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WO2004097241A2 - Drehzahldifferenzabhängige hydraulische kupplung mit steuerventil - Google Patents

Drehzahldifferenzabhängige hydraulische kupplung mit steuerventil Download PDF

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WO2004097241A2
WO2004097241A2 PCT/AT2004/000142 AT2004000142W WO2004097241A2 WO 2004097241 A2 WO2004097241 A2 WO 2004097241A2 AT 2004000142 W AT2004000142 W AT 2004000142W WO 2004097241 A2 WO2004097241 A2 WO 2004097241A2
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WO
WIPO (PCT)
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line
reservoir
control valve
hydraulic clutch
speed difference
Prior art date
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Ceased
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PCT/AT2004/000142
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English (en)
French (fr)
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WO2004097241A3 (de
Inventor
Franz Gratzer
Johannes Quehenberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magna Steyr Powertrain AG and Co KG
Original Assignee
Magna Steyr Powertrain AG and Co KG
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Publication date
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Publication of WO2004097241A2 publication Critical patent/WO2004097241A2/de
Publication of WO2004097241A3 publication Critical patent/WO2004097241A3/de
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    • F15B2211/7051—Linear output members
    • F15B2211/7052—Single-acting output members

Definitions

  • the invention relates to a speed-dependent hydraulic clutch, consisting of a drive housing rotating in a housing that is fixed in space and forming a reservoir for a working fluid, a hydrostatic displacement machine accommodated therein, a drive shaft, a friction clutch for connecting the drive shaft to the drive housing and a piston to act on the friction clutch, a pressure being generated in a pressure chamber when a differential speed occurs between the drive housing and the drive shaft, which acts on the friction clutch, and wherein the hydrostatic displacement machine has a first and a second opening for the supply and discharge of Working medium and has a third and fourth opening for connection to the pressure chamber.
  • the first and the second opening are each flow-connected to the reservoir via a first and second rotary entry, a first and second line fixed to the housing and a control valve unit fixed to the housing. Clutches of this type are used in various constellations in the drive train of motor vehicles, for the direct transmission of a torque or for locking a connected differential gear for driving the wheels of one axle or for distributing the drive torque between two axles.
  • the hydrostatic displacement machine consists, for example, of an inner rotor and an outer rotor, but hydrostatic displacement machines of another type can also be used in the same way.
  • a generic coupling is known for example from WO 01/27487 AI.
  • first and second lines lead from the rotary entries to the reservoir, a control valve being arranged in each of the two lines.
  • the valve unit thus consists of either two valves or a double valve.
  • the coordination of the two valves is difficult, in the first case for the control, in the second case there are also high demands on the manufacturing accuracy of the valve parts.
  • the content of this WO 01/27487 AI is referred to here in full.
  • the fact that there is a valve in the first and in the second line means that there is no direct connection between the valve position and the torque transmitted by the clutch, so there is no direct torque interface.
  • a first check valve is provided in each of the first and second lines, and a third line with a control valve unit is provided from the first and second lines between the rotary entry and the first check valve via a second check valve, the first check valves are poled to open when the pressure on the reservoir side is higher; and the second check valves are polarized so that they open when the pressure on the side of the respective rotary entry is higher.
  • the check valves arranged according to the invention form a hydraulic rectifier circuit. This allows the two control valves, one for each of the two lines, be replaced by a single control valve in only a single additional line, the third line.
  • the direct assignment of control current and transmitted torque simplifies the control electronics and shortens the response time.
  • the characteristics of the clutch can also be adapted well to the driving dynamics requirements.
  • the characteristics of the clutch can be represented in a map in which various curves show the relationship between the speed or speed difference and the transmitted torque.
  • control valve unit is a proportionally controllable pressure relief valve (claim 2) and the two second check valves are combined to form a double-acting check valve (also known as the shuttle valve) (claim 3).
  • a further simplification is achieved if the first and the second line on the side facing the reservoir are combined to form a single line (claim 4). This has a particular impact on the cost side if the check valves and the control valve unit are combined to form a valve block provided in or on the housing (claim 5).
  • FIG. 1 shows a diagram of a clutch according to the invention
  • FIG. 2 shows a diagram of an embodiment variant of the clutch according to the invention
  • Fig. 1 the hydrostatic displacement machine with land its four openings are designated 9,10,11 and 12 and partially combined for simplicity.
  • the connection to a reservoir 8 is established via filters 6, 7.
  • the openings 9, 10 are connected via a first and a second rotary entry 13, 14 to a valve block 15 fixed to the housing, that is to say not rotating.
  • WO 01/27487 AI reference is made to WO 01/27487 AI.
  • valve block 15 there is a first line 16 and a second line 17, each of which communicates with the oil reservoir 18 through a first check valve 18, 19 and via a filter 6, 7 and draw in oil from this.
  • the first check valves 18, 19 are therefore polarized so that they open for a flow from the oil reservoir 18 to the rotary entries 13, 14 and block a flow in the opposite direction.
  • a branch 20, 21 is provided in each of the first and the second line between the first check valve 18, 19 and the rotary entry 13, 14. which unite in a double-acting check valve 22 to form a third line 23.
  • a control valve unit 25 is provided in the third line 23. It is designed here as a proportionally controllable pressure relief valve which is controlled by an electronic control unit, not shown.
  • the polarity of the first check valves 18, 19 specifies that the third line 23 is always connected to its pressure side regardless of the direction of rotation of the pump.
  • the control valve unit 25 thus regulates the outflow into the oil reservoir 8 and thus directly the pressure on the pressure side of the pump. At the same time, this is also the pressure acting on the piston 5, which controls the torque transmitted by the clutch. This is proportional to the applied control current.
  • the hydrostatic displacement machine 1 rotates in a direction of rotation and delivers in the direction A.
  • a negative pressure is created which opens the first check valve 19 in the second line 17 and at the same time the double-acting check valve 22 closes to the second line 17.
  • the second line 17 thus becomes the suction line.
  • 11 of the pump 1 there is an overpressure which closes the first check valve 18 in the first line 16 and opens the double-acting check valve 22 towards the third line 23.
  • the pressure thus arrives at the control valve unit 25, which lowers the pressure in the system to the pressure to be set by controlled opening.
  • FIG. 2 differs from this primarily in that instead of the double-acting check valve 22 of FIG. 1, two Ordinary check valves 28, 29 are provided. They are polarized so that they each release the flow from the rotary entry 13, 14 to the oil reservoir 8 and block the opposite flow direction.
  • the first and second lines 30, 31 are combined here to form a common suction line 32 and the control valve unit 35 is controlled by an electromotive actuator 36, again under the command of a control unit (not shown).
  • FIG. 3 differs from the previous one in that a fourth line 40 is provided, in which an externally driven pump (for example by a controllable electric motor 42) and a third check valve 43 are provided.
  • the pressure prevailing in the pressure chamber 4 can be built up via this line in order to accelerate the clutch engagement or for clutch engagement before a speed difference occurs.

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Abstract

Eine drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung, besteht aus einem in einem raumfesten und ein Reservoir bildenden Gehäuse rotierenden Triebgehäuse, einer hydrostatischen Verdrängungsmaschine (1), einer Abtriebswelle, einer Reibungskupplung und einem Kolben (5) zu deren Beaufschlagung. Um eine schnelle Regelung und Anpassung der Charakteristik zu erreichen, sind die erste und die zweite Öffnung (9, 10) jeweils über eine erste und zweite Dreheintragung (13, 14) und ein gehäusefestes Steuerventil (25) mit dem Reservoir (8) verbunden. Um eine feinfühlige und schnelle Regelung und Anpassung der Charakteristik mit möglichst geringem Aufwand zu erreichen, ist in der ersten (16) und zweiten Leitung (17) je ein erstes Rückschlagventil (18, 19) und von der ersten (16) und von der zweiten Leitung (17) jeweils über ein zweites Rückschlagventil (22) eine dritte Leitung (23) mit einer Steuerventileinheit (25;35) vorgesehen, wobei die ersten (18, 19) und die zweiten (22) Rückschlagventile gegensinnig gepolt sind.

Description

DREHZAHLDIFFERENZABHANGIGE HYDRAULISCHE
KUPPLUNG MIT STEUERVENTIL
Die Erfindung handelt von einer drehzahldifferenzabhängigen hydraulischen Kupplung, bestehend aus einem in einem raumfesten und ein Reservoir für eine Arbeitsflüssigkeit bildenden Gehäuse rotierenden Trieb- gehäuse, einer in diesem untergebrachten hydrostatischen Verdrängungsmaschine, einer Triebwelle, einer Reibungskupplung zur Verbindung der Triebwelle mit dem Triebgehäuse und einem Kolben zur Beaufschlagung der Reibungskupplung, wobei bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen dem Triebgehäuse und der Triebwelle in einem Druckraum ein Druck erzeugt wird, der eine Beaufschlagung der Reibungskupplung bewirkt, und wobei die hydrostatische Verdrängungsmaschine über eine erste und eine zweite Öffnung für die Zu- und Abfuhr von Arbeitsmedium und über eine dritte und vierte Öffnung für die Verbindung mit der Druckkammer verfugt. Dabei sind die erste und die zweite Öffnung jeweils über eine erste und zweite Dreheintragung, eine gehäusefeste erste und zweite Leitung und eine gehäusefeste Steuerventileinheit mit dem Reservoir strö- mungsverbunden. Derartige Kupplungen finden in verschiedenen Konstellationen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen Verwendung, zur direkten Übertragung eines Drehmomentes oder zum Sperren eines verbundenen Differential- getriebes für den Antrieb der Räder einer Achse oder für die Verteilung des Antriebsmomentes zwischen zwei Achsen. Die hydrostatische Verdrängungsmaschine besteht beispielsweise aus einem Innenrotor und aus einem Außenrotor, genauso können aber auch hydrostatische Verdrängungsmaschinen anderer Bauart verwendet werden.
In jedem Falle fuhren bei Drehzahldifferenz zwei Teile (beispielsweise Antriebsgehäuse und Ausgangswelle) eine Relativbewegung aus und erzeugen so einen den Kolben der Reibungskupplung beaufschlagenden Druck. Eines der Probleme besteht darin, dass die Drehzahldifferenz so- wohl positiv als auch negativ sein kann, Saug- und Druckseite der Verdrängungsmaschine somit ihre Rollen vertauschen, beides aber zu einer Druckerhöhung in der Druckkammer führen muss.
Eine gattungsgemäße Kupplung ist beispielsweise aus der WO 01/27487 AI bekannt. Bei dieser fuhren von den Dreheintragungen erste und zweite Leitungen zu dem Reservoir, wobei in jeder der beiden Leitungen ein Steuerventil angeordnet ist. Die Ventileinheit besteht somit entweder aus zwei Ventilen oder aus einem Doppelventil. In jedem Fall ist die Abstimmung der beiden Ventile schwierig, im ersten Fall für die Steuerung, im zweiten Fall sind außerdem hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der Ventilteile zu stellen. Auf den Inhalt dieser WO 01/27487 AI wird hier in vollem Umfang Bezug genommen. Dadurch, dass in der ersten und in der zweiten Leitung ein Ventil ist, ist kein direkter Zusammenhang zwischen Ventilstellung und von der Kupplung übertragenem Drehmoment gegeben, es gibt also keine direkte Drehmomentschnittstelle. Deshalb kann das Kupplungsmoment nicht direkt, sondern über eine Charakteristik eingestellt werden und es ist eine aufwändigere Steuerelektronik erforderlich, was die Ansprechzeit verlängert. Diese aber ist im Falle der Verwendung einer elektronischen Bremshilfe (ABS, insbesondere ESP, etc.) kritisch. Umgekehrt ist es bisweilen wünschenswert, die Kupplung auch ohne ausreichende Drehzahldifferenz sper- ren zu können.
Es ist daher Ziel der Erfindung, eine gattungsgemäße Kupplung dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine feinfühlige, genaue und schnelle Steuerung und Anpassung der Charakteristik mit möglichst geringem Bau- und Regelaufwand gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass in der ersten und zweiten Leitung je ein erstes Rückschlagventil vorgesehen ist, dass von der ersten und von der zweiten Leitung jeweils zwischen der Dreheintragung und dem ersten Rückschlagventil über ein zweites Rückschlagventil eine dritte Leitung mit einer Steuerventileinheit vorgesehen ist, wobei die ersten Rückschlagventile so gepolt sind, dass sie öffnen, wenn der Druck auf der Seite des Reservoirs höher ist; und die zweiten Rückschlagventile so gepolt sind, dass sie öffnen, wenn der Druck auf der Seite der jeweiligen Dreheintragung höher ist. Die erfindungsgemäß angeordneten Rückschlagventile bilden eine hydraulische Gleichrichterschaltung. Dadurch können die beiden Steuerventile, eines für jede der beiden Leitungen, durch ein einziges Steuerventil in nur einer einzigen zusätzlichen Leitung, eben der dritten Leitung, ersetzt werden.
Nebst der damit erzielten Vereinfachung und Verbilligung werden so auch erhebliche funktionelle Vorteile gewonnen: Die direkte Zuordnung von Steuerstrom und übertragenem Drehmoment vereinfacht die Steuerelektronik und verkürzt die Ansprechzeit. Nebstbei kann damit auch die Charakteristik der Kupplung den fahrdynamischen Erfordernissen gut angepasst werden. Die Charakteristik der Kupplung ist in einem Kennfeld darstellbar, in dem verschiedene Kurven die Beziehung zwischen Drehzahl beziehungsweise Drehzahldifferenz und übertragenem Drehmoment zeigen.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Steuerventileinheit ein proportional steuerbares Druckbegrenzungsventil (Anspruch 2) und sind die beiden zweiten Rückschlagventile zu einem doppeltwirkenden Rückschlagventil (auch unter dem Namen Shuttle- Ventil bekannt) zusammenge- fasst (Anspruch 3). Eine weitere Vereinfachung wird erreicht, wenn die erste und die zweite Leitung auf der dem Reservoir zugekehrten Seite zu einer einzigen Leitung vereinigt sind (Anspruch 4). Das wirkt sich auf der Kostenseite besonders aus, wenn die Rückschlagventile und die Steuerventileinheit zu einem im oder am Gehäuse vorgesehenen Ventilblock zusam- mengefasst sind (Anspruch 5).
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 6), ist ein we- sentlich schnellerer Aufbau des an der Kupplung anliegenden Druckes erreichbar, im Extremfall sogar ein totales Sperren ohne auf eine Änderung der Differenzdrehzahl warten zu müssen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 : Ein Schema einer erfindungsgemäßen Kupplung, Fig. 2: ein Schema einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Kupplung,
Fig. 3 : ein Schema einer weitergebildeten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Kupplung
In Fig. 1 ist die hydrostatische Verdrängungsmaschine mit lund deren vier Öffnungen sind mit 9,10,11 und 12 bezeichnet und zur Vereinfachung teilweise vereinigt. Von diesen besteht eine Verbindung zu einer Druckkammer 4, die über einen Kolben 5 eine nicht dargestellte Lamellenkupplung zusammenpresst, über Rückschlagventile beziehungsweise ein doppeltwirkendes Rückschlagventil 2. Über Filter 6,7 ist die Verbindung zu einem Reservoir 8 hergestellt. Die Öffnungen 9,10 sind über eine erste und eine zweite Dreheintragung 13,14 mit einem gehäusefesten, also nicht rotierenden, Ventilblock 15 verbunden. Bezüglich der konstruktiven Ausführung wird auf die WO 01/27487 AI verwiesen.
Im Ventilblock 15 ist eine erste Leitung 16 und eine zweite Leitung 17, die jeweils durch ein erstes Rückschlagventil 18,19 und über einen Filter 6,7 mit dem Ölreservoir 18 kommunizieren, und aus diesem Öl ansaugen. Die ersten Rückschlagventile 18,19 sind demnach so gepolt, dass sie für eine Strömung vom Ölreservoir 18 zu den Dreheintragungen 13,14 öffnen und eine Strömung in entgegengesetzter Richtung sperren. In der ersten und der zweiten Leitung ist jeweils zwischen dem ersten Rückschlagventil 18,19 und der Dreheintragung 13,14 eine Abzweigung 20,21 vorgesehen, die sich in einem doppeltwirkenden Rückschlagventil 22 zu einer dritten Leitung 23 vereinigen.
In der dritten Leitung 23 ist eine Steuerventileinheit 25 vorgesehen. Sie ist hier als proportional steuerbares Druckbegrenzungsventil ausgebildet, das von einem nicht dargestellten elektronischen Steuergerät angesteuert wird. Mit der Polung der ersten Rückschlagventile 18,19 ist festgelegt, dass die dritte Leitung 23 unabhängig vom Drehsinn der Pumpe immer mit deren Druckseite in Verbindung steht. Mit der Steuerventileinheit 25 wird somit der Abfluss in das Ölreservoir 8 und damit direkt der Druck auf der Druckseite der Pumpe geregelt. Dieser ist gleichzeitig auch der auf den Kolben 5 wirkende Druck, der das von der Kupplung übertragene Drehmoment steuert. Dieses ist damit proportional dem anliegenden Steuerstrom.
Zur Beschreibung der Funktion sei zunächst angenommen, die hydrostatische Verdrängungsmaschine 1 drehe sich in einem Drehsinn und fördere in Richtung A. Dann entsteht auf deren Seite 10,12 ein Unterdruck, der das erste Rückschlagventil 19 in der zweiten Leitung 17 öffnet und gleichzeitig das doppeltwirkende Rückschlagventil 22 zur zweiten Leitung 17 hin schließt. Die zweite Leitung 17 wird so zur Saugleitung. Auf der Seite 9,11 der Pumpe 1 entsteht ein Überdruck, der das erste Rückschlagventil 18 in der ersten Leitung 16 schließt und das doppeltwirkende Rückschlagventil 22 zur dritten Leitung 23 hin öffnet. Damit gelangt der Druck zur Steuerventileinheit 25, die durch gesteuertes Öffnen den Druck im System auf den einzustellenden Druck absenkt.
Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich davon vor allem darin, dass anstelle des doppeltwirkenden Rückschlagventiles 22 der Fig. 1 zwei gewöhnliche Rückschlagventile 28,29 vorgesehen sind. Sie sind so gepolt, dass sie jeweils die Strömung von der Dreheintragung 13,14 zum Ölreservoir 8 freigeben und die entgegengesetzte Strömungsrichtung sperren. Außerdem sind hier die erste und die zweite Leitung 30,31, zu einer ge- meinsamen Saugleitung 32 zusammengefasst und die Steuerventileinheit 35 ist von einem elektromotorischen Aktuator 36, wieder unter dem Kommando einer nicht dargestellten Steuereinheit, angesteuert.
Die Ausführungsform der Fig. 3 unterscheidet sich von den vorherigen da- durch, dass eine vierte Leitung 40 vorgesehen ist, in der eine fremdangetriebene (etwa von einem steuerbaren Elektromotor 42) Pumpe 41 und ein drittes Rückschlagventil 43 vorgesehen ist. Über diese Leitung kann zur Beschleunigung des Einkuppelns beziehungsweise zum Einkuppeln, bevor noch eine Drehzahldifferenz auftritt, der in der Druckkammer 4 herrschen- de Druck aufgebaut werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung, bestehend aus einem in einem raumfesten und ein Reservoir für eine Arbeitsflüssigkeit bildenden Gehäuse rotierenden Triebgehäuse, einer in diesem unterge- brachten hydrostatischen Verdrängungsmaschine (1), einer Abtriebswelle (30), einer Reibungskupplung (36) zur Verbindung der Abtriebswelle mit dem Triebgehäuse und einem Kolben (5) zur Beaufschlagung der Reibungskupplung bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen dem Triebgehäuse und der Abtriebswelle, wobei die hydrostatische Verdrän- gungsmaschine (1) über eine erste (9) und eine zweite (9) Öffnung (9,10) für die Zu- und Abfuhr von Arbeitsmedium und über eine dritte (11) und vierte (12) Öffnung (11,12) für die Verbindung mit der Druckkammer (4) verfügt, und wobei die erste und die zweite Öffnung (9,10) jeweils über eine erste und zweite Dreheintragung (13,14), gehäusefeste Leitungen und eine gehäusefeste Steuerventileinheit mit dem Reservoir (8) strömungsver- bunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß
a) in der ersten (16;30) und zweiten Leitung (17;31) je ein erstes Rückschlagventil (18,19) vorgesehen ist, b) von der ersten (16;30) und von der zweiten Leitung (17;31) jeweils zwischen der Dreheintragung (13,14) und dem ersten Rückschlagventil (18,19) über ein zweites Rückschlagventil (22; 28,29) eine dritte Leitung (23) mit einer Steuerventileinheit (25;35) vorgesehen ist, c) wobei die ersten Rückschlagventile (18,19) so gepolt sind, dass sie öffnen, wenn der Druck auf der Seite des Reservoirs (8) höher ist; und d) wobei die zweiten Rückschlagventile (22; 28,29) so gepolt sind, dass sie öffnen, wenn der Druck auf der Seite der jeweiligen Dreheintragung (13,14) höher ist.
2. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinheit (25) ein proportional steuerbares Druckbegrenzungsventil ist.
3. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zweiten Rückschlagventile (28,29) zu einem doppeltwirkenden Rückschlagventil (22) zusammengefasst sind.
4. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (30) und die zweite Leitung (31) auf der dem Reservoir (8) zugekehrten Seite zu einer einzigen Leitung (32) vereinigt sind.
5. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Rückschlagventile (18,19,22; 18,19,28, 29) und die Steuerventileinheit (25;35) zu einem im oder am Gehäuse vorgesehenen Ventilblock (15) zusammengefasst sind.
6. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Ölpumpe (41) vorgesehen ist, die geeignet ist, in einer vierten Leitung (40) Drucköl vom Reservoir (8) zur dritten Leitung (23) zu fördern, wobei sie in der dritten Leitung (23) zwischen der Steuerventileinheit (25) und dem zweiten Rückschlagventil (22) einmündet.
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