DE4338096A1 - Vorrichtung zur Vermeidung von Überbelastungen eines Antriebstranges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermeidung von Überbelastungen eines Antriebstranges gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Mechanische Trennkupplungen von Kraftfahrzeugen mit Schaltgetriebe sind im allgemeinen als Reibscheiben­ kupplungen ausgeführt. Der Kupplungsvorgang wird im allgemeinen hydraulisch geführt. Die Betätigung der Kupplung erfolgt normalerweise über ein Fußpedal, das mit Hilfe eines hydraulischen Kupplungsgeber- und Kupplungsnehmerzylinders ein Kupplungsstellglied betä­ tigt. Das Stellglied besteht im wesentlichen aus einer Mitnehmerplatte und einer Feder, die die erforderliche axiale Normalkraft zur Erzeugung des Kupplungsreibmo­ mentes gewährleistet.

Um eine Sicherheit gegen Durchrutschen der Kupplung im allgemeinen Fahrbetrieb zu erreichen, wird das in der Kupplung maximal übertragbare Moment konstruktiv auf etwa das 1,3- bis 1,5fache des entsprechenden Motormo­ mentes eingestellt. Diese "Überdimensionierung" der Kupplung ist toleranzbedingt notwendig und führt dazu, daß bei einem bewußten bzw. bei einem unbewußten Miß­ brauch entsprechend hohe Drehmomente im Antriebsstrang auftreten können. Durch sogenannte Knallstarts oder durch ein seitliches Abrutschen vom Kupplungspedal kann es zu extrem hohen Drehmomenten im Antriebsstrang kommen.

Die durch das Kupplungsrutschmoment möglichen Trieb­ strangspitzenmomente können während eines Knallstart­ vorgangs durch dynamische Effekte erheblich erhöht werden. Nach einem seitlichen Abrutschen vom Kupp­ lungspedal wird beispielsweise die in der Kupplungs­ tellerfeder gespeicherte potentielle Energie, insbe­ sondere in axiale kinetische Energie der Mitnehmer­ platte umgewandelt. Während des Zuschnappens bzw. An­ schlagens der Mitnehmerplatte wirkt kurzzeitig ein zu­ sätzlicher Kraftimpuls auf die Kupplungsscheibe, wobei eine Übertragungsmomentspitze erzeugt wird. Durch die­ sen Effekt können die Triebstrangspitzenmomente bei einem Mißbrauch extrem hohe Werte erreichen.

Damit es bei einem gewollten oder ungewollten Miß­ brauch der Kupplung nicht zu Bauteilbrüchen kommt, müssen die Bauteile des gesamten Triebstranges gegen­ wärtig entsprechend überdimensioniert werden. Diese Überdimensionierung hat eine unerwünschte Erhöhung der Herstellungskosten, des Gewichtes und dadurch auch des Treibstoffverbrauches usw. zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Kraft­ fahrzeugen mit Schaltgetriebe eine Vorrichtung zur Vermeidung von Überbelastungen des Antriebstranges bei einem Kupplungsmißbrauch zu schaffen.

Die Aufgabe wird bei Kraftfahrzeugen mit mechanischer Trennkupplung erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Durch eine Drosselstelle zwischen der Kupplung und ei­ ner Kupplungsbetätigungseinrichtung wird eine Begren­ zung der Strömungsgeschwindigkeit des Hydraulikmittels erreicht. Durch eine Begrenzung der Strömungsgeschwin­ digkeit des Hydraulikmittels wird die maximale Ein­ rückgeschwindigkeit der Kupplung begrenzt. Durch die Verringerung der maximal möglichen Einkuppelgeschwin­ digkeit werden die Spitzmomente, die bisher auf die Bauteile des gesamten Triebstranges gewirkt haben, er­ heblich reduziert. Eine Verringerung der Spitzmomente im Triebstrang bei einem Kupplungsmißbrauch ermöglicht es, daß die Triebstrangbauteile nicht mehr überdimen­ sioniert werden müssen. Die Triebstrangbauteile sind daher leichter und verringern dadurch das Fahrzeugge­ wicht. Dies führt gleichzeitig zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauches. Ein weiterer Vorteil liegt in den geringeren Herstellungskosten des Triebstran­ ges. Die ganzen Bauteile des Triebstranges weisen au­ ßerdem eine geringere Komplexität auf.

Durch eine Begrenzung der Spitzenmomente erhöht sich auch die Bauteilzuverlässigkeit und die Dauerfestig­ keit des Triebstranges. Dies führt dann zu einer Erhö­ hung des Kundennutzens. Ein weiterer Vorteil, der aus der Begrenzung der Strömungsgeschwindigkeit des Hy­ draulikmittels resultiert, ist die Erhöhung des Schaltkomfort beim Gangwechsel. Durch die erfindungs­ gemäße Vorrichtung wird erreicht, daß bei nicht opti­ mal koordinierter Kupplungsbetätigung die normalerwei­ se auftretende Ruckelneigung des Fahrzeuges beim Ein­ kuppeln bzw. beim Gangwechsel gedämpft wird.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 ermöglicht, daß die Drosselstelle nur beim Einkuppeln wirkt. Die Drossel­ stelle stellt also selbst beim schnellen Auskuppeln keine Behinderung dar. Eine Begrenzung der Strömungs­ geschwindigkeit des Hydraulikmittels beim Auskuppeln ist nämlich bei Kraftfahrzeugen nicht notwendig, da dadurch keine Überbelastungen entstehen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen be­ schrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Einscheibentrocken­ kupplung;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer hydraulischen Kupplungsbetätigung mit der erfindungsgemä­ ßen Drosselstelle;

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch die Dros­ selstelle gemäß Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Blende als Drossel­ stelle mit mehreren außermittig angeordneten Aussparungen in der Umfangswand;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Blende nach Fig. 4;

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Blende als Ventil­ glied bzw. Drosselstelle mit einer scharf­ kantigen, trichterförmigen Drosselbohrung;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Blende nach der Fig. 6;

Fig. 8 einen Schnitt durch ein Ventilglied beim Ausrücken der Kupplung;

Fig. 9 einen Schnitt durch ein Ventilglied beim Einrücken der Kupplung;

Fig. 10 einen Schnitt durch ein Drosselventil;

Fig. 11 einen Schnitt durch ein Ventil mit paralleler Anordnung von fester Blende und Kugel­ rückschlagventil;

Fig. 12 einen Schnitt durch einen Kupplungsgeberzy­ linder mit integriertem Ventilglied.

Damit eine Drosselstelle 1 ihre Funktion erfüllen kann, muß sie zwischen einer Kupplung 2 und einer Kupplungsbetätigungseinrichtung 3 angeordnet sein. Die Kupplung 2 besteht grundsätzlich aus bekannten Bautei­ len. Sie weist eine Mitnehmerplatte 13, eine Kupp­ lungsscheibe mit Reibbelägen 14, ein Schwungrad 15, eine Tellerfeder 16, eine Nabe 17, eine Kupplungsbetä­ tigungseinrichtung 3, eine Getriebeeingangswelle 18 und eine Motorabtriebswelle 19 auf. Die Kupplung 2 stellt also eine herkömmliche und bekannte Kupplung dar. Vorteilhaft ist eine Anordnung der Drosselstelle 1 zwischen einem Kupplungsnehmerzylinder 4 und einem Kupplungsgeberzylinder 5. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kupplungsbetätigungsein­ richtung 3 ist hier in Form eines Kupplungspedales ausgebildet. Beim Betätigen des Kupplungspedales 3 wird durch den daraus resultierenden Druck das Hydrau­ likmittel aus dem Kupplungsgeberzylinder 5 in Richtung Kupplungsnehmerzylinder 4 gepreßt. Bevor das Hydrau­ likmittel den Kupplungsnehmerzylinder 4 erreichen kann, muß es die Drosselstelle 1 passieren.

Eine Vergrößerung der Drosselstelle 1 wird in Fig. 3 dargestellt. Fig. 8 zeigt die Funktionsweise der Dros­ selstelle 1 beim Ausrücken bzw. beim Trennen der Kupp­ lung. Das anströmende Hydraulikmittel drückt die Blen­ de 6 in Richtung Kupplungsnehmerzylinder 4. Das Hy­ draulikmittel muß also nicht nur durch die Öffnung der Blende 6 strömen, sondern es kann die Drosselstelle 1 auch durch die auf der Blende 6 außermittig angeordne­ ten Aussparungen 21 bzw. Bohrungen 22 passieren bzw. die Blende 6 umströmen. Auf diese Weise kommt es zu keiner Drosselung des Hydraulikmittels. Nachdem das Hydraulikmittel die Drosselstelle 1 passiert hat, wird die Blende 6 mit Hilfe einer Feder 7, wieder in Rich­ tung Kupplungsgeberzylinder 5 gepreßt.

Das Hydraulikmittel kann jetzt den Kupplungsnehmerzy­ linder 4 passieren. Durch den Kupplungsnehmerzylinder 4 wird jetzt ein Kupplungsstellglied betätigt. Mit dessen Hilfe wird die Verbindung zwischen Motor und Getriebe unterbrochen.

Beim Einrücken bzw. Schließen der Kupplung 2 strömt das Hydraulikmittel wieder vom Kupplungsnehmerzylinder 4 in Richtung Kupplungsgeberzylinder 5 zurück. Dabei muß die Drosselstelle 1 passiert werden. Durch das An­ strömen des Hydraulikmittels und die Vorspannung der Feder 7 wird die Blende 6 jedoch fest in Richtung des Kupplungsgeberzylinders auf Anlage am Gehäuse gepreßt. Es steht somit nur eine begrenzte Öffnung, nämlich die einer relativ kleinen zentralen Bohrung 8 in der Blen­ de 6, zum Durchströmen zur Verfügung. Auf diese Weise kommt es zu der gewollten Drosselung bzw. Verzögerung im Rückströmen des Druckmittels.

Beim normalen Auskuppeln genügt diese Öffnung vollkom­ men bzw. stört den Einrückvorgang nicht. Bei einem ge­ wollten oder ungewollten Mißbrauch der Kupplung wirkt diese Öffnung 8 jedoch hemmend. Die spezielle Wider­ standscharakteristik einer Blende zeigt eine überpro­ portionale Abhängigkeit des Druckverlustes von der Strömungsgeschwindigkeit. Dies ist für den Anwender­ fall besonders günstig, da erst bei extremen Hydrau­ likgeschwindigkeiten, die nur bei Kupplungsmißbrauch hervorgerufen werden, größere Druckverluste entstehen und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Einrückgeschwindigkeit der Kupplung 2 begrenzt wird. Die Bohrung in der Blende ist dahingehend optimiert, daß die Schutzfunktion erst bei sehr hohen Einkuppel­ geschwindigkeiten wirksam wird. Beim normalen Kupp­ lungsbetrieb wird kein merklicher Funktionseinfluß wirksam sein.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine mögliche Ausgestaltung einer Blende 6. Die Blende 6 ist allgemein als dünnes Plättchen mit möglichst scharfkantiger Bohrung ausge­ führt. Fig. 5 zeigt, daß die Blende 6 mit mehreren au­ ßermittig angeordneten Aussparungen 21 in der Umfangs­ wand versehen ist.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung einer Blende 6 kann darin bestehen, daß das Plättchen, wie in Fig. 6 dargestellt, eine trichterförmige bzw. konische Boh­ rung 8 mit scharfen Kanten besitzt. Aufgrund dieser trichterförmigen Bohrung 8 wird die Eigenschaft der Blende 6 verstärkt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung, im Vergleich zu einer Ausgestaltung nach Fig. 4, liegt darin, daß die Bohrung 8 nicht endlich ist. Bei dem Ausführungsbeispiel einer Blende 6, wie sie in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt ist, ist die Bohrung 8 endlich bzw. sie besitzt eine bestimmte Länge, d. h. es kann zu Reibungsverlusten kommen. Bei einer Ausgestaltung nach Fig. 6 bzw. Fig. 7 besitzt die Blende 6 nur eine scharfe Kante. An dieser kann es nicht zu Reibungsver­ lusten kommen.

Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf eine in Fig. 6 im Schnitt gezeigte Blende 6 in anderer Ausgestaltung. Diese Blende 6 ist mit mehreren außermittig angeordne­ ten Bohrungen 22 versehen.

Der Außendurchmesser der Blende 6 übernimmt zugleich auch eine Zentrierung der Scheibe im Gehäuse. Die Funktion der Blende 6 ist unempfindlich bezüglich Schwankungen in der Hydrauliktemperatur.

Für den Fall, daß eine stärkere Temperaturabhängigkeit der Drosselstelle 1 erwünscht bzw. nicht störend ist, kann diese auch als Drosselventil 9 ausgebildet sein. Das Drosselventil 9 ist dadurch gekennzeichnet, daß es wie in Fig. 10 ersichtlich, eine Bohrung hat, die deutlich länger ist als der Durchmesser der Bohrung 8.

Die Reduzierung der Geschwindigkeit erfolgt bei dem Drosselventil 9 durch Reibung in der Bohrung 8. Das Drosselventil 9 funktioniert ansonsten vom Prinzip ge­ nauso wie die Blende 6. Die Drosselwirkung ist hierbei jedoch stark von der Viskosität des Hydraulikmittels und damit von seiner Temperatur abhängig.

Die Drosselstelle 1 kann ebenso durch eine parallele Anordnung einer unbeweglichen Blende 10, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist, und einem allgemein bekannten Rückschlagventil 11 erreicht werden. Bei einem Ein­ rücken bzw. Treten der Kupplung 2 strömt das Hydrau­ likmittel vom Kupplungsgeberzylinder 5 durch die unbe­ wegliche Blende 10 und das offene Rückschlagventil 11 in Richtung Kupplungsnehmerzylinder 4. Durch den Druck des Hydraulikmittels öffnet sich die Kugel 12 des Rückschlagventiles 11 und läßt das Hydraulikmittel passieren. Beim Einrücken bzw. Schließen der Kupplung 2 kann das Hydraulikmittel die Drosselstelle nur durch die Bohrung der unbeweglichen Blende 10 passieren. Die Kugel 12 des Rückschlagventiles 11 blockiert durch den Druck des Hydraulikmittels und durch die Vorspannung einer Feder 7 den anderen Weg.

Genauso wie bei den anderen Ausgestaltungen der Dros­ selstelle 1, tritt auch hier nur eine Schutzfunktion bei sehr hohen Einkuppelgeschwindigkeiten auf. Bei normalem Kupplungsbetrieb tritt keine Hemmung durch die feste Blende 10 als Drosselstelle auf.

Eine einfache, preiswerte und deshalb besonders sinn­ volle Ausführungsform der Drosselstelle 1 besteht dar­ in, daß diese direkt im Kupplungsgeberzylinder 5 oder im Kupplungsnehmerzylinder 4 integriert ist. Als mög­ liche Ausgestaltung der Drosselstelle 1 bietet sich bevorzugt die Blende 6 nach Fig. 4 bzw. Fig. 6 an. Es können jedoch auch die anderen Ausgestaltungen direkt in den Kupplungsgeberzylinder 5 oder den Kupplungsneh­ merzylinder 4 integriert werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Vermeidung von Überbelastungen ei­ nes Antriebsstranges, der über eine Kupplung mit einem Antriebsmotor verbunden ist, insbesondere von Kraftfahrzeugen mit Schaltgetrieben, bei zu schnel­ len Einkuppelvorgängen, mit einer hydraulischen Be­ tätigungseinrichtung für die Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß in der Betätigungshydraulik zwischen der Kupplung (2) und einer Kupplungsbetätigungseinrichtung (3) eine Drosselstelle (1) derart angeordnet ist, daß beim Einkuppeln eine Begrenzung der Strömungsge­ schwindigkeit des Hydraulikmittels auftritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (1) beim Auskuppeln überbrückbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (1) zwischen einem Kupplungsneh­ merzylinder (4) und einem Kupplungsgeberzylinder (5) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (1) mit einem Ventilglied verse­ hen ist, das in Richtung der Strömungsgeschwindig­ keit des Hydraulikmittels beim Auskuppeln gegen ei­ ne Federvorspannung (7) öffnet, und das mit einer Bohrung (8) versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied als Blende (6) ausgebildet ist, die mit ein oder mehreren außermittig angeordneten Aus­ sparungen, Bohrungen, Durchbrechungen oder derglei­ chen versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied als Drosselventil (9) ausgebildet ist, mit einer Bohrung (8), deren Länge deutlich größer ist als der Durchmesser der Bohrung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (1) mit einer in der Hydraulik­ leitung der Betätigungshydraulik angeordneten fe­ sten Blende (10) und eine diese Blende (10) über­ brückende Parallelleitung mit einem Rückschlagven­ til (11) versehen ist, wobei das Rückschlagventil (11) in Strömungsrichtung des Hydraulikmittels beim Einkuppeln sperrt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied im Kupplungsnehmer- (4) oder Kupp­ lungsgeberzylinder (5) integriert ist.