DE4326695A1

DE4326695A1 - Hydraulische Betätigungsvorrichtung für Kupplung

Info

Publication number: DE4326695A1
Application number: DE4326695A
Authority: DE
Inventors: Gary L Sturm
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1993-08-09
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2013-08-10
Also published as: JPH06213252A; DE4326695B4; US5224906A

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 separate Pumpe haben einen unerwünscht großen Platzbedarf. Die bisherigen Systeme haben ge wöhnlich 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 computer-gesteuerten 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 gemesse nen 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.

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 Kupplungs scheibe für die erste Welle tritt. Ein zweiter Kolben bewegt sich in einer Fluid-Kam mer hin und her und eine Fluid-Verbindung verbindet den ersten und den zweiten Kolben. Durch die Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens in der Fluid-Kammer 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.

Die erfindungsgemäße Kupplungssteuerung kann vollständig im Getriebegehäuse eingebaut sein. Ferner kann die Steuerung schnell und genau betätigt werden zur Steuerung des relativen Drehmomentes.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der zweite Kolben durch einen Kugelschraubenmotor angetrieben, der elektrisch abhängig von verschiedenen Bedingungen gesteuert wird. Der Kugelschraubenmotor kann schnell und genau betätigt werden zur Steuerung der Kraft des ersten Kolbens gegen die Kupplungs scheibe der ersten Welle. Die Erfindung wird anhand von Getrieben, welche Kupp lungen verwenden, beschrieben. 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

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Kupplung zeigt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen teilweisen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungs gemäßen Kupplung.

In Fig. 1 ist ein Getriebe 19 dargestellt, das eine Kupplung 20 hat 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. 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 An triebskolben 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 fluid betätigte 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 rück wärtigen Fläche eines Steuerkolbens 46, der selektiv in Eingriff mit der Kupplungs scheibe 28 tritt. Soll die Kupplungsscheibe 28 gegen die Kupplungsscheibe 24 gedrückt werden, so wird der Antriebskolben 34 bewegt, um die Kammer 36 zu sammenzudrücken. 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 Fig. 1, wodurch die Kupplungsscheibe 28 gegen die Kupplungsscheibe 24 gepreßt wird und ein Drehmoment zwischen den beiden Wellen 22 und 26 über tragen wird.

Die Verwendung des elektronisch gesteuerten Motors 30 zum Antrieb der Kugel schraube 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 Drehmoment einstellung erreicht.

Wie Fig. 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 Fig. 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 Ein gangswelle 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 Fahrzeugzustän de sein, einschließlich ob ein Rad rutscht. Die Notwendigkeit, das relative Drehmo ment 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 Kupplungs packung 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 be schriebenen 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 Verbin dung 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 Drehmo mente 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 ihrer seits 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-Steuersy stem beschrieben worden sind, soll erwähnt werden, daß auch andere Getriebetypen und Kupplungen das erfindungsgemäße System mit Vorteil verwenden können.

Claims

1. Hydraulische Betätigungsvorrichtung für Kupplung, gekennzeichnet durch eine erste Welle mit einer ersten Kupplungsscheibe, die zur Drehung mit der ersten Welle befestigt ist; eine zweite Welle mit einer zweiten Kupplungsscheibe, die zur Drehung mit der zweiten Welle befestigt ist; ein Betätigungselement, um selektiv die erste und die zweite Kupplungsscheibe in Kontakt zu drücken, um das relative Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Welle zu steuern, wobei das Betätigungselement wenigstens einen ersten Kolben angrenzend an die Kupplungsscheibe der ersten Welle aufweist, ferner einen zweiten Kolben, der in einer Fluidkammer hin- und herbewegbar ist, einen Motor zum hin- und herbewegen des zweiten Kolbens in der Fluidkammer, und eine Fluidleitung, welche eine Fläche des zweiten Kolbens mit einer Fläche des ersten Kolbens verbindet, so daß die Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens in der Fluidkammer eine Bewegung des ersten Kolbens auf die Kupplungsscheibe der ersten Welle zu und von ihr weg bewirkt, um das relative Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Welle zu steuern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben ringförmig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor für den zweiten Kolben eine Kugelschraube umfaßt, so daß die Hin- und Herbewe gung des zweiten Kolbens schnell und genau steuerbar ist, um ein gewünsch tes Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Welle zu erreichen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor zur Bewegung des zweiten Kolbens elektrisch gesteuert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Welle jeweils Teile eines Fahrzeugantriebssystemes sind, und daß der Motor für die zweite Welle aufgrund von gemessenen Fahrzeugzuständen betätigt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs scheiben der ersten und der zweiten Welle, der erste und der zweite Kolben, die Fluidkammer und sämtliche Fluidverbindungen in einem Gehäuse eingebaut sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Wellen eine Antriebswelle ist und die andere der beiden Wellen eine getriebe ne Welle ist, die selektiv von der Antriebswelle antreibbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Wellen durch ein Sonnenrad angetrieben wird, daß die andere der beiden Wellen durch einen Zahnring angetrieben wird, daß ein Drehmomenteingang mit einem Planetenträger verbunden ist, der Planetenräder dreht, die ihrerseits das Sonnenrad und den Zahnring antreiben, und daß durch eine Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens das relative Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Welle, wenn sie angetrieben sind, gesteuert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Wellen durch einen Zahnring angetrieben und die andere der beiden Wellen durch einen Sonnenrad angetrieben wird, daß ein Drehmomenteingang zum selektiven Antrieb des Zahnringes vorgesehen ist, daß der Zahnring so einge baut ist, daß er einen Planetenträger und Planetenräder antreibt, daß die Planetenräder mit dem Sonnenrad verbunden sind und dieses antreiben, das seinerseits die andere Welle antreibt, und daß durch eine Hin- und Herbewe gung des zweiten Kolbens das relative Drehmoment zwischen den angetriebe nen ersten und zweiten Wellen gesteuert wird.

10. Hydraulische Betätigungsvorrichtung für Kupplungen, insbesondere für ein Fahrzeugantriebssystem, gekennzeichnet durch eine erste Welle mit einer ersten Kupplungsscheibe, die mit der ersten Welle drehbar ist; eine zweite Welle mit einer zweiten Kupplungsscheibe, die mit der zweiten Welle drehbar ist; ferner durch ein Betätigungselement, um die erste und die zweite Kupp lungsscheibe aufeinanderzu zu drücken, um das relative Drehmoment zwi schen der ersten und der zweiten Welle zu steuern, wobei das Betätigungs element wenigstens einen Kolben aufweist in Kontakt mit der Kupplungs scheibe der ersten Welle, ferner einen zweiten Kolben, der in einer Fluidkam mer aufgenommen ist, einen Motor zur Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens in der Fluidkammer, und eine Fluidleitung, welche eine Fläche des zweiten Kolbens mit einer Fläche des ersten Kolbens verbindet, so daß durch eine Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens in der Fluidkammer eine Bewegung des ersten Kolbens auf die Kupplungsscheibe der ersten Welle zu und von dieser weg bewirkt wird, um das relative Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Welle zu steuern.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor für den zweiten Kolben eine Kugelschraubenanordnung aufweist, so daß die Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens schnell und genau steuerbar ist, um ein gewünschtes Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Welle zu erreichen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Welle, die erste und die zweite Kupplungsscheibe, der erste und der zweite Kolben, die Fluidkammer und die Fluidverbindungen sämtlich in einem Gehäuse untergebracht sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Wellen eine Antriebswelle und die andere der beiden Wellen eine getriebene Welle ist, die selektiv von der Antriebswelle angetrieben wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Wellen durch ein Sonnenrad angetrieben ist, während die andere der beiden Wellen durch einen Zahnring angetrieben ist, daß ein Drehmomenteingang vorgesehen ist, um einen Planetenträger anzutreiben, der Planetenräder antreibt, die ihrerseits das Sonnenrad und den Zahnring treiben, und daß durch eine Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens das relative Drehmo ment zwischen der ersten und der zweiten Welle steuerbar ist, die durch die Planetenräder angetrieben sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Wellen durch einen Zahnring und die andere der beiden Wellen durch einen Sonnenrad angetrieben ist, daß ein Drehmomenteingang zum selektiven Antrieb des Zahnringes vorgesehen ist, welcher einen Planetenträger und dessen Planetenräder antreibt, daß die Planetenräder das Sonnenrad und dieses wiederum die andere Welle antreibt, und daß durch eine Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens das relative Drehmoment zwischen der er sten und der zweiten Welle steuerbar ist, die von den Planetenrädern angetrie ben sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fluidleitung sich von der Fluidkammer zu einer drehbaren Kupplung erstreckt, die in einem Gehäuse eingebaut ist, daß die drehbare Kupplung eine ringförmige Nut in einer inneren Umfangsfläche hat, daß der Zahnring mit der drehbaren Kupp lung rotiert und eine Öffnung hat, die in Verbindung mit der ringförmigen Nut steht, so daß Fluid von der Fluidkammer durch die ringförmige Nut in die Öffnung im Zahnring strömen kann und in eine Kammer eintreten kann an grenzend an den Antriebskolben, um diesen Antriebskolben zu betätigen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor für den zweiten Kolben aufgrund von gemessenen Fahrzeugantriebszuständen betätigbar ist.

18. Hydraulische Betätigungsvorrichtung für Kupplungen, insbesondere zum Steuern von Kupplungen, gekennzeichnet durch einen ersten Kolben für selektiven Eingriff mit einer Kupplungsscheibe, einen zweiten Kolben in einer Fluidkammer, einen Motor zur Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens in der Fluidkammer, wobei der Motor eine Kugelschraubenanordnung umfaßt, so daß die Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens in der Kammer schnell und genau steuerbar ist, und durch eine Fluidleitung, welche die Fluidkammer und den ersten Kolben verbindet, wobei die Fluidkammer und die Fluidleitung ein Fluid aufnehmen können, so daß die Hin- und Herbewegung des zweiten Kolbens in der Kammer eine entsprechende Hin- und Herbewegung des ersten Kolbens bewirkt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor aufgrund gemessener Zustände oder Bedingungen eines Fahrzeug es betätigbar ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kolben, die Fluidkammer, die Fluidleitung sämtlich in einem Gehäu se für eine Kupplung untergebracht sind, die durch die Steuerung betätigbar ist.