DE102004031484B4

DE102004031484B4 - Hydraulisches System

Info

Publication number: DE102004031484B4
Application number: DE102004031484.5A
Authority: DE
Inventors: Roland Bley; Matthias Zink
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2024-07-01
Also published as: FR2857422B1; GB2404230B; JP2005030595A; US7159704B2; GB0414845D0; BRPI0402679B1; BRPI0402679A; US20050006195A1; FR2857422A1; DE102004031484A1; GB2404230A; JP4882123B2

Abstract

Hydraulisches System (1) in einem Kraftfahrzeug zur Betätigung einer Reibungskupplung (95) mit einer zwischen einer mit einer Kurbelwelle (97) einer Brennkraftmaschine (97) drehfest verbundenen Druckplatte (95a) und einer Anpressplatte (95b) entgegen der Wirkung einer Tellerfeder (95c) verspannbaren, drehfest mit einer Getriebeeingangswelle (98) eines Getriebes verbundenen Kupplungsscheibe (95d), wobei ein Nehmerzylinder (93) mittels einer Ausrückmechanik (94) die Tellerfeder (95c) axial beaufschlagt und damit die Reibungskupplung (95) aus- und einrückt und ein von einem Fahrer oder mittels einer Aktorik automatisiert betätigter Geberzylinder (92) mit einem Gehäuse (92a) den Nehmerzylinder (93) beaufschlagt, wobei im hydraulischen System (1) eine zumindest zweistufige Federeinrichtung vorgesehen ist, bei der eine erste Stufe (103) einen über einen Ausrückweg abfallenden Kraftverlauf der Tellerfeder (95c) zumindest teilweise kompensiert und eine zweite Stufe (104) den Geberzylinder (92) in seine Ruhestellung bei eingerückter Reibungskupplung (95) zurückführt, wobei die erste Stufe (103) der Federeinrichtung als eine Schraubenfeder ausgebildet ist und in einem Druckraum (106) des Geberzylinders (92) angeordnet ist und von einem Druckkolben (107) in einem zweiten Teilbereich seines Verfahrweges axial beaufschlagt wird, wobei die Schraubenfeder (109, 110) zumindest zwei Teilbereiche (111, 112, 113) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System in einem Kraftfahrzeug zur Betätigung einer Reibungskupplung mit einem eine Tellerfeder der Kupplung beaufschlagenden Nehmerzylinder und einem diesen beaufschlagenden, manuell oder automatisiert betätigten Geberzylinder.
Derartige Systeme sind bekannt und werden in Kraftfahrzeugen zur Betätigung der Kupplung eingesetzt, wobei der Geberzylinder mittels eines Pedals vom Fahrer direkt oder servounterstützt oder mittels einer Aktorik, beispielsweise einem Elektromotor, wobei ein Steuergerät unter Auswertung entsprechender Eingangsgrößen, beispielsweise der Motordrehzahl, der Stellung der Kraftstoffbemessungsvorrichtung, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Kupplungszustand wie Kupplungswärme und dergleichen, dem Getriebezustand und/oder einem Fahrerwunsch die Betätigungsbedingungen für die Kupplung bestimmt, betätigt werden kann. Die zu betätigende Kupplung ist dabei in der Weise aufgebaut, dass eine Druckplatte, die aus dem mit der Kurbelwelle des Motors verbundenen Schwungrad oder dem Sekundärteil eines Zweimassenschwungrades oder einem mit einem dieser verbundenen Bauteil gebildet sein kann, in Zusammenwirkung mit einer Anpressplatte, die axial verlagerbar und drehfest mit der Druckplatte verbunden ist, entgegen der Wirkung einer Tellerfeder eine Kupplungsscheibe verspannt, die drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist. Dabei wird die Tellerfeder von dem Nehmerzylinder beaufschlagt und somit die Kupplung ein- und ausgerückt. Der durch den Nehmerzylinder initiierte Kupplungsweg von einer geschlossenen über eine schlupfende zu einer geöffneten Kupplung zeigt dabei den typischen Kraftverlauf einer Tellerfeder mit zunächst ansteigender, dann ein Maximum durchlaufender und danach absinkender Ausrückkraft. Um einen gleichmäßigeren Kraftverlauf über den Ausrückweg zu erzielen, wurden insbesondere bei selbst nachstellenden Kupplungen verschiedene Ausführungen von Kompensationsfedern an der Kupplung vorgeschlagen. Die Kompensationsfedern benötigen axialen Bauraum und sind teilweise vom Verschleißzustand der Kupplung bezüglich ihrer Kraftentfaltung abhängig, so dass eine Kompensation der abfallenden Tellerfederkennlinie über die Lebensdauer der Kupplung schwierig ist. Diese Problematik ergibt sich in ähnlicher Weise für gedrückte und gezogene Kupplungen.
Weiterhin ist bekannt, so genannte Rückstellfedern für die Pedalrückführung vorzusehen, die das Pedal bei einrückender Kupplung in den unbetätigten Zustand zurückstellen und dabei die Tellerfeder unterstützen, die in diesem Bereich, also vor Anstieg zum Maximum der Kraftkonstante, unterstützen.
Aus der DE 689 02 234 T2 ist ein Hydraulikzylinder bekannt, welcher zwei Federn aufweist, welche unterschiedliche Funktionen besitzen: Die eine Feder soll den Kolben in seiner Neutralstellung gegen einen Anschlag drücken, die Hauptfeder soll eine Gegenkraft zum Kolben erzeugen, wenn dieser betätigt wird. Ein ähnlicher Hydraulikzylinder ist in der DE 40 00 835 A1 offenbart. Weiterer Stand der Technik ist in der DE 10 2007 047 422 A1 angegeben.
Aufgabe der Erfindung ist, den Stand der Technik weiter zu entwickeln und eine bauraumneutrale sowie kostengünstige Lösung zum Ausgleich des ungleichmäßigen Kraftverhaltens der Tellerfeder über den Ausrückweg vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch ein hydraulisches System nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
Die Aufgabe wird durch ein hydraulisches System in einem Kraftfahrzeug zur Betätigung einer Reibungskupplung mit einer zwischen einer mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine drehfest verbundenen Druckplatte und einer Anpressplatte entgegen der Wirkung einer Tellerfeder verspannbaren, drehfest mit einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes verbundenen Kupplungsscheibe gelöst, wobei ein Nehmerzylinder mittels einer Ausrückmechanik die Tellerfeder axial beaufschlagt und damit die Reibungskupplung aus- und einrückt, ein von einem Fahrer oder mittels Aktorik automatisiert betätigter Geberzylinder den Nehmerzylinder beaufschlagt und im hydraulischen System eine zumindest zweistufige Federeinrichtung vorgesehen ist, bei der eine erste Stufe eine über einen Ausrückweg abfallenden Kraftverlauf der Tellerfeder zumindest teilweise kompensiert und eine zweite Stufe den Geberzylinder in seine Ruhestellung bei eingerückter Reibungskupplung zurückführt, wobei die erste Stufe der Federeinrichtung als eine Schraubenfeder ausgebildet ist, die von einem Druckkolben in einem zweiten Teilbereich ihres Verfahrweges axial beaufschlagt wird und in einem Druckraum des Geberzylinders angeordnet ist, wobei die Schraubenfeder zumindest zwei Teilbereiche mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist. Vorteilhafterweise ist diese erste Stufe im hydraulischen System selbst und nicht an der Reibungskupplung angeordnet, wobei zumindest die zweite Stufe in einem der Bauteile beispielsweise im Geberzylinder oder im Nehmerzylinder bauraumneutral untergebracht werden kann. Besonders vorteilhaft ist die Unterbringung der ersten Stufe in Form eines Energiespeichers im Druckraum des Geberzylinders, wobei dieser von einem Kolben des Geberzylinders in einem zweiten Teilbereich des Verfahrwegs des Kolbens axial beaufschlagt wird und der erste Teilbereich des Verfahrwegs ohne Beaufschlagung des Energiespeichers durch den Kolben zurückgelegt wird. Dabei ist der erste Teilbereich vorteilhafterweise so ausgelegt, dass eine Beaufschlagung des Energiespeichers vor Erreichens des Maximums des Kraftverlaufs der Tellerfeder nicht erfolgt. Die zweite Stufe kann in dieser Ausgestaltungsform wie an sich vorgesehen im Bereich des Pedals angeordnet sein, beispielsweise als Schraubenfeder, wobei die erste Stufe ihre Wirkung im zweiten Teilbereich und die zweite Stufe im ersten Teilbereich des Verfahrwegs des Kolbens entfaltet.
In einem weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsbeispiel, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, können die erste Stufe und die zweite Stufe der Federeinrichtung im Druckraum des Geberzylinder angeordnet sein, wobei jeweils zwei diskrete Energiespeicher, beispielsweise als Schraubenfedern, vorgesehen sein können, wobei sich die Energiespeicher für die beiden Stufen jeweils zwischen Kolben und Gehäuse des Geberzylinders abstützen können. Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel, das beide Stufen in einem Energiespeicher, beispielsweise in einer Schraubenfeder mit zwei Federraten, vereinigt, wobei lediglich eine Abstützung am Kolben und eine Abstützung am Gehäuse notwendig ist und die Anzahl der Bauteile verringert werden kann. Eine derart ausgebildete Schraubenfeder kann beispielsweise unterschiedliche Wickeldurchmesser, unterschiedliche Materialien und/oder unterschiedliche Windungszahlen pro Längeneinheit zur Ausbildung der beiden Stufen aufweisen. Dabei ist es vorteilhaft, die Federrate der ersten Stufe zur Kompensation des Kraftverhaltens der Tellerfeder größer als die Federrate der zweiten Stufe zur Pedalrückführung zu wählen.
Die Erfindung wird anhand der 1 bis 3 näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 einen schematischen Überblick über das erfindungsgemäße hydraulische System mit einer Reibungskupplung und
2 und 3 vorteilhafte Ausführungsbeispiele eines Geberzylinders für das hydraulische System der 1.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine mögliche Ausgestaltung eines hydraulischen Systems 1 anhand einer Kupplungsausrückvorrichtung 91 mit einem Geberzylinder 92 und einem Nehmerzylinder 93. In die Nehmerzylinder 93 und Geberzylinder 92 verbindenden Leitungen 99,100 ist optional ein Druckbegrenzungsventil 90 eingebaut.
Das Kupplungsausrücksystem 91 betätigt die Kupplung 95 hydraulisch durch Beaufschlagung des Geberzylinders 92 mittels eines Betätigungsgliedes 102, das ein Fußpedal, ein Aktor, beispielsweise ein elektrischer Aktor, oder dergleichen sein kann. Das Betätigungsglied 102 wird mittels der zweiten Stufe 104 der erfindungsgemäßen Federeinrichtung wie beispielsweise hier mittels einem zwischen einem Chassisteil 114 und dem Betätigungsglied 102 abgeordneten Energiespeicher in die Ruhestellung zurückgestellt.
Mittels einer mechanischen Übertragung 101 wird Druck im Geberzylinder 92 aufgebaut, der über den Leitungsstrang 100, über das Druckbegrenzungsventil 90 und den Leistungsstrang 99 einen Druck im Nehmerzylinder 93 aufbaut. Der Nehmerzylinder 93 kann, wie im gezeigten Beispiel, parallel zur Getriebeeingangswelle 98 angeordnet sein und über eine Ausrückmechanik 94 auf die Tellerfeder 95c zu deren axialer Verlagerung einwirken. Andere Ausgestaltungsbeispiele können einen konzentrisch um die Getriebeeingangswelle 98 angeordneten Nehmerzylinder vorsehen, dessen Kolben unter Zwischenlegung eines Ausrücklagers auf die Tellerfeder 95c einwirkt. Zum Aufbringen der Ausrückkraft ist der Nehmerzylinder jeweils gehäusefest am Getriebegehäuse, das hier nicht näher dargestellt ist, oder an einem anderen gehäusefesten Bauteil angebracht. Die Getriebeeingangswelle 98 überträgt bei geschlossener Kupplung 95 das Drehmoment der Brennkraftmaschine 96 über die Kurbelwelle 97 auf ein nicht näher dargestelltes Getriebe und anschließend auf die Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges.
Durch die axiale Beaufschlagung der Tellerfeder 95c wird die axial gegenüber der Anpressplatte 95a verlagerbare Druckplatte 95b abgehoben und dadurch die Kupplungsscheibe 95d vom Kraftfluss der Brennkraftmaschine getrennt, wobei dem eingerückten Zustand der Kupplung mit maximaler Drehmomentübertragung mit zunehmendem Ausrückweg ein schlupfender Betrieb der Kupplung 95 mit Übertragung eines Teilmoments folgt. Die Kraft-/Wegkennlinie der Tellerfeder 95c entlang des Ausrückweges ist dabei so beschaffen, dass bei kleinen Ausrückwegen mit zunehmendem Weg eine ansteigende Ausrückkraft erforderlich ist, die bis zu einem Maximum der Ausrückkraft führt, so dass nach Durchschreiten des Maximums mit zunehmendem Ausrückweg die Ausrückkraft wieder abnimmt. Um dieses abnehmende Ausrückkraft zumindest teilweise zu kompensieren, ist im Geberzylinder 92a die zweite Stufe 103 der Federeinrichtung in der Weise vorgesehen, dass der Kolben 107 zuerst ohne Kraftbeaufschlagung axial aus seiner Ruhestellung bewegt wird und nach Durchfahren eines Teilbereiches auf den Energiespeicher trifft und diesen komprimiert. Die hierfür erforderliche Kraft wird bei Ausrückwegen bei oder nach dem Durchfahren des Ausrückkraftmaximums der Tellerfeder 95c wirksam und addiert sich zu den nachlassenden Ausrückkräften dieser bei größeren Ausrückwegen, so dass auf der Seite des Betätigungsmittels 102 eine gleichmäßigere Ausrückkraft als ohne Kraftkompensation wahrnehmbar ist.
2 zeigt eine detaillierte Darstellung des Geberzylinders 92 mit dem Gehäuse 92a, das einen Druckraum 106 ausbildet, in dem der Kolben 107 axial mittels eines nicht dargestellten, an der Kolbenstange 107a angreifenden Betätigungsglieds dichtend und verlagerbar sowie die zweite Stufe 103 der erfindungsgemäßen Federeinrichtung aufgenommen ist. Wie gezeigt legt der Kolben 107 aus der gezeigten Ruhestellung einen Teilbereich seines Verfahrweges zurück, ohne dass den Energiespeicher 105 der ersten Stufe 103 beaufschlagt. Während dieses Teilbereichs ist zumindest teilweise die zweite Stufe (siehe 1, 104) wirksam, die entgegen der Kraft der Tellerfeder den Kolben 107 in Richtung der ausgerückten Stellung der Kupplung unterstützt. Es versteht sich, dass in speziell ausgestalteten Ausführungsbeispielen sich beide Stufen der Federeinrichtung überlappen oder ein Verfahrweg, bei denen keine der beiden Stufen wirksam ist, vorgesehen sein kann. Nach Überwindung des ersten Teilbereich beaufschlagt der Kolben 107 den Kraftspeicher 105, der hier als Schraubendruckfeder 109 ausgestaltet ist und verstärkt die Ausrückkraft der Tellerfeder. Die Schraubendruckfeder 109 verfügt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über zwei Teilbereiche 111, 112, die unabhängig von der vorliegenden Erfindung für alle Kompensationsfedern in Geber- oder Nehmerzylindern vorteilhafter Weise auf unterschiedlichen Durchmessern gewickelt sein können, so dass der erste Teilbereich 112 mit einem ersten Durchmesser für die Entfaltung der gewünschten Federkraft und der zweite zur Aufnahme und Zentrierung der Schraubendruckfeder 109 im Gehäuse 92a vorgesehen werden kann.
3, welche nicht Gegenstand der Erfindung ist, zeigt einen mit dem Geberzylinder 92 der 2 identischen Geberzylinder identischen Geberzylinder 92 mit dem Unterschied, dass für beide Stufen der Federeinrichtung ein einziger Energiespeicher 108 vorgesehen ist und aus der Schraubendruckfeder 110 gebildet ist, die in dem Druckraum 106 angeordnet und sowohl mit dem Kolben 107a mittels des Teilbereichs 113 als auch mit dem Gehäuse 92a mittels des Teilbereichs 111 verbunden ist. Die Schraubenfeder 110 verfügt weiterhin über zwei Teilbereiche 110a, 110b, die aufgrund ihres unterschiedlichen Verhältnisses der Anzahl der Windungen zur Länge des entsprechenden Teilbereichs unterschiedliche Federraten aufweisen, die an die entsprechenden Kraftanforderungen abgestimmt sind. Es hat sich gezeigt, dass zur Pedalrückstellung eine kleinere Federrate, das heißt kleinere Kräfte pro Wegeinheit notwendig sind als bei der ersten Stufe zur Kompensation des abfallenden Kraftverlaufs der Tellerfeder über den Ausrückweg.
Es versteht sich, dass anstatt einer wie in den Ausführungsbeispielen dargestellten gedrückten Kupplungen dieselben Mittel gemäß der Erfindung auch für so genannte gezogene Kupplung vorteilhaft sein können, bei denen der Nehmerzylinder bei Druckbelastung durch den Geberzylinder durch entsprechende Umkehrung der Beaufschlagung des Nehmerzylinderkolbens an der Tellerfeder zieht und dadurch die Kupplung ausgerückt wird.

Claims

Hydraulisches System (1) in einem Kraftfahrzeug zur Betätigung einer Reibungskupplung (95) mit einer zwischen einer mit einer Kurbelwelle (97) einer Brennkraftmaschine (97) drehfest verbundenen Druckplatte (95a) und einer Anpressplatte (95b) entgegen der Wirkung einer Tellerfeder (95c) verspannbaren, drehfest mit einer Getriebeeingangswelle (98) eines Getriebes verbundenen Kupplungsscheibe (95d), wobei ein Nehmerzylinder (93) mittels einer Ausrückmechanik (94) die Tellerfeder (95c) axial beaufschlagt und damit die Reibungskupplung (95) aus- und einrückt und ein von einem Fahrer oder mittels einer Aktorik automatisiert betätigter Geberzylinder (92) mit einem Gehäuse (92a) den Nehmerzylinder (93) beaufschlagt, wobei im hydraulischen System (1) eine zumindest zweistufige Federeinrichtung vorgesehen ist, bei der eine erste Stufe (103) einen über einen Ausrückweg abfallenden Kraftverlauf der Tellerfeder (95c) zumindest teilweise kompensiert und eine zweite Stufe (104) den Geberzylinder (92) in seine Ruhestellung bei eingerückter Reibungskupplung (95) zurückführt, wobei die erste Stufe (103) der Federeinrichtung als eine Schraubenfeder ausgebildet ist und in einem Druckraum (106) des Geberzylinders (92) angeordnet ist und von einem Druckkolben (107) in einem zweiten Teilbereich seines Verfahrweges axial beaufschlagt wird, wobei die Schraubenfeder (109, 110) zumindest zwei Teilbereiche (111, 112, 113) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist.
Hydraulisches System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Stufe durch zumindest eine Federeinrichtung (108) gebildet wird und die Federeinrichtung (108) in einem Druckraum (106) des Geberzylinders (92) angeordnet ist.
Hydraulisches System (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich (111, 113) als Zentrierhilfe der Schraubenfeder (109, 110) im Gehäuse (92a) beziehungsweise im Kolben (107a) dient.