Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Reibkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruch 8 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Reibkupplung nach Anspruch 9.

Sogenannte Reibkupplungen sind im Stand der Technik bekannt. Es ist beispielsweise aus der DE 102011 108649 A1 eine Drehmomentübertragungseinheit mit einer Reibungskupplung und einem hydraulischen Aktuierungssystem bekannt, welche eine Stufenkolbeneinheit mit einem Stufenkolben umfasst, der einen in einem ersten Druckraum bewegbaren ersten Kolbenabschnitt mit einer ersten, kleineren hydraulisch wirksamen Wirkfläche und einen in einem zweiten Druckraum bewegbaren zweiten Kolbenabschnitt mit einer zweiten, größeren hydraulisch wirksamen Wirkfläche aufweist. Hierbei steht der erste und der zweite Druckraum mittels einer Überströmleitung in Fluidverbindung, in Abhängigkeit von einer Position des ersten Kolbenabschnitts. Gemäß der DE 10 2011 108649 A1 ist wirkt ein Aktuierungskolben mit der Reibungskupplung zusammen, um selektiv eine Aktuierung der Drehmomentübertragungseinheit zu bewirken.

Weiterhin ist aus der DE 102015 20 4673 B3 eine Hydraulikanordnung für eine Reibkupplung bekannt, welche eine Schalteinheit mit einem Eingang, mit einem verschließbaren ersten Ausgang und mit einem verschließbaren zweiten Ausgang umfasst. Dabei ist die Schalteinheit über den Eingang mittels der hydraulischen Zuleitung mit der Volumenstromquelle fluidisch verbunden, wobei mittels eines Druckübersetzer der geringere Eingangsdruck in einen höheren Ausgangsdruck gewandelt wird.

Die vorgenannten Lösungen bilden allerdings keine optimale Lösung, betreffend das schnelle Durchfahren der anfänglich kontaktlosen Annäherungsphase mit sehr geringer Kraft bis zum Tastpunkt und anschließender Kontakt- und Kraftübertragsungsphase mit hoher Krafteinleitung und sehr geringer oder keiner Lageänderung des Arbeitskolbens.

Die Aufgabe der ist es somit, eine Hydraulikanordnung für eine Reibkupplung zur Verfügung zu stellen, die einen verbesserten Ablauf dieser beiden Schritte oder Phasen ermöglicht. Hierzu umfasst die Erfindung eine Hydraulikanordnung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Reibkupplung nach den Merkmalen des Anspruchs 8 und ein Verfahren nach dem Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen abhängigen Unteransprüchen ausgeführt.

Die erfindungsgemäße Hydraulikanordnung zum Antrieb einer Reibkupplung, umfassend einen hydraulisch antreibbaren Stufenkolben, eine mindestens den Stufenkolben antreibende Pumpe, wobei der Stufenkolben einen Arbeitskolben mit einem Kolbenraum umfasst, wobei der im Kolbenraum verschiebbar angeordnete Arbeitskolben, insbesondere linear verschiebbar, diesen Kolbenraum in einen ersten Arbeitsraum (Hauptraum) und einen Hilfsraum aufteilt. Hierbei kann der Hilfsraum ein geschlossener oder teilweise offener Raum sein, wobei in einer konstruktiv einfachen Ausführungsform dieser Hilfsraum nur ein Führungsraum ist, bspw. ein zylindrisch Führungsraum. Solch ein Führungsraum ist auf dem zum Arbeitskolben gegenüberliegenden Ende ganz oder teilweise offen. Der Arbeitskolben ist zudem mit einem Hilfsarbeitskolben mechanisch verbunden oder weist einen Abschnitt auf, der als Hilfskolben ausgebildet ist und welcher über einen zweiten Arbeitsraum hydraulisch antreibbar ist. Bei der Flu- tung und/oder Druckaufbau in den beiden Arbeitsräumen treiben diese den Stufenkolben in eine gemeinsame, die Reibkupplung verschleißenden Richtung an. Der Zufluss von Hydraulikfluid und Druckaufbau in dem Hilfsraum wirkt hierzu gegenläufig, also für die Reibkupplung öffnend.

Vorliegend soll Reibkupplung nicht limitierend verstanden werden. Vielmehr soll unter Reibkupplung ganz allgemein eine Drehmomentübertragungseinrichtung in Form einer reibschlüssigen und/oder formschlüssigen Kupplung oder Bremse verstanden werden.

Weiterhin ist mindestens ein Stellventil umfasst, das in mindestens einem Leitungsweg zwischen einem Arbeitsraum des Stufenkolbens und der Pumpe angeordnet ist. Ein erster Leitungsweg führt über eine erste Zuleitung von der Pumpe zum zweiten, kleineren Arbeitsraum, hierbei wird das Stellventil nicht durchströmt. Ein zweiter Leitungsweg führt von der Pumpe über die erste Zuleitung, das Stellventil und eine zweite Zuleitung zum ersten, größeren Arbeitsraum. Der Stufenkolben weist einen durch den Hilfsraum geführten (Arbeits-)Stößel auf, der ebenfalls linear verfahren wird und mittels welchem mechanisch auf die Reibkupplung eingewirkt werden kann. Der erste und zweite Leitungsweg sind über einen ersten Leitungsabschnitt der zweiten Zuleitung, der von der ersten Zuleitung abzweigt und ein Stellventil verbunden. Das Stellventil kann mindestens zwei Ventilstellungen einnehmen, wobei in mindes- tens einer der Ventilstellungen der erste Leitungsabschnitt der zweiten Zuleitung mindestens teilweise gesperrt ist.

Hierbei wird der Vorteil ersichtlich, dass bei der Kolbenbewegung während der Annäherungsphase, auch Lüftwegbereich genannt, von der Pumpe nur das kleinere Volumen des zweiten Arbeitsraumes des Stufenkolbens befüllt wird, so dass eine schnelle Verschiebung des Arbeitskolbens erfolgen kann. Das Beaufschlagen des größeren Volumens und damit die Veranlassung eines hohen Anpressdrucks über die große Wirkfläche, wird erst mit beziehungsweise kurz vor oder kurz nach dem Erreichen des Tastpunktes (TP) veranlasst, in dem der Leitungsweg zwischen der Pumpe und dem ersten Arbeitsraum (Hauptarbeitsraum) mittels des Stellventils geöffnet wird.

Eine verbesserte Ausführungsform besteht darin, dass parallel zum Stellventil eine weitere Leitungsverbindung durch ein erstes Rückschlagventil zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungsweg vorhanden ist. Hierüber kann bei der Öffnungsbewegung des Stufenkolbens, insbesondere im Unterdruckbetrieb der Pumpe, Hydraulikfluid aus dem großen, ersten Arbeitsraum im Bypass und/oder parallel zum Stellventil zum Tank gefördert werden.

Eine weiter verbesserte Ausführungsform sieht vor, dass der zweite Leitungsweg von dem Arbeitsraum, über einen zweiten Leitungsabschnitt der zweiten Zuleitung, über einen Abzweigknoten parallel zum Stellventil und eine Ableitung in einen Tank führt. Hierbei ist idealerweise in der Ableitung zwischen dem Abzweigknoten und dem Tank ein zweites Rückschlagventil angeordnet, welches in Richtung des Tanks sperrt. Hierdurch wird die Ablaufleitung im Rück- fahr- oder Saugbetrieb zur Druckausgleichsleitung, über die bedarfsweise Hydraulikfluid in das System nachfließen kann.

Eine weiter verbesserten Ausführungsform der Hydraulikanordnung sieht vor, dass das Stellventil in der zweiten Ventilstellung entweder den ersten Leitungsabschnitt der zweiten Zuleitung vollständig sperrt, also unterbricht, oder eine Verbindung mit einer Rückschlagventilfunktion schafft, die eine Strömung vom zweiten in den ersten Leitungsweg zulässt und in die Gegenrichtung, nämlich den ersten Leitungsweg von der Pumpe zum ersten Arbeitsraum (Hauptarbeitsraum) sperrt, insbesondere druckabhängig sperrt.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Arbeitsraum kleiner als der Arbeitsraum, vorzugsweise ist der zweite Arbeitsraum um mindestens 10% kleiner, insbesondere um mehr als 20% kleiner als der erste Arbeitsraum (Hauptarbeitsraum) und/oder sind die Wirkflächen der Arbeitsräume in analoger Weise im Verhältnis von 0,9 bzw. 0,8 zueinander. Vorteilhafterweise ist das Stellventil ein passives Stellventil, welches beim Erreichen eines definierten Fluiddruckes in einer der beiden Zuleitungen, insbesondere in der ersten Zuleitung, von einer Ventilstellung in die andere Ventilstellung umschaltet. Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Stellventil ein elektrisch schaltbares Magnetventil ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf oder an dem Arbeitskolben des Stufenkolben ein Wegsensor angeordnet ist und die Wegsensorinformationen dazu genutzt werden, um das Stellventil zu steuern. Eine weitere Verbesserung besteht darin, dass eine Überwachung der Hydraulikanordnung dadurch erfolgt, dass der Fluiddruck in der ersten und/oder der zweiten Zuleitung und die Daten des Wegsensors am Arbeitskolben ausgewertet werden. Hierbei werden SOLL-Werte/-bereiche mit IST-Werte/-bereiche verglichen und heraus für das Fahrzeug oder den Bediener Steuer- und/oder Warnhinweise abgeleitet.

Eine weitere Ausführungsform und/oder Verbesserung sieht vor, dass mindestens ein Drucksensor in einer der Leitungen oder Leitungsabschnitte vorgesehen ist, so dass über ein Druckmessung der Tastpunkt erkenn- und/oder bestimmbar ist. Diese Bestimmung erfolgt über die Identifikation eines Druckgradienten und/oder eines Absolutdrucks in einer Leitung.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass von der ersten Zuleitung und stromaufwärts zum Stellventil eine Kühl- und Schmierleitung abzweigt, wobei in der Kühl- und Schmierleitung eine (Fluid-)Blende angeordnet ist, über die nur ein sehr geringer Fluidstrom geführt wird. Eine Verbesserung besteht darin, dass das freie Ende der Kühl- und Schmierleitung einen Diffusor aufweist, welcher benachbart zu einem freien Ende des Arbeitskolbens des Stufenkolben angeordnet ist, und insbesondere auf die zu schließende und öffnende Reibkupplung gerichtet ist. Der Diffusor kann insbesondere eine Spaltdüse oder eine Reihe von Einzeldüsen sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist stromaufwärts zur Pumpe ein Tank angeordnet, der als Hydraulikreservoir dient und welcher über eine Versorgungsleitung mit der Pumpe verbunden ist. Vorteilhafterweise ist die Pumpe eine doppelwirkende Pumpe, die sowohl drückend als auch saugend an der ersten Zuleitung arbeiten kann. Vorteilhafterweise ist der Tank ein geschlossener Kessel, der im Unterdrück bis zu 0,8 bar, idealerweise bis zu 0,5 bar betrieben werden kann. Von der Erfindung ist weiterhin eine Reibkupplung mit einer Rotationsachse zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Verbraucher umfasst, die folgendes umfasst oder aufweist

- mindestens ein Reibpaket mit zumindest einer Anpressplatte und zumindest einer korrespondierenden Reibscheibe, über welches im angepressten Zustand ein Drehmoment übertragbar ist; sowie eine Hydraulikanordnung, die nach einem der vorstehend ausgeführten Varianten ausgebildet ist, und wobei der Stufenkolben zum Anpressen des zumindest einen Reibpakets eingerichtet ist. Hierbei kann der Verbraucher auch eine Bremse sein oder als Bremse wirken.

Weiterhin ist von der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Reibkupplung umfasst, wobei mittels eines Stufenkolbens, der unterschiedlich große Wirkflächen aufweist, eine Anpressplatte gegen eine verbraucherseitige Reibscheibe verfahren wird. Dabei weist der Stufenkolben mindestens einen ersten Arbeitsraum (Hauptarbeitsraum) und einen Hilfsraum. Der Hilfsraum liegt dem ersten Arbeitsraum gegenüber und wird bei der Flutung gegenläufig. Weiterhin ist ein zweiter Arbeitsraum umfasst, der bei Flutung zum ersten Arbeitsraum gleichsinnig auf den Stufenkolben wirkt. Hierbei erfolgt der Vortrieb zum Verfahren des Stufenkolbens und Schließen der Reibkupplung mindestens zweistufig.

In der ersten Stufe erfolgt ein schnellerer Antrieb des Arbeitskolbens bei gleicher Antriebsleistung eines Antriebsaggregats, insbesondere einer Pumpe, als in der zweiten Stufe. Hierzu wird:

- in der ersten Stufe das (Hydraulik-)Fluid in den zweiten, kleineren Arbeitsraum geleitet und

- in einer zweiten Stufe wird zusätzlich (Hydraulik-)Fluid in den ersten, größeren Arbeitsraum geleitet wird, wobei idealerweise die (Kolben-)Wirkfläche des ersten Arbeitsraumes größer ist als die (Kolben-)Wirkfläche des zweiten Arbeitsraumes. In der zweiten Stufe ist das Stellventil in eine durchleitende, ersten Ventilstellung geschaltet, wobei das Stellventil in der ersten Stufe in einer mindestens teilweise sperrenden, insbesondere vollständig sperrenden, zweiten Ventilstellung geschaltet ist. Bei einer verbesserten Verfahrensvarianten erfolgt die Rückführung des Stufenkolbens zum Öffnen der Reibkupplung derart, dass die Pumpe saugend an der ersten Zuleitung arbeitet. Hierbei werden gegebenenfalls vorhandene Rückschlagventile geöffnet und durchströmt. Die Ableitung des Hydraulikfluids erfolgt in einen Tank oder ein Reservoir.

Vorteilhafterweise wird hierbei eine Hydraulikanordnung nach einer der vorgenannten Ausführungsvarianten verwendet oder betrieben. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft beschrieben. Es zeigt

Fig. 1.1 , 1.2 eine Ausführungsform der Hydraulikanordnung als Fließschema in zwei Ventilstellungen,

Fig. 2.1 , 2.2 eine zu den Figuren 1.1 , 1.2 verbesserte Ausführungsform als Fließschema in zwei Ventilstellungen und

Fig. 3 einen schematischen Verlauf einer Kupplungskennlinie einer Reibkupplung.

In der Figur 1.1 und 1.2 ist die Hydraulikanordnung 1 in zwei Ventilstellungen 6.1 beziehungsweise 6.2 gezeigt. Die Reibkupplung 2 wird von dem Stufenkolben 3 betätigt. Der Stufenkolben 3 weist einen Arbeitskolben 4.1 auf, der in einem Kolbenraum 5 gelagert ist und linear verfährt. Durch den Arbeitskolben 4.1 wird der Kolbenraum 5 in einen ersten Arbeitsraum 5.1 und einen gegenüberliegenden Hilfsraum 5.2 aufgeteilt. Der in der Figur 1.1 dargestellte Hilfsraum 5.2. in nicht dargestellter Weise belüftet. Weiterhin weist der Kolbenraum 5 einen zweiten Arbeitsraum 5.3 auf, in dem eine Hilfsarbeitskolben 4.2 geführt wird. Druckaufbau in den beiden Arbeitsräumen 4.1 , 4.2 wird über die jeweiligen Wirkflächen in Richtung der Reibkupplung 2, verschließt also das Reibpaket 12. Hierzu weist der erste Arbeitskolben 4.1 einen (Arbeits-)Stößel 16 auf, der die Lagerung 11 für die Anpressplatte 13 und selbige trägt.

Der erste Leitungsweg führt von der Pumpe 6, parallel zur Stellventil 6 in den zweiten, den kleineren Arbeitsraum 5.3 des Stufenkolbens 3. Der zweite Zuleitungsweg von der Pumpe 7 zum ersten Arbeitsraum 5.1 ist zweigeteilt und führt über die erste Zuleitung 20 von der Pumpe 6 zu eine Leitungsknoten, dort über die zweite Zuleitung 21 zu dem beziehungsweise durch das Stellventil 6, das vorliegend als 2/2-Ventil ausgebildet ist. Nach dem Stellventil 6 führt die zweite Zuleitung 21 zum erster Arbeitsraum 5.1. Zwischen dem ersten und zweiten Leitungsweg ist ein erstes Rückschlagventil 17.1 vorgesehen, parallel zum Stellventil 6, dass die erste Zuleitung 20 mit dem zweiten Leitungsabschnitt 21.2 der zweiten Zuleitung 21 verbindet. Ein weiteres, zweites Rückschlagventil 17.2 ist in der Ableitung 23 vorgesehen, die in die zweite Zuleitung 21 am Leitungsknoten zwischen dem ersten und zweiten Leitungsabschnitt mündet. Wie in der Figur 1.2 als gestrichelte Linie zu erkennen, kann eine Hilfsleitung 22 vom Hilfsraum 5.2 vorgesehen werden, die in den Tank 8 und/oder die Ableitung 23 mündet. Hierüber kann beispielsweise eine Schmierung des Hilfsraums 5.2 realisiert werden.

Die Pumpe 6 ist über eine Saugleitung 19 ebenfalls mit dem Tank 8 verbunden. Weiterhin führt eine Kühl- und Schmiermittelleitung 24, in der eine Blende 9 vorsehen ist, zu einem Diffusor 10, der gegenüber dem Reibkupplung 2 angeordnet ist und das Reibpaket 12 schmiert und kühlt. Die Benamung der Elemente und insbesondere Leitungen referiert auf den Arbeitsschritt, wenn Druck aufgebaut wird. Dies ist nicht einschränkend zu verstehen und dient nur dem leichteren Verständnis. Beispielhaft für die Saugleitung 19 ist es dem Fachmann unmittelbar einsichtig, dass im Saugbetrieb der Pumpe 7, wenn diese an der ersten Zuleitung 20 im Unterdrück arbeitet, die Saugleitung 19 als Druckleitung betrieben wird, ohne sie hierfür neu zu benennen.

In der Ausgangsstellung, bei offenem Reibpaket 12, ist das Stellventil 6 durch die Feder 6.1 in die Ventilstellung 6.2, wie in der Figur 1.1 dargestellt vorgespannt und gehalten. Fördert die Pumpe 6 in die erste Zuleitung 20 in den kleineren, zweiten Arbeitsraum 5.3 und das Stellventil 6 sperrt die zweite Zuleitung 21 zum ersten, größeren Arbeitsraum 5.1. Der Arbeitskolben 4.1 wird vom Hilfskolben 4.2 angetrieben nach links verschoben. Bei dieser Fahrt wird Hydraulikfluid aus dem Tank 8, die Ableitung 23, das zweite Rückschlagventil 17.2 in den sich vergrößernden ersten Arbeitsraum 17.2 gesaugt.

Der Vorschub ist durch den sich schnell füllenden zweiten, kleinen Arbeitsraum sehr schnell. Das Reibpaket 12 gelangt in Kontakt, so dass der Vorschub weitestgehend endet, der Schaltpunkt 51 (Figur 3) ist erreicht. Ab einem definierten Druck oder Druckanstieg in der ersten Zuleitung 20, die mittels der Steuerleitung 25 übertragen wird, schaltet das Stellventil 6 in die erste Ventilstellung 6.1. Dies ist die Ventilstellung für die Phase mit hohem Anpressdruck und geringer oder keiner Verschiebung des Stufenkolbens 3. Das Stellventil 6 könnte auch als Magnetventil ausgebildet sein und alternativ angesteuert werden.

Für die Öffnung des Reibpakets 12 durch die Rückfahrt des Arbeitskolbens 4.1 , wird die Pumpe 6 in einen saugenden Betrieb genommen, so dass sie an der ersten Zuleitung 20 und damit an dem gesamten Zuleitungsweg saugt, wodurch der Arbeitskolben 4.1 nach rechts verfährt und zeitgleich der Hilfsraum 5.2 vergrößert wird und sich aus dem Tank 8 mit Hydraulikfluid füllt. Die Abläufe sind in analoger Weise zu den vorherigen Schritten. Über die beiden Rückschlagventile 17.1 und 17.2 kann in beiden Ventilstellungen 6.1 , 6.2 ein Druckausgleich im Leitungssystem hergestellt werden beziehungsweise durch eine Widerstandsdifferenzen in dem Leitungssystem die gezielte Rückfahrt des Stufenkolbens veranlasst werden. Vorteilhafterweise ist im Saugbetrieb durch den direkten ersten Leitungsweg zum zweiten Arbeitsraum 5.3 ein Druckgefälle zum ersten Arbeitsraum 5.1 über das Stellventil 6 bzw. die Rückschlagventile 17.1 und 17.2 gegeben, so dass die Pumpe 6 im Saugbetrieb im zweiten Arbeitsraum 5.3 einen größeren Unterdrück erzeugt. Im Normalbetrieb werden allerdings keine oder nur sehr geringfügige Unterdrücke aufgebaut, weil die in der Kupplung durch das Schließen ge- speicherte Energie dafür sorgt, dass das Fluid aus den Arbeitsräumen 5.1 , 5.3 gedrückt wird. Die Pumpe 6 wird im Wesentlichen in der entgegengesetzten Richtung angetrieben, damit das (Hydraulik-)Fluid definiert, d.h. in die aktive Förderrichtung der Pumpe 6, abfließen und sich der Druck in der Leitung 20 gezielt abbauen kann.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der Hilfsraum 5.2 für Rückstellung des Stufenkolbens 3 fluidisch mit Druck beaufschlagt werden, wobei eine alternative Ausführungsform vorsieht, dass eine Feder oder ein Elastomer in dem Hilfsraum 5.2 angeordnet ist, so dass der Arbeitskolben 4 mit einer öffnenden Kraft beaufschlagt wird.

Die in der Figur 2.1 und 2.2 gezeigt Ausführungsform entspricht denen der Figuren 1.1 und 1.2, wobei das Stellventil 6 statt einer vollständig sperrenden Funktion in der ersten Ventilstellung 6.1 , die Funktion eines Rückschlagventils aufweist, so dass der vorstehen beschrieben Bypass über ein erstes Rückschlagventil 17.1 entfallen kann. In der zweiten Ventilstellung 6.2 ist ein integrierte Rückschlagventil 17.3 im Stellventil 6 vorgesehen.

Schließlich zeigt die Figur 3 eine stark vereinfachte Kupplungskennlinie. Hierbei ist auf der mit 40.1 gekennzeichneten Achse (y-Achse) die Kraft oder der Druck aufgetragen und auf der mit 40.2 gekennzeichneten Achse (x-Achse), der Weg oder das Volumen. In dem Annäherungsschritt 50 wird ein weiter Weg durchlaufen bis der Tastpunkt 51 erreicht ist, bei nur geringem Kraft/Druckanstieg. In der Anpressphase 52 drehen sich die Verhältnisse um. Bei geringem Weg/Volumenfortschritt, findet ein hoher Druckanstieg statt.

Bezuqszeichenliste

Hydraulikanordnung

Reibkupplung

Stufenkolben

Arbeitskolben

4.1 Arbeitskolben

4.2 Hilfsarbeitskolben

Kolbenraum

5.1 Arbeitsraum, erster

5.2 Hilfsraum

5.3 Arbeitsraum, zweiter

Stellventil

6.1 Ventilstellung, erste

6.2 Ventilstellung, zweite

Pumpe

Tank

Blende

Diffusor

Lagerung

Reibpaket

Anpressscheibe

Reibscheibe

Schaltventil

Arbeitsstößel

Rückschlagventile

17.1 Rückschlagventil, erstes

17.2 Rückschlagventil, zweites

17.3 Rückschlagventil, integriertes

Abzweig knoten

Zuleitung

Zuleitung, erste

Zuleitung, zweite

21.1 Leitungsabschnitt, erster

21.2 Leitungsabschnitt, zweiter

Hilfsleitung Ableitung Kühl- und Schmierleitung Steuerleitung 1 y-Achse x-Achse Annäherungsschritt Tastpunkt Anpressphase