DE102007024514B4 - Betätigungseinheit für Kupplungen sowie Kupplung - Google Patents

Abstract

Betätigungseinheit für Kupplungen mit
a) einem langgestreckten Gehäuse (102), welches eine zylindrische Öffnung (106) für einen Stellkolben (112) aufweist,
b) eine Führungshülse (108), welche in die zylindrische Öffnung (106) des Gehäuses (102) eingesetzt ist und der Führung des Stellkolbens (112) dient und
c) einem Stellkolben (112), welcher entlang der Längsachse (110) des Gehäuses (102) geführt und entlang dieser Achse (110) verschiebbar gelagert ist,
d) wobei die Führungshülse (108) aus einem nicht-magnetisierbaren Werkstoff gefertigt ist und
e) wobei die Führungshülse (108) an der dem Gehäuse (102) zugewandten Seite eine Nut (120) für eine Dichtung aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit für Kupplungen sowie eine Kupplung.
• Aus der Praxis ist es bekannt, Kupplungen mit Hilfe von Betätigungseinheiten zu betätigen. Solche Betätigungseinheiten umfassen ein Gehäuse sowie einen in dem Gehäuse geführten, axial beweglichen Stellkolben. Der Stellkolben ist meistens hydraulisch oder pneumatisch betätigt. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Weiterentwicklung einer hydraulisch betätigten Betätigungseinheit für Kupplungen.
• Bei den aus der Praxis bekannten Betätigungseinheiten wird der Stellkolben von in einem Gehäuse ausgebildeten Laufflächen geführt. Um den Stellkolben gegenüber den Laufflächen wirksam abzudichten, ist es erforderlich, dass die Laufflächen eine besonders hohe Oberflächengüte aufweist. Eine solche Oberflächengüte wird insbesondere durch spanende Bearbeitung, z. B. durch Honen der Innenseite des Gehäuses, erzielt.
• Aus US 4,705,151 ist eine hydraulische Betätigungseinheit mit einem Zylinder aus Kunststoff bekannt, in welchen eine Führungshülse eingesetzt ist.
• Aus DE 101 45 313 A1 ist eine Betätigungseinrichtung mit einer Sensorvorrichtung bekannt. Bei dieser Betätigungseinrichtung wird der Kolben in einem aus Vollmaterial gefertigten Zylinder geführt.
• Bei als Gussteilen, z. B. im Aluminium-Druckgussverfahren hergestellten Gehäusen besteht das Problem, dass der Werkstoff, insbesondere durch Gaseinschlüsse beim Gießvorgang, häufig verunreinigt ist. In diesem Fall gelingt es oft nicht, durch spanende Bearbeitung eine für eine zuverlässige Abdichtung zwischen Stellkolben und Gehäuse erforderliche Oberflächengüte zu erzielen. Die Tatsache, dass der Stellkolben und das Gehäuse sich im Betrieb der Betätigungseinheit relativ zueinander bewegen und daher eine "dynamische" Abdichtung erforderlich ist, erschwert eine erfolgreiche Abdichtung gussgefertigter Gehäuse zusätzlich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinheit für eine Kupplung zur Verfügung zu stellen, welche kostengünstig zu fertigen ist, eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet und eine leichte Demontage der Führungshülse ermöglicht.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 10.
• Eine erfindungsgemäße Betätigungseinheit umfasst
• a) ein langgestrecktes Gehäuse, welches eine zylindrische Öffnung für einen Stellkolben aufweist,
• b) eine Führungshülse, welche in die zylindrische Öffnung des Gehäuses eingesetzt ist und der Führung des Stellkolbens dient und
• c) einen Stellkolben, welcher entlang der Längsachse des Gehäuses geführt und entlang dieser Achse verschiebbar gelagert ist,
• d) wobei die Führungshülse aus einem nicht-magnetisierbaren Werkstoff gefertigt ist und
• e) wobei die Führungshülse (108) an der dem Gehäuse (102) zugewandten Seite eine Nut (120) für eine Dichtung aufweist.
• Zur Herstellung einer solchen Betätigungseinheit, welche insbesondere ein Kupplungsnehmerzylinder ist, muss lediglich ein Gehäuse mit einer Oberflächengüte hergestellt werden, welches den Einsatz der Führungshülse und eine "statische" Abdichtung der Führungshülse gegenüber dem Gehäuse ermöglicht. Dabei können relativ großzügig Fertigungstoleranzen akzeptiert werden, so dass praktisch kein Ausschuss bei der Fertigung des Gehäuses entsteht. Zwischen Führungshülse und Gehäuse genügt vorliegend eine "statische" Abdichtung, weil die Führungshülse in die zylindrische Öffnung des Gehäuses nur einmalig eingesetzt wird und nach dem Einsetzen gegenüber dem Gehäuse nicht mehr bewegt wird. Daher kann die Fertigung des Gehäuses kostengünstig als Gussteil (z. B. aus Aluminium oder Magnesium) erfolgen. Selbst wenn das gegossene Gehäuse Gaseinschlüsse enthält, sind regelmäßig die Anforderungen an einer "statische" Abdichtung gegenüber dem Gehäuse erfüllt. Die Abdichtung der Führungshülse gegenüber dem Gehäuse erfolgt vorzugsweise über eine ringförmige Dichtung. Diese Dichtung kann beispielsweise in die Nut eingesetzt werden, welche in der dem Gehäuse zugewandten Seite der Führungshülse ausgebildet ist. Die Lauffläche ist bei der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit an der Innenseite der Führungshülse ausgebildet. Im Betrieb der Betätigungseinheit wird der Stellkolben innerhalb der Führungshülse bewegt. Zwischen Stellkol ben und Führungshülse ist daher eine „dynamische" Abdichtung erforderlich. Ist bei der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung eine Lauffläche fehlerhaft, führt dies lediglich zu Ausschuss einer Führungshülse, nicht jedoch zu Ausschuss eines gesamten Gehäuses. Insbesondere unter Berücksichtigung von Ausschusskosten werden somit die Gesamtherstellungskosten deutlich gesenkt.
• Auch bezüglich etwaig auftretender Fehler im laufenden Betrieb hat die Erfindung Vorteile. Denn bei erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtungen können fehlerhafte Laufflächen regelmäßig durch einfaches Austauschen von Führungshülsen behoben werden, wohingegen im Falle einer einstückigen Fertigung das ganze Gehäuse ausgetauscht werden muss.
• Ferner ist es möglich, bestehende Gehäuse mit mangelhaften Laufflächen durch kostengünstiges Nachrüsten von Führungshülsen zu erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtungen umzurüsten.
• Als eine Führungshülse aus einem nicht-magnetisierbaren Werkstoff wird vorliegend jede Führungshülse angesehen, auf welche unmittelbar nach deren Herstellung, d. h. unmittelbar nach der Verformung des Werkstoffes zu einer Führungshülse, ein durch einen Magneten erzeugtes Magnetfeld keine Kraft ausübt. Dies hat den Vorteil, dass nach der Herstellung der Führungshülse keine weiteren Arbeitsschritte, wie beispielsweise Entmagnetisierungsvorgänge, erfolgen müssen. Solche Entmagnetisierungsvorgänge sind insbesondere dann zwingend erforderlich, wenn im Bereich des Stellkolbens ein oder mehrere Magnete angeordnet sind, mittels welchen die Position des Stellkolbens ermittelt wird. Da solche Magnete regelmäßig eingesetzt werden, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, bei der Herstellung grundsätzlich Führungshülsen aus einem nicht-magnetisierbaren Werkstoff einzusetzen.
• Gemäß einer ersten Ausführungsvariante werden als nicht-magnetisierbare Werkstoffe Nicht-Eisen-Metalle, insbesondere Aluminium verwendet. Aluminium weist – insbesondere gegenüber Stahl und anderen eisenhaltigen Metallen – eine relativ geringe Dichte und damit ein niedriges Gewicht auf. Die Fertigung der Führungshülse aus einem Nicht-Eisen-Metall führt daher neben der erwünschten Eigenschaft der Nicht-Magnetisierbarkeit zu einem niedrigen Gewicht der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung. Auch kann eine Führungshülse aus Aluminium in nur wenigen Fertigungsschritten, z. B. durch Drehen des Grundkörpers und Honen der Innenfläche hergestellt werden.
• Wenn die Führungshülse aus anodisiertem Aluminium gefertigt wird, werden die mechanische Belastbarkeit und die chemische Beständigkeit deutlich erhöht. Die durchschnittliche Lebensdauer der Betätigungseinheit kann somit weiter gesteigert werden.
• Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante ist die Führungshülse aus Kunststoff hergestellt. Zwar weisen die meisten Kunststoffe im allgemeinen eine geringere Festigkeit als Metalle auf. Sofern jedoch die Führungshülse von außen großflächig, insbesondere vollflächig, durch das Gehäuse gestützt ist, hat dies praktisch keinen Einfluss auf die Funktion der Führungshülse. Die Festigkeit von Kunststoffen ist daher in diesem Fall ausreichend für eine Führungshülse. Insbesondere wenn Kunststoffe faserverstärkt werden, könne diese auch eine hohe Festigkeit aufweisen.
• Die Verwendung von Kunststoff als Werkstoff für die Führungshülse ist auch deshalb von Vorteil, weil Kunststoffe durch die Verwendung von anwendungsbezogen konfigurierbar sind. Vorliegend können beispielsweise dem Kunststoff spezielle Gleitbestandteile beigemengt werden, um insbesondere im Bereich der Innenseite der Führungshülse eine besonders geringe Reibung zu erzielen. Ferner lassen sich mit Kunststoffen besonders hohe Oberflächengüten erzielen.
• Insbesondere wenn die Führungshülse aus Aluminium hergestellt ist, kann die Nut in die Führungshülse eingestochen sein, wodurch sich eine scharfkantige Geometrie ergibt. Diese scharfkantige Geometrie in der Führungshülse wirkt sich positiv auf die Abdichtung gegenüber dem Gehäuse aus, denn schon bei geringem Druck führt die scharfkantige Geometrie dazu, dass die Dichtung in etwaige Zwischenräume zwischen Führungshülse und Gehäuse gedrückt wird und somit abdichtet.
• Das Gehäuse kann entweder als separates Gehäuse hergestellt und mit einem weiteren Gehäuse, insbesondere mit einem Steuergehäuse einer Kupplung, verbunden werden. Als Verbindungstechnik kommt beispielsweise eine Schraubverbindung in Betracht. Alternativ kann das Gehäuse auch als integraler Bestandteil einstückig mit einem Steuergehäuse ausgebildet werden. Dies hat den Vorteil, dass die relative Lage des Gehäuses zu dem Steuergehäuse bereits festgelegt ist.
• Die Erfindung zeigt sich auch an einer Kupplung, welche eine vorstehend beschriebene Betätigungseinheit umfasst. Auf die im Zusammenhang mit der Betätigungseinheit dargelegten Vorteile wird hiermit verwiesen.
• Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit sind in 1 gezeigt, auf welche nachstehend näher Bezug genommen wird.
• 1 zeigt eine erfindungsgemäße Betätigungseinheit 100 mit einem Gehäuse 102, welches an einem nur ansatzweise dargestellten Steuergehäuse 104 einer Kupplung angeformt und somit einstückig mit diesem ausgebildet ist. Das Gehäuse 102 weist eine zylindrische Öffnung 106 auf, in welche eine zylindrische Führungshülse 108 eingesetzt ist. Bezüglich ihres Außendurchmessers ist die Führungshülse 108 so dimensioniert, dass sie in die zylindrische Aufnahme 106 eingepresst werden kann. Der Innendurchmesser der Führungshülse 108 ist so gewählt, dass ein in der Führungshülse 108 angeordneter Stellkolben 112 durch die Führungshülse 108 seitlich geführt und entlang der Längsachse 110 des Gehäuses 102 axial beweglicher axial beweglich ist, ohne dass dabei hohe Reibungswiderstände auftreten. Die Innenseite der Führungshülse 108 dient also als Lauffläche 114 für den Stellkolben 112.
• Um bei der Herstellung der Betätigungseinheit 100 das Einsetzen der Führungshülse 108 in die Aufnahme 106 des Zylindergehäuses 102 zu erleichtern, ist im oberen Bereich des Zylindergehäuses 102 eine erste Ausnehmung 116 vorgesehen.
• Eine zweite, etwas tiefer vorgesehene Ausnehmung 118 in dem Gehäuse 102 dient zur Aufnahme von etwaig verdrängten Spänen oder sonstigen Partikeln beim Einsatz der Führungshülse 108 und erleichtert somit ebenfalls den Einsatz der Führungshülse 108 in das Gehäuse 102.
• Die Führungshülse 108 weist im unteren Bereich eine ringförmige Nut 120 auf, welche für den Einsatz eines Dichtungsringes (nicht gezeigt) bestimmt ist. Mit dem vorgesehenen Dichtungsring wird die Führungshülse 108 gegenüber der Wand 122 der zylindrischen Öffnung 106 des Gehäuses 102 abgedichtet. Die Nut 120 ist durch Einstechen in die aus Aluminium gefertigte Führungshülse 108 hergestellt. Wie in 1 zu sehen, ist die Nut 120 scharfkantig, so dass ein in der Nut sitzender Dichtungsring (nicht gezeigt) durch die scharfen Kanten unmittelbar in etwaig zwischen der Führungshülse 108 und der Wand 122 des Gehäuses 102 entstehende Zwischenräume gepresst wird.
• Die Abdichtung des Stellkolbens 110 gegenüber der Führungshülse 108 erfolgt über eine zwischen Stellkolben 110 und Führungshülse 108 angeordnete ringförmige Dichtung 124. Die Dichtung 124 ist auf einen zylindrisch ausgebildeten Teil des Stellkolbens 110 aufgeschoben. Unterhalb der Dichtung 124 ist – durch ein Distanzstück (nicht gezeigt) beabstandet – ein Magnet 126 angeordnet, welcher der Lageerkennung des Kolbens dient. Unterhalb des Magneten 126 ist ein separater Führungsring 128 auf den Stellkolben 110 aufgeschoben. Der Stellkolben 110 wird als nicht nur durch den Stellkolben, sondern auch durch den Führungsring 128 geführt. Dadurch wird eine besonders stabile und geradlinige Führung des Stellkolbens erzielt. Zur Sicherung der darüber angeordneten Elemente ist unterhalb des Führungsringes 128 ein Clip 130 angeordnet, welcher in einen nicht dargestellten Rastring des Stellkolbens eingreift.
• Der Antrieb des Stellkolbens 110 erfolgt hydraulisch, wobei die zum Antrieb des Stellkolbens 110 vorgesehenen Kanäle zum Einleiten von Druck in 1 nicht dargestellt sind. Die Kolbenbewegung wird vom Stellkolben 110 über eine Kolbenstange 132 auf ein gestrichelt dargestelltes Anpresselement 134 übertragen.

100

Betätigungseinheit

102

Gehäuse

104

Steuergehäuse

106

zylindrische Öffnung

108

Führungshülse

110

Längsachse des Gehäuses

112

Stellkolben

114

Lauffläche

116

erste Ausnehmung

118

zweite Ausnehmung

120

ringförmige Nut

122

Innenwand des Gehäuses

124

Dichtung

126

Magnet

128

Führungsring

130

Clip

132

Kolbenstange

134

Anpresselement

Claims (10)

1. Betätigungseinheit für Kupplungen mit a) einem langgestreckten Gehäuse (102), welches eine zylindrische Öffnung (106) für einen Stellkolben (112) aufweist, b) eine Führungshülse (108), welche in die zylindrische Öffnung (106) des Gehäuses (102) eingesetzt ist und der Führung des Stellkolbens (112) dient und c) einem Stellkolben (112), welcher entlang der Längsachse (110) des Gehäuses (102) geführt und entlang dieser Achse (110) verschiebbar gelagert ist, d) wobei die Führungshülse (108) aus einem nicht-magnetisierbaren Werkstoff gefertigt ist und e) wobei die Führungshülse (108) an der dem Gehäuse (102) zugewandten Seite eine Nut (120) für eine Dichtung aufweist.
2. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (108) aus einem Nicht-Eisen-Metall, insbesondere aus Aluminium, gefertigt ist.
3. Betätigungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (108) aus anodisiertem Aluminium gefertigt ist.
4. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (108) aus Kunststoff gefertigt ist.
5. Betätigungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff faserverstärkt ist
6. Betätigungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (120) eingestochen ist.
7. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (102) einstückig mit einem Steuergehäuse (104), insbesondere mit dem Steuergehäuse (104) einer Kupplung ausgebildet ist.
8. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein demontierbarer Führungsring vorgesehen ist, welcher eine zweite Führungsfläche für den Stellkolben bildet.
9. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse demontierbar ist.
10. Kupplung, umfassend eine Betätigungseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche.