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Die Erfindung betrifft einen Aktor zum hydrostatischen Betätigen einer im unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung, mit einem Hydraulikzylinder, in dessen Innenraum ein Betätigungskolben bezüglich der Zylinderachse axial verschieblich gelagert ist und dessen Stirnseite einen in seinem Volumen veränderbaren Arbeitsraum des Hydraulikzylinders begrenzt.
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Es sind beispielsweise im unbetätigten Zustand offene Reibungskupplungen („normal offene Reibungskupplungen“) ohne Verschleißnachstellung bekannt, die hydrostatisch durch einen elektromotorischen Aktor betätigt werden. Dieser Aktor weist einem Hydraulikzylinder auf, in dessen Innenraum ein Betätigungskolben bezüglich der Zylinderachse axial verschieblich gelagert von einer elektromotorischen Antriebsmaschine angetrieben ist. Die Stirnseite des Betätigungskolbens begrenzt dabei einen in seinem Volumen veränderbaren Arbeitsraum des Hydraulikzylinders.
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Die Verschleißwege einer solchen Reibungskupplung müssen im Aktorweg, also dem Weg des Kolbens) komplett vorgehalten werden. Dies erschwert die Auslegung dieses Aktors erheblich und führt zu Mehrkosten.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Aktor und eine entsprechende Verwendung des Aktors anzugeben, die die vorstehend genannten Schwierigkeiten überwinden.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Aktor zum Betätigen einer im unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung ist vorgesehen, dass dieser die folgenden Komponenten aufweist: (i) eine Ausgleichsvorrichtung, mittels der die Stirnseite des Betätigungskolbens zum Ausgleich des Verschleißweges der Reibungskupplung axial nachführbar ist, (ii) ein im Innenraum axial verschiebbar gelagertes Steuerelement, über dessen Position die Ausgleichsvorrichtung ansteuerbar ist, wobei das Steuerelement eine Anschlagstruktur für eine entsprechende Gegenstruktur des Betätigungskolbens aufweist, über die das Steuerelement von dem Betätigungskolben in diese Richtung verschiebbar ist und (iii) eine Linearfreilauf-Einrichtung über die das Steuerelement nur in diese eine Richtung axial verschieblich gelagert ist. Die eine axiale Richtung ist insbesondere die Bewegungsrichtung des Betätigungskolbens zur Verkleinerung des Arbeitsraumes. Eine im unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung wird auch als „normal offene Reibungskupplung“ bezeichnet.
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Im Hydraulikzylinder ist ein zusätzliches Element, das Steuerelement, eingebaut. Durch die als Axialfreilauf wirkende Linearfreilauf-Einrichtung kann das Steuerelement nur in Richtung der Kupplung wandern, der Weg in die entgegengesetzte Richtung ist durch die Linearfreilauf-Einrichtung gesperrt. Dadurch ist die Ausgleichsvorrichtung zum Ausgleich des Verschleißweges der Reibungskupplung über die Position des Steuerelements ansteuerbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Steuerelement zum Betätigen der Ausgleichsvorrichtung eine weitere Anschlagstruktur für eine entsprechende weitere Gegenstruktur des Betätigungskolbens auf, wobei das Betätigen über den Betätigungskolben bei einer Bewegung des Betätigungskolbens in die der einen axialen Richtung entgegengesetzte andere axiale Richtung erfolgt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerelement als Schlepphülse ausgebildet ist, deren Innenmantelfläche die Lauffläche für den Betätigungskolben bildet.
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Bevorzugt ist in der Schlepphülse mindestens eine Schnüffelnut ausgebildet. Die Funktion einer solchen Schnüffelnut im Zusammenhang mit derartigen Aktoren ist grundsätzlich bekannt. Die Ausbildung der Schnüffelnut in der Schlepphülse hat den Vorteil, dass diese über die Hülse mit dem sich verschiebenden einen Ende des Arbeitsraums, das von der Stirnseite des Betätigungskolbens begrenzt wird, mitwandert.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Linearfreilauf-Einrichtung eine Ratschenstruktur aufweist. Eine derartige Ratschen- oder Knarrenstruktur mit linear angeordneten Zähnen ist beispielsweise von Kabelbindern bekannt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Betätigungskolben einen die Stirnseite bildenden ersten Kolbenteil und einen mit einem Antrieb des Kolbens verbundenen zweiten Kolbenteil aufweist, wobei diese beiden Kolbenteile zum Nachführen der Stirnseite von der Ausgleichsvorrichtung gegeneinander axial verschiebbar sind.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausgleichsvorrichtung als eine hydraulische Ausgleichsvorrichtung ausgebildet, die ein Nachsaugventil und einen im Betätigungskolben angeordneten und über das Nachsaugventil mit Fluid speisbaren Fluidtank veränderbaren Volumens zum Verlagern des die Stirnseite des Betätigungskolbens bildenden ersten Kolbenteils gegenüber dem mit dem Antrieb des Betätigungskolbens verbundenen zweiten Kolbenteil aufweist. Mit Vorteil sind dabei die eine Gegenstruktur und die andere Gegenstruktur am ersten Kolbenteil ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor derart eingerichtet, dass der mit Fluid speisbare Fluidtank veränderbaren Volumens bei Anschlag der weiteren Gegenstruktur an die weitere Anschlagstruktur das Fluid über das Nachsaugventil ansaugt. Dieses Ansaugen wird durch den Antrieb des Betätigungskolbens getrieben, der das zweite Kolbenteil weiter bewegt, auch wenn das erste Kolbenteil über seine weitere Gegenstruktur bereits an der weiteren Anschlagstruktur angeschlagen ist. Es entsteht ein das Ansaugen bewirkender Unterdruck.
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Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines vorstehend genannten Aktors zum Betätigen einer im unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung. Die Reibungskupplung ist insbesondere eine Reibungskupplung für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt die
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Figur: einen Aktor zum hydraulischen Betätigen einer (nicht gezeigten) im unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Fig. zeigt einen Aktor 10 zum hydraulischen Betätigen einer (nicht gezeigten) im unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung über eine (ebenfalls nicht gezeigte) Hydraulikleitung. Der Aktor 10 weist einen Hydraulikzylinder 12 auf, in dessen Innenraum 14 ein Betätigungskolben 16 bezüglich der Zylinderachse 18 des Hydraulikzylinders 12 axial verschieblich gelagert ist. Im Innenraum 14 ergibt sich weiterhin ein durch den Hub des Betätigungskolbens 16 in seinem Volumen veränderbarer Arbeitsraum 20, wobei das eine Ende dieses Arbeitsraums 20 von einer Stirnseite 22 des Betätigungskolbens 16 begrenzt ist. Ein das andere Ende des Arbeitsraums 20 begrenzender Teil des Hydraulikzylinders 12 weist eine Anschlussstruktur 24 zum Anschluss des Zylinders 12 an eine nicht gezeigte Hydraulikleitung auf, über die der Aktor 10 die Reibungskupplung betätigt.
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Der Aktor 10 weist weiterhin eine Ausgleichsvorrichtung 26 zum Ausgleich des Verschleißweges der Reibungskupplung durch axiales Nachführen der Stirnseite 22 des Betätigungskolbens 16 auf. Dazu weist der Betätigungskolben 16 einen die Stirnseite 22 bildenden ersten Kolbenteil 28 und einen mit einem Antrieb des Kolbens 16 über einen Stössel 30 verbundenen zweiten Kolbenteil 32 auf, wobei die beiden Kolbenteile 28, 32 zum Nachführen der Stirnseite 22 von der Ausgleichsvorrichtung 26 gegeneinander axial verschiebbar sind. Die Ausgleichsvorrichtung 26 ist als hydraulische Ausgleichsvorrichtung ausgebildet. Diese hydraulische Ausgleichsvorrichtung 26 weist im gezeigten Beispiel ein Nachsaugventil 34 und ein im Betätigungskolben 16 angeordneten und über das Nachsaugventil 34 mit Fluid speisbaren Fluidtank 36 veränderbaren Volumens zum Verlagern des die Stirnseite 22 des Betätigungskolbens 16 bildenden ersten Kolbenteils 28 gegenüber dem mit dem Antrieb des Betätigungskolbens 16 verbundenen zweiten Kolbenteil 32 auf. Dieser Fluidtank 36 veränderbaren Volumens ist im gezeigten Beispiel ein Fluidkissen. Der Antrieb des Betätigungskolbens 16 kann beispielsweise eine elektromotorische Antriebsmaschine, also zum Beispiel ein Elektromotor sein.
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Der Aktor 10 weist weiterhin ein im Innenraum 14 axial verschiebbar gelagertes Steuerelement 38 auf, über dessen Position die Ausgleichsvorrichtung 26 ansteuerbar ist, wobei das Steuerelement 38 eine Anschlagstruktur 40 für eine entsprechende Gegenstruktur 42 des Betätigungskolbens 16 aufweist, die am ersten Kolbenteil 28 ausgebildet ist und über die das Steuerelement 38 von dem sich in eine der axialen Richtungen bewegenden Betätigungskolben 16 in diese Richtung (Pfeil 44) verschiebbar ist. Weiterhin weist der Aktor 10 eine Linearfreilauf-Einrichtung 46 auf, über die das Steuerelement 38 nur in diese eine Richtung (Pfeil 42) axial verschieblich ist. Dabei weist die Linearfreilauf-Einrichtung 46 eine Ratschenstruktur mit linear angeordneten Zähnen auf, wie sie beispielsweise von Kabelbindern bekannt ist.
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Das Steuerelement 38 weist zum Betätigen der Ausgleichsvorrichtung 26 eine weitere Anschlagstruktur 48 für eine entsprechende weitere Gegenstruktur 50 des Betätigungskolbens 16 auf, wobei das Betätigen der Ausgleichsvorrichtung 26 über den Betätigungskolben 16 bei einer Bewegung des Betätigungskolbens 16 in die der einen axialen Richtung entgegengesetzte andere axiale Richtung (Pfeil 50) erfolgt. Beide Gegenstrukturen 44, 50 sind an Ringbünden 54, 56 des ersten Kolbenteils 28 ausgebildet.
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Das Steuerelement 36 ist im gezeigten Beispiel als Schlepphülse 58 ausgebildet ist, deren Innenmantelfläche 60 die Lauffläche für den Betätigungskolben 16 bildet. In dieser Schlepphülse 58 ist eine Schnüffelnut 62 ausgebildet. Die Funktion einer solchen Schnüffelnut 62 im Zusammenhang mit Aktoren 10 ist grundsätzlich bekannt. Die Ausbildung der Schnüffelnut 62 in der Schlepphülse 58 hat den Vorteil, dass die Schnüffelnut 62 mit der Schlepphülse 58 mitwandert. Die Anschlagstrukturen 40, 48 sind als einander gegenüberliegende Flanken eines Innenbundes 64 der Schlepphülse 58 an deren einem Ende ausgebildet.
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Zur Abdichtung der Schlepphülse 58 gegenüber dem Zylindergehäuse des Hydraulikzylinders 12 sowie zur Abdichtung des Betätigungskolbens 16 gegenüber der Schlepphülse 58 und zur Abdichtung des Betätigungskolbens 16 gegenüber dem Zylindergehäuse des Hydraulikzylinders 12 ist jeweils ein als O-Ring ausgebildetes Dichtungselement 66 zwischen den entsprechenden Elementen 12, 16, 58 vorgesehen.
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Schließlich ist im Hydraulikzylinder 12 noch ein (Niederdruck-)Anschluss 68 zum Anschluss eines (nicht gezeigten) Reservoirs mit entsprechendem Fluid zum Füllen des Fluidtanks 36 an die hydraulische Ausgleichsvorrichtung 26 vorgesehen.
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Es ergibt sich folgende Funktion: Bei Verschleiß der Reibungskupplung fährt der Betätigungskolben 16 weiter in Richtung Druckausgang (die durch den Pfeil 44 gekennzeichnete eine axiale Richtung). Über die eine Anschlagstruktur 40 wird irgendwann die Schlepphülse 58 mitgenommen.
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Irgendwann ist der Mehrweg groß genug, dass die Linear-Freilaufeinrichtung 46 einen Zahn weiter schnappt und die Schlepphülse 58 nicht mehr zurück kann.
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Bei der nächsten Rückwärtsbewegung des Betätigungskolbens 16 (in die durch den Pfeil 50 gekennzeichnete andere axiale Richtung) bleibt dieser an der weiteren Anschlagstruktur 48 auf der anderen Seite des Innenbundes 64 hängen, das Nachsaugventil 34 öffnet und der Fluidtank 36 wird mit Fluid gefüllt.
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Bei der nächsten Vorwärtsbewegung (in die durch den Pfeil 44 gekennzeichnete eine axiale Richtung) des Betätigungskolbens 16 schließt das Nachsaugventil 34 und der Mehrweg durch den Verschleiß der Reibungskupplung ist nachgestellt.
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Die Konstruktion des Aktors 10 ist insbesondere durch die folgenden Punkte gekennzeichnet: Die Schlepphülse 58 läuft im Gehäuse des Zylinders 12 vor, der Rückweg wird durch die axial ausgerichtete Linear-Freilaufeinrichtung 46 verhindert. Ein Dichtungselement 64 dichtet den Arbeitsraum (Druckraum) 20 gegen den Spalt zwischen Schlepphülse 58 und Zylindergehäuse ab.
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Der Betätigungskolben 16 läuft in der Schlepphülse 58 und ist gegen diese gedichtet. Der Betätigungskolben 16 gibt die mindestens eine Schnüffelnut 62 frei. Der Betätigungskolben 16 nimmt mittels der einen Anschlagstruktur 40 (Vorwärtsanschlag) bei Mehrweg die Schlepphülse 58 mit und wird durch die weitere Anschlagstruktur 48 (Rückwärtsanschlag) an zu weitem Rückfahren gehindert.
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Das Nachsaugventil 34 öffnet bei Unterdruck im Fluidtank 36 und lässt ein Befüllen dieses Tanks 36 aus einem Reservoir zu.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Aktor
- 12
- Hydraulikzylinder
- 14
- Innenraum
- 16
- Betätigungskolben
- 18
- Zylinderachse
- 20
- Arbeitsraum
- 22
- Stirnseite
- 24
- Anschlussstruktur
- 26
- Ausgleichsvorrichtung
- 28
- Kolbenteil, erstes
- 30
- Stößel
- 32
- Kolbenteil, zweites
- 34
- Nachsaugventil
- 36
- Fluidtank
- 38
- Steuerelement
- 40
- Anschlagstruktur
- 42
- Gegenstruktur
- 44
- Pfeil
- 46
- Linear-Freilaufeinrichtung
- 48
- Anschlagstruktur, weitere
- 50
- Gegenstruktur, weitere
- 52
- Pfeil
- 54
- Ringbund
- 56
- Ringbund
- 58
- Schlepphülse
- 60
- Innenmantelfläche
- 62
- Schnüffelnut
- 64
- Innenbund
- 66
- Dichtungselement
- 68
- Anschluss
