Fluidisches System und Verfahren zum Ansteuern einer Kupplungseinrichtung
Die Erfindung betrifft ein fluidisches System und ein Verfahren zum Ansteuern einer Kupplungseinrichtung, mit mindestens einem Arbeitszylinder, der zur Betätigung der Kupplungseinrichtung über Ventile angesteuert wird.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 202 162 A1 ist eine hydraulische Einrichtung zur Betätigung einer Kupplung, mit einem nahe der Kupplung angeordneten hydraulischen Arbeitszylinder bekannt, wobei der Arbeitszylinder über eine hydraulische Leitung mit einer Volumenstromquelle verbunden ist und wobei der Volumenstrom der Volumenstromquelle durch eine Steuereinheit steuerbar ist, wobei nach einem erfolgten Druckaufbau im Arbeitszylinder ein Sitzventil geschlossen wird, um die hydraulische Strecke zwischen der Pumpe und dem Arbeitszylinder zu verschließen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 31 786 A1 ist ein Ausrücksystem zum Ansteuern einer Kupplung eines Fahrzeugs mit einem Nehmerzylinder und einem Geberzylinder in einer Übertragungsstrecke bekannt, wobei bei einer mechanischen Betätigung ein erstes Ventil und ein zweites Ventil vorgesehen sind. Als Vordruckventil kann ein Sitzventil verwendet werden. Aus der deutschen Patentschrift DE 31 05 239 C2 ist eine Betätigungsvorrichtung zum hydraulischen Öffnen einer durch Federkraft geschlossenen Kupplung mit einem Druckregelventil und einem Druckspeicher bekannt, der über ein als Sitzventil ausgeführtes Rückschlagventil an eine Abzweigleitung angeschlossen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine fluidisches System oder ein Verfahren zum Ansteuern einer Kupplungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beziehungsweise 7 zu schaffen, das kostengünstig herstellbar ist und/oder mit geringen Verlusten betrieben werden kann.
Die Aufgabe ist bei einem fluidischen System zum Ansteuern einer Kupplungseinrichtung, mit mindestens einem Arbeitszylinder, der zur Betätigung der Kupplungseinrichtung über Ventile angesteuert wird, dadurch gelöst, dass dem Arbeitszylinder ein Einlassventil und ein Auslassventil zugeordnet sind, die beide als leckagearme oder leckagefreie Ventile ausgeführt sind. Das Einlassventil ist zwischen einen Ausgang einer Volumenstromquelle und den Arbeitszylinder geschaltet. Das Auslassventil ist zwischen den Arbeitszylinder und ein Fluidreservoir, zum Beispiel einen Hydraulikmediumtank, geschaltet. Die leckagearmen oder leckagefreien
Ventile können als Schieberventile, Kugelrückschlagventile und dergleichen ausgeführt sein. Bei geringer oder keiner Leckage muss eine Fluiddruckquelle, wie eine Fluidpumpe, nicht stetig Fluid nachfördern, um Leckageverluste auszugleichen, was wiederum zum Beispiel geringere Verluste bei der Energieaufnahme, eine höhere Lebensdauer, geringeren Verschleiß und so weiter bedeutet. Die leckagearmen oder leckagefreien Ventile sind vorteilhaft als einfache Sitzventile ausgeführt. Die Verwendung von einfachen Sitzventilen liefert zum Beispiel gegenüber Schieberventilen Kostenvorteile bei der Herstellung. Darüber hinaus können durch die einfachen Sitzventile unerwünschte Leckageverluste im Betrieb des fluidischen Systems reduziert, insbesondere ganz verhindert werden. Die Sitzventile haben vorteilhaft nur zwei Zustände, nämlich einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand. Im geschlossenen Zustand der Sitzventile ist die Leckage gegenüber Schieberventilen deutlich reduziert. Darüber hinaus liefert die Verwendung der einfachen Sitzventile den Vorteil, dass im Betrieb des fluidischen Systems nicht dauernd Druck vorgehalten werden muss. Dadurch kann der Energieverlust im Betrieb des fluidischen Systems reduziert werden. Bei dem fluidischen System handelt es sich vorzugsweise um ein Hydrauliksystem, das mit einem Hydraulikmedium, wie Hydrau- liköl, betrieben wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des fluidischen Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung als Doppelkupplung mit zwei Kupplungen ausgeführt ist, denen jeweils ein Einlassventil und ein Auslassventil zugeordnet sind, die beide als leckagearme oder leckagefreie Ventile ausgeführt sind. Dadurch wird ein von der Volumenstromquelle unabhängiges Öffnen der Kupplungen nur durch die Ventilsteuerung ermöglicht. Das wiederum liefert den Vorteil, dass mit nur einer einzigen Volumenstromquelle, wie einer Hydraulikpumpe, eine Überschneidung der beiden Kupplungen im Betrieb des fluidischen Systems ermöglicht wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des fluidischen Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass die leckagearmen oder leckagefreien Ventile als 2/2-Wegeventile ausgeführt sind. Die leckagearmen oder leckagefreien Ventile haben vorteilhaft jeweils nur eine Schließstellung und eine Öffnungsstellung. In der Schließstellung ist eine Verbindung zum Arbeitszylinder unterbrochen. In der Öffnungsstellung ist der Arbeitszylinder in Bezug auf das Einlassventil mit der Volumenstromquelle und in Bezug auf das Auslassventil mit einem Fluidreser- voir verbunden. Die Ansteuerung der leckagearmen oder leckagefreien Ventile erfolgt zum Beispiel elektrisch beziehungsweise elektromagnetisch.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des fluidischen Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder als einfach wirkender Nehmerzylinder ausgeführt ist. Der Nehmerzylinder wirkt in einem hydraulischen Kupplungsbetätigungssystem mit einem Geberzylinder zusammen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des fluidischen Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass der beziehungsweise die Arbeitszylinder unter Zwischenschaltung des dem Arbeitszylinder zugeordneten Einlassventils mit einem Ausgang einer vorzugsweise elektromotorisch angetriebenen Hydraulikpumpe verbunden ist beziehungsweise sind. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der leckagearmen oder leckagefreien Ventile, insbesondere der einfachen Sitzventile, kann zum Beispiel gegenüber einem hydrostatischen Kupplungsaktor ein Elektromotor eingespart werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des fluidischen Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitszylinder ausgangsseitig durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, in welcher ein Bypass-Ventil angeordnet ist, das vorzugsweise ebenfalls als leckagearmes oder leckagefreies Ventil, insbesondere als Sitzventil, ausgeführt ist. Das Bypass-Ventil ist als 2/2-Wegeventil mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung ausgeführt. In der Öffnungsstellung sind die beiden Arbeitszylinder über die Verbindungsleitung hydraulisch miteinander verbunden. In der Schließstellung ist die Verbindung zwischen den beiden Arbeitszylindern unterbrochen. Das Bypass-Ventil kann auch als Crosh-Talk-Ventil bezeichnet werden, das die beiden Arbeitszylinder gezielt in definierten Zeitintervallen, auch gepulst, hydraulisch miteinander in Verbindung bringen kann.
Bei einem Verfahren zum Ansteuern einer Kupplungseinrichtung, mit einem vorab beschriebenen fluidischen System, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das Einlassventil geöffnet und das dem gleichen Arbeitszylinder zugeordnete Auslassventil geschlossen wird, um einen Arbeitsdruck in diesem Arbeitszylinder zu erhöhen. Durch die Druckerhöhung im Arbeitszylinder kann zum Beispiel eine Kupplung, die durch eine Feder in ihre Öffnungsstellung vorgespannt ist, geschlossen werden. Soll die Kupplung geöffnet werden, so wird das Einlassventil geschlossen und das Auslassventil geöffnet.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil durch hochfrequentes Pulsen geöffnet wird, um den Arbeitsdruck in dem Ar-
beitszylinder dosiert abzusenken. Ein kurzzeitiges Öffnen und Schließen der Ventile wird auch als Pulsen bezeichnet. Durch das Pulsen der Auslassventile kann der Druck in den Arbeitszylindern auf einfache Art und Weise dosiert abgesenkt werden. Dadurch kann das Öffnen der Kupplung vorteilhaft unabhängig von der Volumenstromquelle, insbesondere der Hydraulikpumpe, aber dennoch gesteuert erfolgen. Das von der Volumenstromquelle, insbesondere Hydraulikpumpe, unabhängige Öffnen der Kupplung nur durch die Ventilsteuerung, ermöglicht bei einer Doppelkupplung mit nur einer Volumenstromquelle, insbesondere Pumpe, eine Ü- berschneidung der Kupplungen. Während eine der Kupplungen durch das Pulsen des zugehörigen Auslassventils gesteuert geöffnet wird, kann die zweite Kupplung durch die Volumenstromquelle, insbesondere Pumpe, gesteuert geschlossen werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in dem Arbeitszylinder einer betätigen Kupplung herrschenden Arbeitsdrucks über ein beziehungsweise das Bypass-Ventil in den Arbeitszylinder einer unbetätigten Kupplung umgeleitet wird. Das liefert den Vorteil, dass ein Teil des in dem Arbeitszylinder einer, zum Beispiel geschlossenen, betätigten Kupplung herrschenden Drucks nicht direkt in das Fluidreservoir abgelassen wird, sondern in den Arbeitszylinder der vorher unbetätigten, also zu betätigenden, zum Beispiel zu schließenden Kupplung, umgeleitet wird. Dadurch wird eine teilweise Energierückgewinnung ermöglicht, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des fluidischen Systems verbessert wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Doppelkupplung mit einem vorab beschriebenen fluidischen System, die insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren angesteuert wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines vereinfachten Fluid- schaltplans und
Figur 2 einen ähnlichen Fluidschaltplan wie in Figur 1 mit einer zusätzlichen Verbindungsleitung mit einem Bypass-Ventil.
ln den Figuren 1 und 2 ist ein fluidisches System 1 ; 71 gemäß zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im Folgenden werden zunächst die Gemeinsamkeiten der beiden Ausführungsbeispiele beschrieben. Danach werden die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen erläutert.
Das fluidische System 1 ; 71 umfasst eine Hydraulikpumpe 4 und ein Hydraulikmediumreservoir, das durch Tanksymbole 5, 6, 7 angedeutet ist. Mit der Hydraulikpumpe 4 kann über ein Rückschlagventil 8 Hydraulikmedium angesaugt und mit Druck beaufschlagt werden. Die Hydraulikpumpe 4 ist durch einen Elektromotor 10 angetrieben. Der Antrieb der Hydraulikpumpe 4 kann aber alternativ oder zusätzlich auch von einem Verbrennungsmotor oder von mindestens einem Nebenaggregat, wie einem Starter, erfolgen.
An einen Ausgang der Hydraulikpumpe 4 sind eine erste Verbindungsleitung 1 1 und eine zweite Verbindungsleitung 12 angeschlossen. Über die erste Verbindungsleitung 1 1 ist ein erster Arbeitszylinder 21 an die Hydraulikpumpe 4 angeschlossen. Über die zweite Verbindungsleitung 12 ist ein zweiter Arbeitszylinder 22 an die Hydraulikpumpe 4 angeschlossen.
Die beiden Arbeitszylinder 21 , 22 sind als einfache Nehmerzylinder ausgeführt. Der erste Arbeitszylinder 21 dient zur Betätigung einer ersten Kupplung 31 , die nur durch eine Feder angedeutet und in ihrem durch den Arbeitszylinder 21 betätigten Zustand dargestellt ist. Der Arbeitszylinder 22 ist einer zweiten Kupplung 32 zugeordnet, die in ihrem durch den zweiten Arbeitszylinder unbetätigten Zustand, das heißt in ihrer geöffneten Stellung, dargestellt ist.
Die beiden Kupplungen 31 , 32 stellen Teilkupplungen einer Doppelkupplung dar. Der ersten Kupplung 31 sind ein erstes Einlassventil 41 und ein erstes Auslassventil 51 zugeordnet. Der zweiten Kupplung 32 sind ein zweites Einlassventil 42 und ein zweites Auslassventil 52 zugeordnet. Die Ventile 41 , 42 und 51 , 52 sind vorteilhaft als einfache Sitzventile ausgeführt.
Zwischen dem ersten Einlassventil 41 und dem ersten Arbeitszylinder 21 ist eine erste Verzweigung 61 angeordnet. Zwischen dem zweiten Einlassventil 42 und dem zweiten Arbeitszylinder 22 ist eine zweite Verzweigung 62 angeordnet. Die Auslassventile 51 ; 52 sind jeweils zwischen der Verzweigung 61 ; 62 und dem Fluidreservoir 5; 7 angeordnet.
Wenn einer der Arbeitszylinder 21 , 22 betätigt werden soll, dann wird das zugeordnete Auslassventil 51 , 52 geschlossen und das zugehörige Einlassventil 41 , 42 geöffnet. Soll die Kupplung 31 , 32 geöffnet werden, so wird das zugehörige Einlassventil 41 , 42 geschlossen und das zugehörige Auslassventil 51 , 52 geöffnet.
Soll das Öffnen der Kupplung 31 , 32 unabhängig von der Hydraulikpumpe 4 gesteuert erfolgen, so können die Auslassventile 51 , 52 durch kurzzeitiges Öffnen und Schließen den Druck in dem jeweiligen Arbeitszylinder 21 , 22 dosiert senken. Das von der Hydraulikpumpe unabhängige Öffnen der jeweiligen Kupplung 31 , 32 nur durch die Ventilsteuerung ermöglicht bei der Doppelkupplung eine Überschneidung der beiden Kupplungen 31 , 32 mit nur einer einzigen Hydraulikpumpe 4.
Während eine der Kupplungen 31 , 32 durch das kurzzeitige Öffnen und Schließen des Auslassventils 51 , 52 gesteuert geöffnet wird, kann die zweite Kupplung 32, 31 durch die Hydraulikpumpe 4 gesteuert geschlossen werden. Das kurzzeitige Öffnen und Schließen des Ventils wird auch als Pulsen bezeichnet. Vorzugsweise werden nur die Auslassventile gepulst. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, die Einlassventile zu pulsen.
Das in Figur 2 dargestellte fluidische System 71 unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten fluidischen System 1 dadurch, dass die beiden Verzweigungen 61 , 62 durch eine Verbindungsleitung 75 hydraulisch miteinander verbunden sind. In der Verbindungsleitung 75 ist ein Bypass-Ventil 76 angeordnet.
Das Bypass-Ventil 76 ermöglicht es, einen Teil des im betätigten Arbeitszylinder 21 herrschenden Arbeitsdrucks nicht direkt in den Tank 5 abzulassen, sondern über das geöffnete Bypass-Ventil 76 in den unbetätigten Arbeitszylinder 22 umzuleiten. Dadurch kann die in dem Arbeitszylinder 21 vorhandene hydraulische Energie genutzt werden, um den Arbeitszylinder 22 mit Druck zu beaufschlagen. Die damit verbundene Energierückgewinnung verbessert den Gesamtwirkungsgrad des fluidischen Systems 71.
Bezuqszeichenliste
I Fluidisches System
4 Hydraulikpumpe
5 Tanksymbol
6 Tanksymbol
7 Tanksymbol
8 Rückschlagventil
10 Elektromotor
I I erste Verbindungsleitung
12 zweite Verbindungsleitung
21 erster Arbeitszylinder
22 zweiter Arbeitszylinder
31 erste Kupplung
32 zweite Kupplung
41 erstes Einlassventil
42 zweites Einlassventil
51 erstes Auslassventil
52 zweites Auslassventil
61 erste Verzweigung
62 zweite Verzweigung
71 Fluidisches System
75 Verbindungsleitung
76 Bypass-Ventil