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Die Erfindung betrifft einen rotierenden deckelfesten Nehmerzylinder nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
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Bei hydraulisch betätigbaren Ausrückvorrichtungen kann es durch Axialschwingungen von der Kurbelwelle, die sich auf die Ausrückvorrichtung übertragen, zu Druckschwankungen im Fluidsystem kommen. Um dies zu umgehen, wurden Konzepte entwickelt, die eine Montage/Integration der Ausrückvorrichtung am Kupplungsdeckel vorsehen (deckelfester Ausrücker). So werden bei einem deckelfesten Ausrücker der konzentrische Nehmerzylinder und der Kupplungsdeckel zu einer funktionalen Einheit mit intern geschlossenem Kraftfluss zusammengefasst. Die Verbindung mit dem Kupplungsdeckel erfolgt üblicherweise über ein Wälzlager (Deckellager), welches zusätzlich zu einem Ausrücklager vorgesehen ist. Dadurch dreht sich der Nehmerzylinder nicht mit dem Kupplungsdeckel mit.
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Allerdings können auch hier die von der Kurbelwelle herrührenden Schwingungen auf die Kupplung und damit auf das beispielsweise an einer Tellerfeder anliegende Ausrücklager und somit auch auf den Nehmerzylinder übertragen werden. Zudem stellen die eingesetzten Wälzlager einen hohen Kostenfaktor dar und nehmen einen beträchtlichen Bauraum ein.
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Deshalb sehen andere bekannte Lösungen deckelfeste Ausrückvorrichtungen vor, die auf den Einsatz sowohl eines Deckellagers als auch eines Ausrücklagers verzichten. Bei diesen Ausrückvorrichtungen ist der konzentrische Nehmerzylinder derart an dem Kupplungsdeckel der Kupplung befestigt, dass er mit diesem rotiert. Das bedeutet aber, dass zur Realisierung der Zufuhr von Druckfluid von einer stationären Fluidzuführeinrichtung (auch als Stator bezeichnet) zu dem rotierenden Nehmerzylinder (auch als Rotor bezeichnet) eine Drehdurchführung vorgesehen sein muss. Wichtig ist hierbei eine entsprechende radiale und axiale Lagerung des Stators auf dem Rotor mit einer funktionsgerechten Gestaltung der Lagerungsstellen, um ein sicheres Betriebsverhalten für die Dichtungen und somit für das Gesamtsystem zu gewährleisten, sowie der Einsatz entsprechender Dichtungen für die Drehdurchführung.
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Durch die stillstehende Hydraulikzufuhr wird das Hydraulikmedium über die Drehdurchführung in den rotierenden Ausrücker geleitet. Ist der Druck ausreichend groß, wird der Ausrückkolben in axialer Richtung gegen die Tellerfederzungen der Tellerfeder der Kupplung verschoben.
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Da der Druck im System überall gleich ist, wirkt dieser auch auf die Dichtungen der Drehdurchführung. Standardmäßig werden die Ausrücksysteme mit Drücken bis zu 40 bar ausgelegt. Diese hohen Drücke in Verbindung mit den hohen Gleitgeschwindigkeiten erfordern konstruktiv sehr aufwendige Dichtungen, was sich negativ auf die Kosten und den benötigten Bauraum auswirkt.
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Eine in die hydraulische Strecke zwischen Geberzylinder und Nehmerzylinder integrierte Druckübersetzung, durch welche der Druck des Geberzylinders von beispielsweise 40 bar auf 5 bar reduziert wird, gewährleistet, dass bei stillstehender Hydraulikzufuhr das Hydraulikmedium mit einem reduzierten Druck über die Drehdurchführung in den rotierenden Ausrücker geleitet wird, wodurch preiswerte Dichtungen für die Drehdurchführung einsetzbar sind.
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Ist der Druck ausreichend groß, wird der Ausrückkolben in axialer Richtung gegen die Tellerfederzungen der Kupplung verschoben. Dafür ist eine größere hydraulisch wirksame Fläche des Ausrückkolbens erforderlich. Da sich der Nehmerzylinder mitdreht, wird auch das Hydraulikmedium in eine rotierende Bewegung versetzt und durch die auf das Hydraulikmedium wirkende Fliehkraft steigt der Druck mit zunehmendem Durchmesser bzw. Radius in Abhängigkeit von der Drehzahl. Es besteht somit die Gefahr, dass der Ausrückkolben ohne Betätigung des Kupplungspedals in Richtung zum Ausrücklager ausrückt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen deckelfesten Nehmerzylinder zu entwickeln, mit dem auch bei hohen Drehzahlen ein ungewolltes Ausrücken des Ausrückkolbens verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der rotierende deckelfeste Nehmerzylinder einer Ausrückvorrichtung für die Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges weist eine stationäre Hydraulikzufuhr/Stator eines Hydraulikmediums zu einem Druckraum des rotierenden Nehmerzylinders (Rotor) auf, in welchem ein mit der Kupplung in Wirkverbindung stehender Ausrückkolben entlang der Drehachse (A) durch Druckbeaufschlagung des Hydraulikmediums axial bewegbar ist, wobei erfindungsgemäß in den rotierenden Nehmerzylinder eine Kompensationseinrichting integriert ist, welche Fliehkräfte des sich im Kolben befindlichen Hydraulikmediums kompensiert und somit eine unerwünschte Ausrückbewegung des Kolbens verhindert.
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Dies ist insbesondere für Anwendungen vorgesehen, wie welchen zwischen Geberzylinder und Nehmerzylinder ein Druckübersetzer angeordnet ist, der den Druck von z.B. 40 bar auf der Geberzylinderseite auf 5 bar auf der Nehmerzylinderseite reduziert, wodurch zwangsläufig die hydraulisch wirkende Fläche vergrößert werden muss und dadurch ein unerwünschtes Ausrücken des Ausrückkolbens bei nichtbetätigtem Kupplungspedal verhindert werden muss.
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Dazu weist die Kompensationseinrichtung eine oder mehrere Fliehmassen auf, die mit dem Ausrückkolben in Wirkverbindung bringbar sind und auf diesen mit einer drehzahlabhängigen Gegenkraft wirken.
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Die Fliehmassen sind radial freibeweglich aufgenommen und bewirken über jeweils eine Rampe eine axiale Gegenkraft auf den Ausrückkolben des Nehmerzylinders. Dazu sind die Fliehmassen in einer Fliehmassenhalterung radial frei beweglich aufgenommen.
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Vorteilhafter Weise wird die Fliehmassenhalterung über Schnapphaken am Rotor befestigt, wobei die Fliehmassen gleichmäßig über den Umfang in T-förmigen Führungsschienen axial fixiert und radial verschiebbar angeordnet sind.
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In der Fliehmassenhalterung sind Ausschnitte vorgesehen, durch welche der Ausrückkolben greift, der gegen die Tellerfeder der Kupplung wirkt. Um trotz der Ausschnitte eine gleichmäßige Anpresskraft an die Tellerfederzungen zu gewährleisten, ist am Ausrückkolben eine Druckplatte befestigt, die auf die Tellerfeder der Kupplung in axialer Richtung wirken.
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Der durch das Hydraulikmedium im Druckraum des Nehmerzylinders auftretende Druck wirkt mit einer axialen Kraft FFL auf die Fläche des Ausrückkolbens und durch die Rampe der Fliehmassen wird die Kraft der Fliehmasse FFM beim Kontakt mit der Rampe des Ausrückkolbens in eine radiale und eine axiale Komponente zerlegt, wobei die axiale Komponente der Kraft FFL entgegen wirkt, so dass der Ausrückkolben keine unerwünschte Ausrückbewegung vollführt.
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Wird nun das Kupplungspedal betätigt, wirkt durch den über den Druckübersetzer bereitgestellte Druck eine zusätzliche Ausrückkraft FA in axialer Richtung, wodurch sich der Ausrückkolben in axialer Richtung gegen die Tellerfeder der Kupplung verschiebt und gleichzeitig die Fliehmassen über die Rampen radial nach innen in Richtung Drehzentrum des Nehmerzylinders drückt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einen rotierenden deckelfesten Nehmerzylinder,
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2 die Prinzipdarstellung eine Fliehmassenhalterung mit Fliehmassen.
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3 eine dreidimensionale Darstellung der am Rotor befestigten Fliehmassenhalterung mit den Fliehmassen und eine Druckplatte, die am Ausrückkolben mittels Schnapphaken befestigbar ist.
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Der rotierende deckelfeste Nehmerzylinder 1 (Rotor) einer Ausrückvorrichtung für die Betätigung einer nicht dargestellten Kupplung eines Kraftfahrzeuges weist gemäß 1 eine stationäre Hydraulikzufuhr (Stator) 2 eines Hydraulikmediums zu einem Druckraum 3 des rotierenden Nehmerzylinders (Rotor) 1 auf, in welchem ein Ausrückkolben 4 entlang der Drehachse A durch Druckbeaufschlagung des Hydraulikmediums axial bewegbar ist.
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In den rotierenden Nehmerzylinder 1 sind Fliehmassen 5 radial freibeweglich aber axial fixiert an einer Fliehmassenhalterung 6 aufgenommen. Die Fliehmassen 5 weisen in Richtung zu dem Ausrückkolben 4 Rampen 5.1 auf, die in Form von Schrägen mit einem Winkel α radial nach außen geneigt sind. Der Ausrückkolben 4 weist eine korrespondierende schräge Fläche 4.1 auf. An dem Ausrückkolben 4 ist in Richtung zu der hier nicht dargestellten Tellerfeder der Kupplung eine Druckplatte 7 befestigt, die auf eine Tellerfeder der Kupplung (nicht dargestellt) in axialer Richtung wirkt. Dazu greift der Ausrückkolben 4 bereichsweise durch Ausnehmungen (hier nicht sichtbar) der Fliehmassenhalterung 6.
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Zwischen dem Nehmerzylinder 1 und der Hydraulikzufuhr 2 ist eine Drehdurchführung 8 für das Hydraulikmedium vorgesehen. Durch die stillstehende Hydraulikzufuhr 2 und die Drehdurchführung 8 wird das Hydraulikmedium in den rotierenden Nehmerzylinder geleitet.
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Mittels eines schematisch und verkleinert über der Hydraulikzufuhr angedeuteten Druckübersetzers 10, der einen in einem Gehäuse 11 axial verschiebbaren Kolben 12 mit unterschiedlichen Druckflächen in Richtung zur Geberzylinderseite und zur Nehmerzylinderseite aufweist, wird der durch den nicht dargestellten Geberzylinder bei Betätigung des Kupplungspedals bereitgestellte Druck in Höhe von ca. 40 bar auf 5 bar reduziert und dann dem Nehmerzylinder zugeführt. Durch den reduzierten Betätigungsdruck des Hydraulikmediums können nun preiswerte herkömmliche Dichtungen D für die Drehdurchführung verwendet werden.
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Mit Hilfe der sich in radialer Richtung freibeweglichen Fliehmassen 5 wird über deren Rampen 5.1, wenn diese an der korrespondierenden schrägen Fläche 4.1 des Ausrückkolbens 4 bei einer entsprechenden Fliehkraft zur Anlage kommen, auf den Ausrückkolben 4 eine drehzahlabhängige Gegenkraft erzeugt, die ein ungewolltes Ausrücken des Ausrückkolbens 4 bei nicht betätigtem Kupplungspedal verhindert.
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In 2 ist die Fliehmassenhalterung 6 dargestellt, welche über Schnapphaken 6.1 am Rotor befestigt werden kann. Auf der Fliehmassenhalterung 6 befinden sich die Fliehmassen 5. Diese sind gleichmäßig über den Umfang verteilt und werden axail über T-förmige Führungsschienen 6.2 auf der Halterung gehalten und ermöglichen nur eine Bewegung in radialer Richtung. Die Fliehmassenhalterung 6 beinhaltet Ausschnitte 6.3, damit der Ausrückkolben (hier nicht dargestellt) ungehindert die Tellerfeder betätigten kann.
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Um die nicht dargestellte Tellerfeder über den gesamten Umfang zu betätigen, wird auf dem Ausrückkolben 4 eine Druckplatte 7 mit Hilfe von Schnapphaken 7.1 befestigt, was aus der Darstellung in 3 ersichtlich ist. Der Ausrückkolben 4, der durch die Ausschnitte 6.3 der Fliehmassenhalterung 6 greift, weist zu den Schlapphaken 7.1 korrespondierende Ausnehmungen 4.2 auf. Die Fliehmassen 5 sind, wie durch die Pfeile angedeutet, radial nach außen verschiebbar an der Fliehmassenhalterung gelagert.
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Fängt die Kupplung und damit der Nehmerzylinder 1 an sich zu drehen, bewegen sich die Fliehmassen 5 radial nach außen. Der Einfluss der Drehbewegung auf das Hydraulikmedium dagegen wirkt verzögert. Durch die Reibung zwischen den Wänden des Nehmerzylinders 1 und den äußeren Bereichen des Hydraulikmediums wird es erst allmählich in Rotation versetzt. Die äußeren Bereiche veranlassen dann durch die innere Reibung des Hydraulikmediums ein mitdrehen der inneren Bereiche. Durch diesen Effekt ist sichergestellt, dass erst eine Gegenkraft erzeugt werden kann, bevor der Ausrückkolben ungewollt ausrückt.
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Nach einer gewissen Zeit dreht sich das komplette Hydraulikmedium mit. Durch die auf das Hydraulikmedium wirkende Fliehkraft erhöht sich der Druck exponential mit dem Duchmesser. Dieser Druck wirkt auf die Fläche des Ausrückkolbens 4 und hat eine axiale Kraft FFL zur Folge, die den Ausrückkolben 4 zum Ausrücken bewegt (siehe 1). Durch die Rampe 5.1 der Fliehmassen 5 wird die Kraft FFM der Fliehmasse 5 beim Kontakt mit der rampenartigen Schräge 4.1 des Ausrückkolbens 4 in eine radiale und axiale Komponente zerlegt. Die axiale Komponente wirkt der Kraft FFL des Kolbens in Ausrückrichtung bei nichtbetätigtem Kupplungspedal entgegen und verhindert ein ungewolltes Ausrücken des Kolbens 4.
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Betätigt man nun das nicht dargestellte Kupplungspedal wird das Kräftegleichgewicht zu Gunsten des Ausrückvorganges aufgehoben und es wirkt zusätzlich gemäß 1 die Ausrückkraft FA in axialer Richtung. Dadurch verschiebt sich der Ausrückkolben 4 in axialer Richtung gegen die nicht dargestellte Tellerfeder der Kupplung und drückt gleichzeitig die Fliehmassen 5 radial nach innen in Richtung Drehzentrum des Nehmerzylinders 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nehmerzylinder
- 2
- stationäre Hydraulikzufuhr
- 3
- Druckraum
- 4
- Ausrückkolben
- 4.1
- schräge Fläche
- 4.2
- Ausnehmungen
- 5
- Fliehmassen
- 5.1
- Rampen
- 6
- Fliehmassenhalterung
- 6.1
- Schnapphaken
- 6.2
- Führungsschienen
- 6.3
- Ausschnitte
- 7
- Druckplatte
- 7.1
- Schnapphaken
- 8
- Drehdurchführung
- 10
- Druckübersetzers
- 11
- Gehäuse
- 12
- Kolben
- A
- Drehachse
- D
- Dichtungen
- FA
- Ausrückkraft
- FFM
- Kraft der Fliehmasse 5
- FFL
- Kraft des Kolbens 4 in Ausrückrichtung bei nichtbetätigtem Kupplungspedal
- α
- Winkel
