrad Stahl und/oder Aluminium miteinander kombiniert werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei identischen Reibbelägen der Kupplungsscheibe die jeweiligen Reibpartner eine derartige Temperaturabhängigkeit aufweisen, dass bei steigender Temperatur ein geringerer Reibwert auftritt, wobei an der Druckplatte eine höhere Temperatur als am
Schwungrad vorliegt, sodass der gewünschte Reibwertunterschied realisiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der druckplattenseitigen Reibfläche der Kupplungsscheibe ein höherer Reibwert als an der schwungradseitigen Reibfläche verwendet wird, wenn die Druckplatte geeignet gekühlt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Reibbelag an der jeweiligen Reibfläche ein temperaturbeständiger Reibbelag verwendet wird.
10. Verfahren zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes eines Fahrzeuges, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlluftstrom für die Kupplung verwendet wird.
11.Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein vorhandener Lufteinlass für die Innenraumbelüftung des Fahrzeuges als Einlass für den Kühlluftstrom verwendet wird, sodass der Kühlluftstrom durch die die Kupplung als Gehäuse umgebene Kupplungsglocke geführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der ausströmende Kühlluftstrom durch das vorhandene Abgassystem des Fahrzeuges in die Umgebung abgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftstrom durch eine im Abgasstrom des Abgassystem vorgesehene Pumpeneinrichtung erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Pumpeneinrichtung zumindest eine Injektorpumpe verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der
Kühlluftstrom zumindest zeitweise durch eine Verschlusseinrichtung unterbrochen wird, sodass eine stationäre Abgasmessung ermöglicht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Verschlusseinrichtung eine Klappe verwendet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftstrom bei Hochleistungskupplungen für ein lastschaltendes Getriebe (USG)und/oder ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG) eingesetzt wird.
18. System zum Kühlen der Kupplung eines Getriebes eines Fahrzeuges, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlluftstrom vorgesehen ist, welcher durch die die Kupplung als Gehäuse umgebene Kupplungsglocke führbar ist.
19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein vorhandener Lufteinlass für die Innenraumbelüftung des Fahrzeuges als Einlass für den Kühlluftstrom vorgesehen ist.
20. System nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das vorhandene Abgassystem des Fahrzeuges zum Austreten des ausströmenden Kühlluftstromes vorgesehen ist.
21. System nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgasstrom des Abgassystems eine Pumpeneinrichtung vorgesehen ist, welche den Kühlluftstrom erzeugt.
22. System nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass als Pumpeneinrichtung zumindest eine Injektorpumpe vorgesehen ist.
23. System nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschlusseinrichtung in dem Abgasstrom vorgesehen ist.
24. System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Verschlusseinrichtung eine Klappe vorgesehen ist.
25. System nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass es bei Hochleistungskupplungen für ein lastschaltendes Getriebe (USG) und/oder ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG) vorgesehen ist.
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