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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Betätigung
einer Kupplung, insbesondere einer Kupplung in einem Kraftfahrzeug,
mittels einer Betätigungseinrichtung.
Die Betätigungseinrichtung
besteht hierbei im Wesentlichen aus dem so genannten Nehmerzylinder,
dem Geberzylinder und einer hydraulischen Strecke, die die beiden
miteinander verbindet.
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Es ist bekannt, Kupplungen in einem
Kraftfahrzeug mittels Bauelementen zu betätigen, die hydraulisch beaufschlagbar
sind. Zur unmittelbaren Kupplungsbetätigung dient ein Nehmerzylinder,
der über
eine hydraulische Strecke mit einem Geberzylinder verbunden ist.
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Der Geberzylinder wiederum kann auf
unterschiedliche Weise angetrieben werden. In einer ersten Möglichkeit
wird er mittels eines Kupplungspedals betätigt. Eine weitere Möglichkeit
ist der Antrieb über
ein elektromotorisch betriebenes Exzentergetriebe. Auch kann der
Kolben eines Geberzylinders, wie in der
DE 43 20 204 A1 beschrieben,
mittels einer elektromotorisch angetriebenen Gewindespindel betätigt werden.
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Hierbei ist der Geberzylinder mit
einem Elektromotor fest zu einer Baueinheit verbunden. Bei der um
eine Drehachse rotierenden Motorwelle wird deren, Drehbewegung in
eine Verschiebebewegung des Kolbens im Geberzylinder umgesetzt.
Die Motorwelle und der Geberzylinder sind gleichachsig hintereinander
angeordnet, so dass die Getriebewelle als zur Motorwelle gleichachsiger
Gewindetrieb ausgebildet ist. Die drehfest mit der Motorwelle verbundene Gewindespindel
ist mit einer relativ zum Geberzylinder verdrehfest, axial verschiebbar
geführten,
mit dem Kolben verbundenen Spindelmutter verschraubbar.
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Damit die Kraft beim Betätigen eines
Geberzylinders – und
damit letztendlich einer Kupplung – nicht allein durch den antreibenden
Elektromotor oder die Muskelkraft erfolgen muss, ist in den Geberzylinder
eine entsprechende Kompensationsfeder eingebaut, die beim Pressen
des Geberkolbens mit ihrer Spannkraft beim Auspressen des Fluids
(Hydrauliköl)
hilft. Diese Kompensationsfeder wirkt auf die dem Fluid abgewandte
Stirnseite des Kolbens. Gleichzeitig wirkt auf diese Fläche auch
das Pleuel oder die Gewindespindel des Geberzylinder-Antriebes ein.
Um die Kupplung ausrücken
zu können,
ist eine bestimmte Kraft erforderlich, die vom Kolben des Geberzylinders
in die hydraulische Strecke weitergeleitet werden muss. Allerdings
sind dabei auch die Platzverhältnisse
im Geberzylinder zu berücksichtigen.
Bei der Druckkraftbeaufschlagung des Kolbens des Geberzylinders
durch einen Elektromotor ist die Größe des Spindeldurchmessers
zu berücksichtigen,
der im Zylindergehäuse
bereits einen bestimmten Platz einnimmt. Da dieser bei dieser Antriebsart
bereits vorgegeben ist und aus Festigkeitsgründen nicht verkleinert werden
kann, muss zur Weiterleitung der Ausrückkraft entweder der Weg des
Kolbens und damit der Geberzylinder verlängert oder die Stirnfläche des
Kolbens verkleinert werden, um die genannten Teile räumlich anordnen
zu können.
Bei der in der
DE 43
20 204 A1 vorgestellten Lösung ist der Durchmesser des
Kolbens und damit die Stirnfläche
(Druckfläche)
des Kolbens jedoch derart groß,
dass der durch die Antriebskraft (Pedalkraft, Elektromotor) erzeugte
Druck am Ausgang des Geberzylinders vermindert an das hydraulische
System und damit an den Nehmerzylinder zur Ausrückung der Kupplung weitergeleitet
wird.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung,
den Druck, ausgehend von einer auf den Kolben des Geberzylinders
wirkenden Antriebskraft, in einem hydraulischen System nicht nur
ohne Abfall weiter zu leiten sondern sogar zu erhöhen, ohne
die vorgegebene Bauraumgröße des Geberzylinders
zu verändern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
der Kolben des Geberzylinders in besonderer Weise gestaltet wird.
In einer ersten Ausgestaltung des Geberkolbens ist dieser an der
Stirnseite, die dem Fluid zugewandt ist, kreisringförmig gestaltet.
Mit anderen Worten: der Geberkolben weist hier einen rohrförmigen Querschnitt
auf. Dieser rohrförmige
Querschnitt taucht zugleich in einen äußeren Hohlzylinder und in einen
inneren, vollen Zylinder ein. Der rohrförmige Kolben ist mittels Dichtungen
sowohl gegenüber
dem Hohlzylinder, als auch gegenüber dem
Vollzylinder abgedichtet. Der Rohrkolben hat den entscheidenden
Vorteil, dass die Wandstärke dieses
Kolbens bis zu Werten unter einem Millimeter reduziert werden kann,
wobei er aber durch seinen rohrförmigen
Querschnitt, dennoch eine hohe mechanische Stabilität aufweist.
Die mechanische Stabilität
kann fast auch beliebig gesteigert werden, indem beispielsweise
ein großer
Außen-
und/oder Innendurchmesser für
den Kolben gewählt
werden.
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Um einen höheren Systemdruck bei gleicher Antriebsleistung
zu erhalten, könnte
man auch einen Kolben mit einem sehr kleinen Durchmesser gestalten.
Dadurch ist ein höherer
Druck möglich.
Ein derartiger Kolben aus Vollmaterial hat aber den Nachteil, dass
er bei entsprechenden Kräften
nicht knick- und/oder biegestabil ist. Würde man beispielsweise zur
Erhöhung
zur mechanischen Stabilität
eines derartigen – gewissermaßen stiftförmigen – Kolbens
diesen mit einem zweiten stiftförmigen
Kolben verbinden, so hätte
diese Lösung
den Nachteil, dass nicht nur zwei Zylinderräume in dem Gehäuse des
Geberzylinders geschaffen werden müssten, sondern dass diese auch
noch genau achsparallel realisiert werden müssten. Ein weiterer Nachteil
bestünde
darin, dass diese zwei stiftförmigen
Kolben je mit einem Dichtungssystem versehen werden müssten, was
wiederum aufwändig
ist.
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In einer zweiten Ausgestaltung der
Erfindung ist der Geberkolben nicht rohrförmig, sondern gestuft ausgeführt. Der
Kolben kann hierbei als Vollmaterial ausgebildet sein. Ein gestufter
Kolben arbeitet in der Weise, dass in einem ebenfalls gestuften
Zylinder sich diese Kolben bewegen. Der kleinere Durchmesser des
Geberkolbens bewegt sich in den kleineren Durchmesser des Geberzylinders
und der größere Geberkolben-Durchmesser bewegt
sich in dem größeren Geberzylinder-Durchmesser.
Beide Durchmesserstufen sind zweckmäßigerweise gegeneinander abgedichtet.
Ist nun der Geberkolben in die entsprechende, beschriebene Position
gebracht worden, so bildet sich zwischen dem größeren Geberzylinder-Durchmesser
und dem kleineren Geberkolben-Durchmesser ein ringförmiger Raum,
der mit einem Fluid gefüllt
ist. Wird nun beispielsweise der Geberkolben in Richtung zum kleineren
Geberzylinder-Durchmesser
bewegt, so wird das Fluid aus einem ringförmigen Spalt über einen
dort angeordneten Abgang in das Hydrauliksystem gepresst. Ein derartiger
Kolben hat den Vorteil, dass er, auch wenn er keinen Vollquerschnitt
aufweist – wie
hier später noch
gezeigt – wird,
eine hohe Festigkeit aufweist.
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In einer dritten Lösung befindet
sich in einem äußeren Geberkolben
zusätzlich
ein innerer Geberkolben. In einer ersten Phase des Pressens bewegen sich
beide Kolben synchron voran. Ist ein bestimmter Druck in dem Hydrauliksystem
erreicht, so fährt
anschließend
nur noch der innere Kolben weiter. Der äußere Kolben wird durch eine
Rücklaufsperre
während
des Weiterpressens des kleineren Kolbens durch eine Rücklaufsperre
daran gehindert, sich wieder zurückzubewegen.
Im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung werden noch weitere
Details erläutert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung
wird der Geberzylinder (genauer gesagt der Kolben des Geberzylinders)
mittels eines Elektromotors angetrieben. Der Antrieb mittels eines
Elektromotors ist deshalb vorteilhaft, weil durch das Vorhandensein
eines Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug, diese Antriebsmöglichkeit
in einfacher Form zur Verfügung
steht. Außerdem
gibt es eine Vielzahl von – speziell
für die Kraftfahrzeugindustrie
entwickelte – Elektromotoren, so
dass man inzwischen aus einem umfangreichen Sortiment von Kfz-Elektromotoren auswählen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung wird der Elektromotor mittels eines Gewindegetriebes mechanisch
an den Geberkolben angebunden. Das Gewindegetriebe besteht aus einer Gewindespindel
und einer Gewindemutter, wobei eines dieser beiden Teile in seiner
Drehmöglichkeit
behindert und das andere Teil gedreht wird, wodurch dann insgesamt
durch das Drehen des drehbaren Teiles aus einer rotatorischen Bewegung
eine translatorische Bewegung erzeugt wird. In einer Ausgestaltung
dieses Gewindegetriebes ist die Gewindespindel an der Rotorachse
des Elektromotors und die Gewindemutter an dem Geberkolben angebracht. Diese
Anordnung ist aber nicht zwingend erforderlich, denn – je nachdem
wie es konstruktive Gesichtspunkte erforderlich machen – kann auch
die Gewindemutter an der Drehachse des Elektromotors angebracht
sein und die Gewindespindel an dem Geberkolben. In einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung, ist aber die Gewindespindel nicht nur
an der Rotorachse des Elektromotors angebracht, sondern sie ist
sogar auch einstückig
gefertigt. Das heißt,
die Rotorachse des Elektromotors ist länger ausgeführt als sie sonst sein müsste und
ist an diesem überstehenden
Ende mit einem Gewinde versehen.
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Unter Gewinde ist im Rahmen der vorliegenden
Erfindung nicht nur ein genormtes Bewegungs- oder Befestigungsgewinde
zu verstehen, sondern unter Gewinde ist jede Form zu verstehen,
welche aus einem inneren und einem äußeren Teil besteht und durch
eine Relativdrehbewegung eine translatorische Bewegung erzeugt.
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Wie schon erwähnt, kann mit einem Elektromotor
der Geberkolben vorteilhaft angetrieben werden. In einer weiteren
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dieser Elektromotor
als Schrittmotor ausgebildet. Dieses ist deshalb vorteilhaft, weil
mit einem Schrittmotor und einer entsprechenden Ansteuerung ein
definierter Drehwinkel bewerkstelligt werden kann. Dieser Drehwinkel
kann Bruchteile und/oder definierte Vielfache einer einzigen Bewegung
ausmachen. Aus derart definierten Drehbewegungen resultieren durch
eine Anbindung des Geberkolbens mittels eines Gewindegetriebes definierte Kolbenhübe des Geberkolbens.
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Aber auch der Antrieb mittels eines
Gleichstrommotors kann vorteilhaft sein, denn er benötigt keine
aufwändige
Ansteuerung und ist deshalb kostengünstig. Will man eine Information über den
tatsächlich
von dem Elektromotor zurückgelegten
Weg erhalten, so kann man sowohl beim Gleichstrommotor als auch
beim Schrittmotor mittels eines Drehwinkelsensors den tatsächlich zurückgelegten
Drehwinkel erfassen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist dieser Drehwinkelsensor als Hall-Sensor ausgestaltet.
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An Stelle einer Drehwinkel-Sensorik – oder aber
auch zusätzlich – kann der
Geberkolben mit einem Absolut-Wegmesssystem ausgestattet sein. Ein Absolut-Wegmesssystem
kann sehr vorteilhaft sein, weil nach einem – beispielsweise kurzzeitigen – Ausfallen
der Ansteuerung eines Elektromotors, keine Information mehr vorliegt,
in welcher Stellung der Geberkolben zuletzt stand. Ein Absolut-Wegmesssystem
liefert vorteilhafter Weise in jeder Situation die tatsächliche
Position des Geberkolbens, sodass ein Fahren des Geberkolbens über eine
seiner zulässigen
Endpositionen hinaus, nicht möglich
ist. Das Absolut-Wegmesssystem kann beispielsweise in der Form aufgebaut
sein, indem ein Ferritkern, welcher mit dem Geberkolben gekoppelt
ist, in eine ortsfeste Spule eintaucht.
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„Ortsfest" bedeutet hier, dass die Spule mit dem
Gehäuse
des Geberzylinders oder in irgendeiner anderen Form mit den ruhenden
Teilen des Geberzylinders verbunden ist. Nicht nur die bisher beschriebene
Kinematik, sondern auch die Dynamik eines Geberkolbens kann für die Betätigung einer Kupplung
wichtig sein, denn die Wegzeitdiagramme des Kupplungshubes können je
nach Anwendungsfall sehr unterschiedlich sein und die Wegzeitdiagramme
sind durch den Geberkolben und seinem Antrieb zu erfüllen. Deshalb
ist es besonders vorteilhaft, wenn der Elektromotor bezüglich seines
Drehmomentes oder seiner Drehzahl in seinem zeitlichen Verlauf steuer-
oder auch sogar regelbar ist.
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Durch den Betrieb des Fahrzeuges – insbesondere
durch den Betrieb der Kupplung – kommt
es zur Erwärmung
zur Hydraulikflüssigkeit.
Bei einer Erwärmung
der Hydraulikflüssigkeit
dehnt sich der Nehmerzylinder – also
der Zylinder, der der Kupplung zugewandt ist – in Richtung Kupplung aus.
Dadurch wird die Kupplung zumindest teilweise betätigt. Dieses
führt gegebenenfalls
zu einem unbeabsichtigten Schlupfen der Kupplung, wodurch der Kupplungsbelag
Schaden nehmen kann. Aus diesem Grunde ist es auch für die vorliegende
Erfindung von Bedeutung, wenn der Geberzylinder mit einer so genannten Schnüffeleinrichtung
ausgerüstet
wird. Diese Schnüffeleinrichtung
würde in
der Ruhestellung des Geberzylinders, die erwärmte, ausgedehnte Hydraulikflüssigkeit
in ein Ausgleichsgefäß strömen lassen. Kommt
es beispielsweise in einer längeren
Ruhepause des Fahrzeuges zu einem Abkühlen der Hydraulikflüssigkeit,
so saugt das System selbsttätig
aus dem Ausgleichsbehälter
Hydraulikflüssigkeit
nach. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, ist ein
Innenraum des Geberkolbens selbst der Ausgleichsbehälter. In
der Figurenbeschreibung wird dieses noch ausführlich erläutert werden.
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Es versteht sich, dass der Geberkolben
im Rahmen der Erfindung auch mit einer Pleuelstange bewegt werden
kann. Diese Pleuelstange kann wiederum mittels eines elektromotorisch
angetriebenen Exzenters oder eines Fußpedales angetrieben werden.
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Die Erfindung soll nun anhand der
Figuren näher
erläutert
werden. Es zeigen:
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1 einen
Geberzylinder gemäß dem Stand
der Technik;
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2 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele
von erfindungsgemäßen Geberzylindern;
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8 einen
rohrförmigen
Geberkolben mit Schnüffeleinrichtung;
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9 und 12 weitere Ausführungsbeispiele von
Geberkolben mit Schnüffeleinrichtung;
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13a und 13b detailreiche Darstellung
eines stufigen Geberkolbens;
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14a und 14b detailreiche Darstellung
eines rohrförmigen
Geberkolbens;
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15a bis 15a Arbeitsfolge eines Geberzylinders
mit einem äußeren und
einem inneren Geberkolben.
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Im Zusammenhang mit den 1 bis 7 muss vorausgeschickt werden, dass teilweise
umlaufende Linien weggelassen wurden, um die Darstellungen übersichtlicher
zu gestalten. Die Bezugszeichen haben in allen Figuren die gleiche
Bedeutung.
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In der 1 ist
schematisch ein Geberzylinder für
den Stellantrieb einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung aus dem Stand der Technik
zu sehen. In einem Geberzylinder-Gehäuse 1 ist
ein zylindrischer Geberkolben 2 angeordnet. Der Geberkolben 2 wird
mittels eines Gewindegetriebes 3 in axialer Richtung bewegt.
Das Gewindegetriebe 3 besteht aus einer Gewindemutter 4 und
einer Gewindespindel 5, welche in einem Lager 7 geführt und
abgestützt wird.
Wenn sich die Gewindespindel 5 dreht, so ergibt sich für den Geberkolben 2 eine
translatorische Bewegung, da der Geberkolben 2 wegen einer
Verdrehsicherung 8 an einer Drehbewegung gehindert wird.
Bewegt sich der Geberkolben 2 nach rechts, so presst die
Druckfläche 9 das
Fluid (Hydrauliköl)
zum Anschluss 10 (für
eine hydraulische Strecke) hinaus. Ein Druckweg 15 wird
hierbei zurückgelegt.
Eine Dichtung 11, die entweder im Gehäuse 1 oder im Geberkolben 2 angeordnet
sein kann, reduziert einen möglichen
Leckage-Ölstrom.
Damit die hydraulische Presskraft nicht allein durch die Drehbewegung
an der Gewindespindel 5 aufgebracht werden muss, ist auf
der der Druckfläche 9 entgegen
gesetzten Stirnfläche
des Kolbens eine Druckfeder – eine
so genannte Kompensationsfeder 6 – angeordnet. Mit dieser Kompensationsfeder 6 wird
zu Beginn des Hubes zunächst
eine starke Kraft ausgeübt.
Mit zunehmender Bewegung des Geberkolbens 2 nach rechts,
lässt aber
die Kraft der Kompensationsfeder 6 wegen ihrer Entspannung
nach.
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Beim Stand der Technik entspricht
die Größe der Stirnfläche mit
der Gewindemutter 4 und der Kompensationsfeder 6 im
Wesentlichen der Druckfläche 9 des
Geberkolbens 2 und ergibt sich aus den erforderlichen Durchmessern
der Kompensationsfeder 6 und der Gewindespindel 5.
Dieser Umstand ist ein Nachteil, da sich so keine kleinen Druckflächen realisieren
lassen. Durch kleinere Druckflächen
lassen sich bei gleich bleibender Antriebsleistung aber höhere Drücke realisieren.
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Mit der 2 wird ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Geberzylinders
gezeigt. Der Geberkolben 12 ist hier rohrförmig gestaltet.
Zwei Dichtungen 11 dichten ihn sowohl innen, als auch außen ab.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Gewindespindel 5 drehfest am Geberkolben 12 angebracht und
taucht je nach Drehrichtung der Gewindemutter 4 unterschiedlich
stark in sie ein. Die Kompensationsfeder 6 ist an dem Ende
des Kolbens angeordnet, welches der Lagerung 7 der Gewindemutter 4 abgewandt
ist. Wird in diesem Ausführungsbeispiel
Fluid ausgepresst, so ist dieses mit einem „Ziehen" des Geberkolbens 12 verbunden.
Daraus ergibt sich auch, dass der Anschluss 10 nahe der
Lagerung 7 der Gewindemutter 4 platziert ist.
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Der rohrförmige Geberkolben 12 ist
in der 2 sogar topfförmig dargstellt.
Der „Topfboden" ist hierbei die
Fläche,
an der die Gewindespindel 5 angreift. Bewegt sich nun der
Kolben 12 beispielsweise nach links, so würde das
linksseitige Volumen (ggf. mit Öl
und/oder Luft erfüllt)
komprimiert werden. Entsprechend würde das rechtsseitige Volumen
entspannt werden. Durch diese Volumen-Änderungsarbeit wäre für den Antrieb
des Geberkolbens 12 zusätzliche
Arbeit zu leisten. Deshalb ist hier vorteilhafter Weise eine Bohrung 13 für einen
Druckausgleich angebracht worden. Auch bei der Anbindung der Gewindemutter 4 an
einen Drehantrieb könnte
eine Bohrung 13 für
den Druckausgleich angebracht sein. Erfolgt diese Anbindung aber
nicht mittels eines rohrförmigen
Verbindungsteiles, sondern mittels einer offenen Struktur – beispielsweise
einer Gitterstruktur oder Speichen – so benötigt man keine Bohrung 13.
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In den 2 bis 14 ist nirgends eine Verdrehsicherung 8 für den Geberkolben 12 oder 14 gezeigt.
Aber auch für
diese Ausführungsbeispiele
ist sie vorteilhaft, denn ein Mitdrehen des Geberkolbens würde eine
eindeutige Zuordnung der Drehbewegung zur translatorischen Bewegung
erschweren. Nur ein Absolut-Wegmesssystem könnte dann noch die tatsächliche
Position des Kolbens ermitteln. Im Folgenden ist auch anzumerken,
dass Bezugszeichen einer Figur, die bei der Beschreibung einer Figur
nicht erwähnt
wurden, sich aus anderen Figuren herleiten lassen, da sie in allen
Figuren die gleiche Bedeutung haben.
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In der 3 liegt
der Anschluss 10 dem Ende gegenüber,
an dem das Lager 7 angeordnet ist. Da die Kompensationsfeder
6 beim Auspressen des Fluids die Kolbenbewegung mit unterstützen soll,
ist sie zwischen dem Lagerschild und dem „Topfboden" angeordnet. Wie man schon durch den
Vergleich der 2 und 3 sehen kann, sind eine Vielzahl
von Anordnungen möglich.
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Mit der 4 wird ein weiterer Typ eines erfindungsgemäßen Geberkolbens
offenbart. Dieser Kolben 14 ist stufig gestaltet. Diese
Stufe ergibt sich dadurch, dass zwischen zwei außen liegenden Durchmessern
des Kolbens 14 eine ringförmige Kammer gebildet wird.
Durch eine geeignete Stufung der Durchmesser kann ein sehr kleines
Volumen dosiert werden. Es ließen
sich Durchmesserunterschiede beispielsweise von nur wenigen Zehntel
Millimetern gestalten. Eine derart geringe Wandstärke wäre bei einem
rohrförmigen
Kolben 12 nur unter Schwierigkeiten realisierbar.
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Auch bei den stufenförmigen Geberkolben 14 lassen
sich eine Vielzahl von Varianten realisieren, wie den 5 bis 7 zu entnehmen ist. Je nachdem, ob die
Gewindespindel 5 oder die Gewindemutter 4 drehend
ausgebildet ist oder ob zum Auspressen des Fluids der Geberkolben 14 gedrückt oder
gezogen wird. Es soll an dieser Stelle hervorgehoben werden, dass
das jeweils drehbare Teil (Gewindemutter oder Gewindespindel) nicht
als separates Bauteil, sondern auch einstückig mit einer Rotorachse – beispielsweise
mit der Rotorachse eines Elektromotors – gestaltet sein kann.
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Der Nehmerzylinder und der Geberzylinder sind
mittels der hydraulischen Strecke ein Kommunizierendes System. Die
dem Fluid zugewandten Oberflächen
der Kolben begrenzen das System. Dehnt sich beispielsweise das Fluid
durch Erwärmung
aus und eine der zugewandten Oberflächen ist bereits in ihrem hinteren
Anschlag (z.B. Geberkolben), so würde der Nehmerkolben in Richtung
Kupplung wandern und dadurch die Kupplung betätigen. Bei einem Schrumpfen
des Fluids ergeben umgekehrte Probleme. Deshalb benötigt man
eine Ausgleichsmöglichkeit
für das
Fluid, wenn die Kupplungsbetätigungseinrichtung
im Ruhezustand ist. Der Ausgleich des Fluids wird auch Schnüffeln genannt. Hierbei
befindet sich der Geberkolben 12, 14 in einer Stellung,
in der er eine Schnüffelöffnung 18 im
Geberzylinder-Gehäuse 1 freigibt.
Die Schnüffelöffnung 18 ist
mit einem Ausgleichsgefäß verbunden.
Wenn der Geberkolben 12, 14 betätigt wird,
dann muss zunächst
eine Dichtung 11 passiert werden, die den Druckraum zur
Schnüffelöffnung hin
abdichtet. Dadurch bleibt das eingesperrte Fluid-Volumen konstant und kann auch nicht über die
Schnüffelöffnung 18 in
den hier nicht dargestellten Ausgleichsbehälter strömen. Damit die entsprechende
Dichtung 11 nicht durch die an ihr vorbeifahrende Geberkolben-Kante beschädigt werden
kann, ist diese Kante – die
so genannte Schnüffelkante 19 – mit einer
umlaufenden Schräge
und/oder mit einer Abrundung versehen.
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Mit den 8 bis 12 werden
verschiedene Ausgestaltungen von Schnüffelöffnungen 18 und Schnüffelkanten 19 gezeigt.
In der 8 handelt es sich
um eine Ausgestaltung in Verbindung mit einem rohrförmigen Geberkolben 12.
In den 9 und 10 ist ein stufiger Geberkolben 14 dargestellt.
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In den 11 und 12 ist je ein Halbschnitt
eines Geberzylinders zu sehen, der ohne eine Schnüffelöffnung gestaltet
ist. Ein Ausgleich des Fluids erfolgt in der 11 in der Weise, dass der Geberkolben 12 nach
oben kurz über
die beiden Dichtungen hinaus gezogen wird. Durch eine geeignete
Lage des Geberzylinder-Gehäuses 1 – beispielsweise
wie hier gezeigt, senkrecht – steht
dann der Anschluss 10 mit dem Fluid in Verbindung. Bei
einem erwärmten
und damit expandierten Fluid kann dieses dann in den Vorratsraum
strömen.
Bei einem erkalteten Fluid kann dieses in den Raum zwischen Geberkolben 12 und
Nehmerkolben einströmen.
Das Schnüffeln
dient aber auch dazu, um mögliche
Gasblässchen
in der hydraulischen aus derselben zu entfernen.
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In der 12 ist
der Geberkolben 14 stufenförmig ausgestaltet. Fährt der
Geberkolben 14 weiter nach unten, so gleitet die obere
Dichtung 11 an der Schnüffelkante 19 vorbei.
Hier ist dann ebenfalls der Raum zwischen Geberkolben 14 und
dem Nehmerzylinder für
einen Fluidaustausch offen.
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Damit der Fluidaustausch erleichtert
wird und auch damit die Dichtungen 11 besser vor Beschädigungen
geschützt
werden, sind die Schnüffelkanten 19 häufig in
besonderer gestaltet. Zum einen können die Schnüffelkanten
als umlaufende Phase ausgebildet sein. In. einer weiteren Ausgestaltung können die
Schnüffelkanten 19 aber
auch mit sternförmig
angeordneten – meist
sogar ausgerundeten – Ausnehmungen
versehen sein. Häufig
werden jedoch beide Lösungen
miteinander kombiniert.
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Den in den 11 und 12 dargestellten
Versionen der Geberkolben 12, 14 ist gemeinsam,
dass sie ohne eine Schnüffelöffnung 18 auskommen.
Dieses ist vorteilhaft, weil dadurch Fertigungsaufwand und damit
Kosten verringert werden können.
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Die 13a und 13b zeigen verschiedene, um
die Längsachse
des Geberzylinders geschwenkte, Detail-Schnitte ein und desselben
Geberzylinders. Hier ist der Geberzylinder mit einem Elektromotor 20 zu
sehen. Der Elektromotor 20 ist mittels eines elektrischen
Anschlusses 27 sowohl mit elektrischer Energie, als auch
mit Steuerleitungen verbunden. Das Geberzylinder-Gehäuse 1 ist
an der Stelle, an der der Pfeil mit dem Bezugszeichen gesetzt ist,
teilbar. Der Anschluss 10 für die hydraulische Strecke
ist in den 13a und 13b nicht zu sehen, weil
er entweder von dem geschnittenen Teil verdeckt wird oder weil er vor
der Schnittebene läge
und deshalb nicht darstellbar ist. Der Geberkolben 14 ist
hier wieder stufenförmig
ausgebildet. Die Gewindespindel 5 greift in eine Gewindemutter 4,
die wiederum in dem „Kern" des Geberkolbens 14 angeordnet
ist. In der 13a kann
man sehen, dass zusätzlich
in dem „Kern" – oberhalb und unterhalb der
Mutter 4 – achsparallele Öffnungen angeordnet
sind. In diese Öffnungen
greifen Verdrehsicherungen 8 ein, die drehfest mit der
linken Spindel-Lagerung verbunden sind. Durch diese Lösung kann
trotz möglicher
Reibungskräfte
zwischen Gewindemutter 4 und Gewindespindel 5,
der Geberkolben 14 im Wesentlichen keine Drehbewegung ausüben, wodurch
die axiale Komponente des Gewindegetriebes im vollen Umfang auch
als axialer Weg des Geberkolbens 14 wiedergegeben wird.
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Wie den 13a und 13b zu
entnehmen ist, ist der stufenförmige
Geberkolben 14 – zur
Aufnahme der Kompensationsfeder und bei einer linksseitigen Position
des Kolbens zur Aufnahme der linksseitigen Spindel-Lagerung – innen
hohl. Wegen der Öffnungen
für die
Verdrehsicherungen 8 im „Kern", besteht eine Durchlässigkeit – zum Beispiel
für eine
Fluid – von
der rechten Hälfte
des Geberzylinders in die linke Hälfte und umgekehrt. Deshalb
kann das Innere des Geberzylinder-Gehäuses 1 auch als Vorratsbehälter für das Fluid
genutzt werden. Damit aber ein erfolgreiches „Schnüffeln" möglich
ist, muss das Geberzylinder-Gehäuse 1 im
Wesentlichen senkrecht angeordnet werden. Wichtig ist hierbei, dass
die Dichtkante der linken Dichtung 11 (in der vertikalen
Position des Geberzylinder-Gehäuses
dann der oberen Dichtung) vollständig
mit Fluid bedeckt ist, damit keine Luft oder ein anderes Gas in
die hydraulische Strecke gelangen kann.
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Mit den 14a und 14b wird
nun ein Geberzylinder mit einem rohrförmigen Geberkolben 12 in
zwei verschiedenen detaillierten Axialschnitten gezeigt. Der Innenraum
des Gehäuses
wird nun allerdings nicht als Vorratsbehälter für das Fluid genutzt, sondern
das Fluid gelangt aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter über die
Schnüffelöffnung 18 in den
Bereich zwischen die Dichtungen 11. Im Gegensatz zu den 13a und 13b ist hier das Geberzylinder-Gehäuse 1 nicht
geteilt, sondern hier ist das Endstück des Geberzylinders mit dem
rohrförmigen
Hubraum als separate Baugruppe ausgestaltet, die mittels eines Sicherungsringes 30 in
dem Geberzylinder-Gehäuse gehalten
wird.
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Der mit den 15a bis 15e dargestellte
Geberzylinder stellt einen weiteren erfindungsgemäßen Geberkolben
dar. Ferner veranschaulichen die 15a bis 15e eine Abfolge von Funktionsschritten. Hier
besteht der Geberkolben aus einem äußeren, kreisringförmigen Geberkolben 21 und
einem inneren, kreisförmigen
Geberkolben 22. Ein Elektromotor 20 ist mit einer
Gewindespindel 5 verbunden, die wiederum in einer Gewindemutter 4 angeordnet
ist. Die Gewindemutter 4 ist hier zugleich eine Achse,
die eine Traverse 26 trägt
und auch den inneren Geberkolben 22 verkörpert. An
der Traverse 26 – die
zu zumindest teilweise Platz in einer Ausnehmung des äußeren Geberkolben 21 findet – liegt
auch eine Kompensationsfeder 6 an. In einer Verlängerung
des äußeren Geberkolben 21 ist
mindestens eine Rücklaufsperre 23 (linearer
Freilauf) angeordnet. In dem Beispiel der 15 greift die Rücklaufsperre 23 in
eine axial sich erstreckende Ausnehmung, so dass sich der innere
Geberkolben 22 nicht mit der Gewindespindel 5 mitdrehen
kann.
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Die Geberkolben 21, 22 sind
in einer besonderen Weise abgedichtet. Ein kreisringförmiges, dichtendes
Element ist auf der Stirnfläche
des äußeren Geberkolbens 21 angebracht.
Dieses Element dichtet dadurch den äußeren Geberkolben 21 gegenüber der
Zylinderfläche
des Geberzylinders, und dichtet zugleich zwischen dem äußeren Geberkolben 21 und
dem inneren Geberkolben 22 ab.
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Die 15a zeigt
den Geberzylinder in Ruhe- bzw. in Ausgangsstellung. Der äußere Geberkolben 21 wird
durch eine Pressfeder 25 belastet. Er kann sich aber nicht
nach links bewegen, da die Traverse 26 in entgegen gesetzter
Richtung – über den Umweg
der Sperrkugeln der Freilauf-Sperre 23 – den äußeren Geberkolben 21 festhält. Dreht
sich nun der Elektromotor 20 entsprechend, so wird die
Gewindemutter 4 – zusammen
mit der Traverse 26 und dem inneren Geberkolben 22 – nach links
bewegt. Der äußere Geberkolben 21 bewegt
sich solange synchron (15b und 15c) mit dem inneren Geberkolben 22, bis
ein Kräftegleichgewicht
zwischen seiner Pressfläche
und der Pressfeder 25 entsteht. Da sich aber der innere
Geberkolben 22 durch den Antrieb des Elektomotors 20 immer
weiter nach links bewegt, erhöht sich
der hydrostatische Druck im System. Der äußere Geberkolben 21 versucht
dann nach rechts auszuweichen, kann dieses aber nicht, weil die
Kugeln der Rücklaufsperre 23 diese
Bewegung stoppen. Der Elektromotor 20 ist trotz der Druckzunahme
in der Lage den inneren Geberkolben 22 noch weiter nach links
pressen, da er eine Reaktionskraft auf den Motor ausübt, die
dieser mit seiner Leistung noch bewerkstelligen kann.
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Wenn die Drehrichtung des Elektromotors 20 geändert wird,
so fährt
zunächst
der innere Geberkolben 22 ein, bis die Traverse 26 die
Kugeln der Rücklaufsperre 23 entriegelt.
Der äußere Geberkolben 21 schnellt
dann aber nicht nach rechts zurück,
denn er wird ja von der Pressfeder 25 belastet, die bei
der Bewegung nach rechts wieder gespannt wird.
-
Der Geberzylinder der 15a bis 15e ist zwar nicht mit einer Schnüffelöffnung 18,
und der äußere Geberkolben 21 nicht
mit einer Schnüffelkante 19 gezeichnet
worden, aber es versteht sich, dass auch diese Kolben-im-Kolben-Lösung damit
ausgerüstet
sein kann.
-
- 1
- Geberzylinder-Gehäuse
- 2
- Geberkolben
(Druckfläche
Vollkreis)
- 3
- Gewindegetriebe
- 4
- Gewindemutter
- 5
- Gewindespindel
- 6
- Kompensationsfeder
- 7
- Lager
- 8
- Verdrehsicherung
- 9
- Druckfläche
- 10
- Anschluss
für hydraulische
Strecke
- 11
- Dichtung
- 12
- Geberkolben
(rohrförmig)
- 13
- Bohrung
für Druckausgleich
- 14
- Geberkolben
(stufenförmig)
- 15
- Druckweg
des Geberkolbens
- 16
- D-außen
- 17
- D-innen
- 18
- Schnüffelöffnung
- 19
- Schnüffelkante
- 20
- Elektromotor
- 21
- äußerer Geberkolben
- 22
- innerer
Geberkolben
- 23
- Rücklauf-Sperre
(linearer Freilauf)
- 24
- Doppeldichtung
- 25
- Pressfeder
- 26
- Traverse
- 27
- elektrischer
Anschluss
- 28
- „Kern"
- 29
- Vorratsraum
- 30
- Sicherungsring