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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung einer Reibkupplung mit einem Aktor, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Reibkupplung ist insbesondere zwischen einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeuges und einem Getriebe angeordnet.
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Die Betätigungsvorrichtung umfasst zumindest einen durch ein Kupplungspedal betätigbaren Geberzylinder, den Aktor sowie einen zur Betätigung der Reibkupplung vorgesehenen Nehmerzylinder, die über Druckleitungen miteinander verbunden sind, wobei der Nehmerzylinder durch den Geberzylinder und durch den Aktor betätigbar ist. Die Druckleitungen sind mit einem hydraulischen Fluid (z. B. ein Öl) gefüllt, so dass durch Betätigen z. B. des Geberzylinders der Nehmerzylinder betätigbar und damit die Reibkupplung zu öffnen oder schließbar ist.
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Zur Betätigung von Reibkupplungen sind Betätigungsvorrichtungen mit einem Geberzylinder und einem Nehmerzylinder bekannt, die über Druckleitungen miteinander verbunden sind. Bei Kraftfahrzeugen mit manuellem Schaltgetriebe wird der Geberzylinder mittels eines Kupplungspedals durch einen Fahrer des Kraftfahrzeuges betätigt. Hierdurch wird das Fluid von dem Geberzylinder über die Druckleitung zu dem Nehmerzylinder verschoben, der die Reibkupplung ausrückt und/oder einrückt. Bei dem Nehmerzylinder kann es sich beispielsweise um einen Zentralausrücker (CSC-concentric slave cylinder) handeln. Zur Reduzierung eines CO2-Ausstoßes von Kraftfahrzeugen mit manuellem Schaltgetriebe sind Betätigungsvorrichtungen für die Reibkupplung bekannt, die einen zusätzlichen Aktor aufweisen. Dieser Aktor ermöglicht eine sogenannte „Segelfunktion”, mittels der die Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs durch Öffnen der Reibkupplung während des Ausrollens des Kraftfahrzeuges abgeschaltet werden kann. Die Segelfunktion kann auch bei normaler Fahrt eingeleitet werden, z. B. mit Abschaltung einer Antriebseinheit. Hierbei wird der Nehmerzylinder so mit dem Geberzylinder und dem Aktor verbunden, dass sowohl der Geberzylinder als auch der Aktor den Nehmerzylinder ansteuern und so die Reibkupplung betätigen können. Bevorzugt werden der Geberzylinder und der Aktor in Reihe angeordnet, so dass eine Übergabe zwischen dem Aktor und dem Geberzylinder und umgekehrt möglich ist. Hierdurch kann der Fahrer auch dann noch die Reibkupplung betätigen, wenn der Aktor die (normal geschlossene) Reibkupplung betätigt hat. Hierfür sind im Stand der Technik zum Beispiel aktiv gesteuerte Ventile oder ein schwimmender Kolben des Aktors bekannt. Solche aktiv gesteuerten Ventile erfordern jedoch einen hohen Steuerungsaufwand. Zudem ist eine reibungslose und unkomplizierte Übergabe vom Aktor zum Fahrer bei bekannten Aktoren mit schwimmenden Kolben nicht ohne weiteres möglich, da bei diesen das Kupplungspedal starr ist, wenn der Aktor die Reibkupplung betätigt.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2014 224 376 A1 ist eine Kupplungsbetätigungsvorrichtung, insbesondere ein Ausrücksystem für eine Reibungskupplung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Geberzylinder und einem Nehmerzylinder sowie einem Aktor, über den Geberzylinder und Nehmerzylinder mit einer Druckleitung verbunden sind, bekannt. Der Aktor weist dabei eine durch einen Motor in einer axialen Richtung bewegbare Welle mit mindestens zwei beweglich darauf angeordneten Kolben, die in einem gemeinsamen Zylinder entlang der axialen Richtung verfahrbar sind, auf. Dabei sind eine erste Druckkammer zwischen erstem Kolben und zweitem Kolben und eine zweite Druckkammer zwischen zweitem Kolben und einer Stirnwand des Zylinders angeordnet, wobei eine erste Feder den ersten Kolben und einen ersten Anschlag an der Welle verbindet, und eine zweite Feder den zweiten Kolben mit einem zweiten Anschlag an der Stirnwand verbindet, wobei die zweite Feder den zweiten Kolben gegen einen dritten Anschlag an der Welle verschiebt; wobei ein erster Anschluss für eine erste Druckleitung zum Geberzylinder in die erste Druckkammer mündet und ein zweiter Anschluss für eine zweite Druckleitung zum Nehmerzylinder in die zweite Druckkammer in einem Bereich mündet, der keine Dachfläche für den zweiten Kolben bildet. Zwischen der erstem Druckkammer und der zweiten Druckkammer ist ein erster Bypass vorgesehen, über den eine fluidtechnische Verbindung von Geberzylinder und Nehmerzylinder möglich ist, wobei der erste Bypass verschließbar ist durch Verschieben der Welle und des dritten Anschlags und damit des zweiten Kolbens entlang einer ersten Richtung.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Betätigungsvorrichtung einer Reibkupplung mit einem Aktor anzugeben, mit dem eine unkomplizierte Übergabe vom Aktor zum Fahrer eines Kraftfahrzeuges ermöglicht wird. Dabei soll ein Öffnen der Reibkupplung durch Betätigung des Geberzylinders (über das Kupplungspedal) parallel zum Aktorbetrieb durchführbar sein, wobei sichergestellt sein soll, dass die Reibkupplung währenddessen betätigt ist (also geöffnet bleibt). Zudem soll der Übergang, bei ausgerücktem Zustand der Reibkupplung (also Reibkupplung geöffnet), zwischen dem Segelbetrieb (Reibkupplung durch Aktorbetätigung geöffnet) und der Übernahme in den manuellen Betrieb (Kupplungsbetätigung durch das Pedal) fließend, also ohne Auswirkung auf die geöffnete Reibkupplung erfolgen. Dabei soll der Aktor kompakt und möglichst einfach aufgebaut sein, bzw. flexibel an unterschiedliche Anforderungen anpassbar sein. Die Pedalkennlinie (Betätigungskräfte am Kupplungspedal) soll in möglichst weiten Grenzen einstellbar sein.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung einer Reibkupplung mit einem Aktor, wobei die Betätigungsvorrichtung zumindest einen durch ein Kupplungspedal betätigbaren Geberzylinder, den Aktor sowie einen zur Betätigung der Reibkupplung vorgesehenen Nehmerzylinder aufweist, die über Druckleitungen miteinander verbunden sind, wobei der Aktor zumindest ein Gehäuse aufweist und darin angeordnet einen ersten Kolben, der ausgehend von einer Ausgangsposition durch einen Aktorantrieb in einer ersten axialen Richtung verlagerbar ist, sowie einen zweiten Kolben, der nur durch den Geberzylinder in der ersten axialen Richtung zur Betätigung des ersten Kolbens verlagerbar ist; so dass der Nehmerzylinder einerseits unmittelbar durch den Geberzylinder über die Druckleitungen und andererseits durch Verlagerung des ersten Kolbens in der ersten axialen Richtung durch
- a) den Aktorantrieb und/oder
- b) die Verlagerung des zweiten Kolbens in der ersten axialen Richtung betätigbar ist; wobei der erste Kolben zweiteilig ausgeführt ist und einen dritten Kolben aufweist, der gegenüber einem ersten Teil des ersten Kolbens entlang von axialen Richtungen verlagerbar ist. Dabei ist der erste Kolben in einem ersten Druckraum entlang der axialen Richtungen verlagerbar, wobei der erste Teil des ersten Kolbens eine Aufnahme für den dritten Kolben aufweist, die mit einer in den ersten Druckraum mündenden Druckleitung fluidtechnisch verbindbar ist (sobald die Primärdichtung entlang der ersten Richtung an der Druckleitung vorbei verlagert wurde); wobei der zweite Kolben in einem zweiten Druckraum entlang der axialen Richtungen verlagerbar ist; wobei der erste Druckraum mit dem zweiten Druckraum und dem Geberzylinder über eine gemeinsame Druckleitung miteinander verbunden sind; wobei der erste Teil des ersten Kolbens mit einer in dem Gehäuse angeordneten Sekundärdichtung zusammenwirkt; wobei der zweite Kolben eine mit dem zweiten Druckraum zusammenwirkende Kolbendichtung aufweist; wobei der dritte Kolben eine mit dem ersten Druckraum zusammenwirkende Primärdichtung aufweist.
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Insbesondere ist der erste Kolben zweiteilig ausgeführt, wobei der erste Teil und der zweite Teil (der dritte Kolben) auch unabhängig voneinander entlang der axialen Richtungen in einem ersten Druckraum bewegbar sind. Insbesondere erstreckt sich der dritte Kolben zumindest teilweise in den ersten Teil hinein.
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Insbesondere ist der Nehmerzylinder unmittelbar durch den Geberzylinder über die Druckleitungen betätigbar, d. h. ein Fluid wird durch Betätigung des Geberzylinders in den Nehmerzylinder verschoben. Der Begriff unmittelbar heißt hier insbesondere, dass zur Betätigung des Nehmerzylinders dabei keine weiteren Kolben oder ähnliches verlagert werden.
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Demgegenüber ist der Nehmerzylinder auch durch Verlagerung des ersten Kolbens betätigbar, wobei ein Fluid durch Verlagerung des ersten Kolbens in den Nehmerzylinder verschoben wird. Dabei kann der erste Kolben durch den Aktorantrieb (also insbesondere durch eine entlang der axialen Richtung verlagerbare Gewindespindel oder Spindelmutter) oder durch einen zweiten Kolben in der ersten axialen Richtung verlagert werden.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung weist der Aktorantrieb eine Gewindespindel mit einer Spindelmutter auf, wobei die Spindelmutter in dem Gehäuse drehbar angeordnet ist, so dass durch eine Drehung der Spindelmutter die Gewindespindel zur Betätigung des ersten Kolbens entlang der ersten axialen Richtung verlagerbar ist.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung weist der Aktorantrieb eine Gewindespindel mit einer Spindelmutter auf, wobei die Spindelmutter durch eine Drehung der Gewindespindel zur Betätigung des ersten Kolbens entlang der ersten axialen Richtung verlagerbar ist.
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Insbesondere ist der dritten Kolben oder zusätzlich der erste Kolben durch eine auf eine erste Stirnseite des dritten Kolbens wirkende erste Druckfeder entlang einer zweiten axialen Richtung bis in die Ausgangsposition verlagerbar. Die zweite axiale Richtung ist der ersten axialen Richtung entgegengesetzt. Eine Verlagerung des dritten Kolbens entlang der ersten axialen Richtung spannt diese erste Feder. Lässt der Druck auf den dritten Kolben nach, kann der dritte Kolben oder zusätzlich der ersten Kolben durch die erste Druckfeder in der zweiten axialen Richtung in seine Ausgangsposition zurückverlagert werden.
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Bevorzugt wird die Spindelmutter oder die Gewindespindel über ein Getriebe von einem Elektromotor angetrieben.
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Der Elektromotor ist insbesondere ein BLDC-(brushless direct current) oder DC-Motor. Zur Anpassung der Leistungsdaten (Drehzahl, Drehmoment) des Elektromotors an das Wirkprinzip des Aktors ist insbesondere ein Getriebe mit einer Übersetzung vorgesehen. Zur Gewährleistung der Übertragung der Antriebsleisung des Elektromotors weist die Übersetzung Zähne aus Stahl, Kunststoff oder tribologisch veränderten Kunststoffen auf.
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Insbesondere sind der erste Kolben (incl. dritter Kolben), der zweite Kolben und eine Gewindespindel sowie eine Spindelmutter des Aktorantriebs koaxial angeordnet, wobei der zweite Kolben in einem zweiten Druckraum entlang der axialen Richtungen verlagerbar ist, wobei der zweite Kolben über eine zweite Feder in der zweiten axialen Richtung verlagerbar ist.
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Bevorzugt erstreckt sich die Gewindespindel durch den ringförmigen zweiten Druckraum. Bevorzugt ist die Gewindespindel in einer radialen Richtung also innerhalb des als Ringkolben ausgeführten zweiten Kolbens angeordnet. Insbesondere überlappen sich der zweite Kolben und die Gewindespindel, bei unbetätigtem ersten Kolben, um mindestens 80% der Länge des zweiten Kolbens entlang der axialen Richtungen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Gewindespindel und der zweite Kolben in den axialen Richtungen nebeneinander angeordnet, wobei bei Verlagerung des zweiten Kolbens in der ersten axialen Richtung die Gewindespindel durch den zweiten Kolben und der erste Kolben durch die Gewindespindel in der ersten axialen Richtung verlagert wird.
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Insbesondere wird der erste Kolben an einer zweiten Stirnseite (der ersten Stirnseite gegenüberliegend angeordnet und in die zweite axiale Richtung weisend) durch den Aktor und durch den zweiten Kolben betätigt.
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Insbesondere ist der zweite Kolben über eine zweite Feder in der zweiten axialen Richtung verlagerbar. Die zweite Feder ist insbesondere eine Druckfeder oder eine Zugfeder. Die zweite Feder ist insbesondere koaxial zu dem zweiten Kolben angeordnet. Insbesondere ist der zweite Kolben in der radialen Richtung innerhalb der zweiten Feder angeordnet.
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Bevorzugt wirkt die zweite Feder mit einer Hülse zur Verlagerung des zweiten Kolbens zusammen, wobei die Hülse und der zweite Kolben koaxial zueinander und insbesondere in den axialen Richtungen zumindest teilweise überlappend angeordnet sind. Insbesondere ist der zweite Kolben in der radialen Richtung innerhalb der Hülse angeordnet.
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Bei Verlagerung des zweiten Kolbens in der ersten axialen Richtung wird die zweite Feder insbesondere gespannt. Lässt der Druck auf den zweiten Kolben nach (Geberzylinder bzw. Kupplungspedal wird nicht betätigt), kann der zweite Kolben durch die zweite Feder und über die Hülse in der zweiten axialen Richtung in seine Ausgangsposition zurückverlagert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist durch Betätigung des Aktorantriebs, zur Verlagerung einer Gewindespindel oder einer Spindelmutter des Aktorantriebs in der ersten axialen Richtung, mindestens ein Energiespeicher aufladbar, wobei die Gewindespindel oder die Spindelmutter durch den Energiespeicher in der zweiten axialen Richtung verlagerbar ist.
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Dieser Energiespeicher stellt sicher, dass die in der ersten axialen Richtung verlagerte Gewindespindel oder Spindelmutter in der zweiten axialen Richtung zurückverlagert wird. Dabei dient der Energiespeicher insbesondere als Sicherheitsreserve für einen möglichen Ausfall des Aktorantriebs. Der Energiespeicher ist z. B. als eine Torsionsfeder, Schenkelfeder oder Spiralfeder ausgeführt.
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Gemäß einer ersten alternativen Ausgestaltung sind die Dichtungen (Primärdichtung, Sekundärdichtung, Kolbendichtung) und die Federn (erste Druckfeder, zweite Feder) so ausgelegt, dass nach einer Verlagerung des ersten Kolbens entlang der ersten axialen Richtung durch den zweiten Kolben oder zusätzlich durch den Aktorantrieb, und bei weiterer Betätigung des Geberzylinders und Lösen des Aktorantriebs von dem ersten Kolben (bzw. Einstellen des Antriebs des Aktorantriebs durch den Elektromotor); der erste Teil des ersten Kolbens in der zweiten axialen Richtung bis in die Ausgangsposition verlagert wird, wobei der dritte Kolben weiter in der ersten axialen Richtung verlagert angeordnet bleibt.
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Bei dieser ersten alternativen Ausgestaltung ist die zweite Feder so ausgelegt, dass sie die Reibkraft der Kolbendichtung und der Sekundärdichtung überwindet. Dadurch wird der zweite Kolben entlang der zweiten axialen Richtung in seine Ausgangsposition zurückbewegt, wobei ein Fluidvolumen aus dem zweiten Druckraum hin zum ersten Druckraum bewegt wird. Dadurch wird ein Fluidvolumen über die Druckleitung in die Aufnahme des ersten Teils des ersten Kolbens überführt, so dass durch das Fluidvolumen der erste Teil des ersten Kolbens von dem dritten Kolben in der zweiten axialen Richtung wegbewegt wird. Am Kupplungspedal liegen nun die Gegenkräfte der Reibkupplung und der gespannten ersten Druckfeder an sowie die Reibwirkung der Primärdichtung.
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Gemäß einer zweiten alternativen Ausgestaltung sind die Dichtungen (Primärdichtung, Sekundärdichtung, Kolbendichtung) und die Federn (erste Druckfeder, zweite Feder) so ausgelegt, dass nach einer Verlagerung des ersten Kolbens entlang der ersten axialen Richtung durch den zweiten Kolben oder zusätzlich durch den Aktorantrieb, und bei weiterer Betätigung des Geberzylinders und Lösen des Aktorantriebs von dem ersten Kolben (bzw. Einstellen des Antriebs des Aktorantriebs durch den Elektromotor); der erste Teil des ersten Kolbens und der dritte Kolben weiter in der ersten axialen Richtung verlagert angeordnet bleiben.
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Bei dieser zweiten alternativen Ausgestaltung ist die zweite Feder so ausgelegt, dass sie die Reibkraft der Kolbendichtung und der Sekundärdichtung nicht überwindet. Dadurch bleibt der zweite Kolben entlang der ersten axialen Richtung verlagert angeordnet, wobei auch der erste Kolben (umfassend das erste Teil und den dritten Kolben) in der ersten axialen Richtung verlagert angeordnet bleibt. Am Kupplungspedal liegen nun die Gegenkräfte der Reibkupplung, der ersten Druckfeder und der zweiten Feder an sowie die Reibwirkung der Primärdichtung.
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Gemäß einer dritten alternativen Ausgestaltung sind die Dichtungen (Primärdichtung, Sekundärdichtung, Kolbendichtung) und die Federn (erste Druckfeder, zweite Feder) so ausgelegt, dass nach einer Verlagerung des ersten Kolbens entlang der ersten axialen Richtung durch den zweiten Kolben oder zusätzlich durch den Aktorantrieb, und bei weiterer Betätigung des Geberzylinders und Lösen des Aktorantriebs von dem ersten Kolben (bzw. Einstellen des Antriebs des Aktorantriebs durch den Elektromotor); der erste Teil des ersten Kolbens in der zweiten axialen Richtung in eine Zwischenposition vor der Ausgangsposition verlagert wird, wobei der dritte Kolben weiter in der ersten axialen Richtung verlagert angeordnet bleibt.
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Bei dieser dritten alternativen Ausgestaltung ist die zweite Feder so ausgelegt, dass sie der Reibkraft der Kolbendichtung und der Sekundärdichtung entspricht. Dadurch wird der zweite Kolben entlang der zweiten axialen Richtung nur in eine Zwischenposition vor der Ausgangsposition zurückbewegt, wobei ein kleineres Fluidvolumen aus dem zweiten Druckraum hin zum ersten Druckraum bewegt wird. Dadurch wird ein entsprechendes kleines Fluidvolumen über die Druckleitung in die Aufnahme des ersten Teils des ersten Kolbens überführt, so dass durch das Fluidvolumen der erste Teil des ersten Kolbens von dem dritten Kolben in der zweiten axialen Richtung wegbewegt wird, wobei auch der erste Teil nur eine Zwischenposition erreicht, wobei der dritte Kolben weiterhin auf der Position verharrt (in der ersten axialen Richtung verlagert). Am Kupplungspedal liegen nun die Gegenkräfte der Reibkupplung, der gespannten ersten Druckfeder und des Anteils der nur noch teilweise gespannten zweiten Feder an sowie die Reibwirkung der Primärdichtung.
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Wird das Kupplungspedal im Anschluss entlastet, fährt der dritte Kolben durch den anstehenden Druck vom Nehmerzylinder und durch die Rückstellkraft der ersten Druckfeder in seine Ausgangsposition zurück. Ein ggf. zwischen dem dritten Kolben und dem ersten Teil vorliegendes Fluidvolumen wird über die mit dem ersten Druckraum verbundene Druckleitung hin zum Geberzylinder bewegt, so dass sich der dritte Kolben wieder an dem ersten Teil anordnet.
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Der Aktor ist bevorzugt in übergeordneten Baugruppen, also z. B. einer Betätigungseinheit für eine Reibkupplung, einsetzbar. Insbesondere ist die Betätigungseinheit zusammen mit einer Reibkupplung in einem Kraftfahrzeug verbaut.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen:
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1: eine Betätigungsvorrichtung für eine Reibkupplung mit einem Aktor gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels, zum Teil in einer Seitenansicht im Schnitt, zum Teil in perspektivischer Ansicht, wobei sich der Aktor in einer Ausgangsposition befindet;
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2: den Aktor aus 1 in einer Seitenansicht im Schnitt, wobei der erste Kolben durch den Aktor betätigt ist;
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3: den Aktor aus 2 in einer Seitenansicht im Schnitt, wobei zusätzlich der zweite Kolben durch den Geberzylinder betätigt ist;
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4: den Aktor aus 3 in einer Seitenansicht im Schnitt, wobei die Gewindespindel in die Ausgangsposition zurückgefahren ist und wobei der Aktor gemäß der ersten alternativen Ausgestaltung ausgeführt ist; und
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5: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Aktors in einer Seitenansicht im Schnitt.
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1 zeigt eine Betätigungsvorrichtung 2 für eine Reibkupplung 3 mit einem Aktor 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels, zum Teil in einer Seitenansicht im Schnitt, zum Teil in perspektivischer Ansicht, wobei sich der Aktor 1 in einer Ausgangsposition 39 befindet. Zur Betätigung der Reibkupplung 3 ist ein Geberzylinder 5 durch ein Kupplungspedal 4 betätigbar. Ein Fluid wird über Druckleitungen 7 von dem Geberzylinder 5 über den Aktor 1 zum Nehmerzylinder 6 verschoben, der die Reibkupplung 3 ausrückt und/oder einrückt. Zur Reduzierung eines CO2-Ausstoßes von Kraftfahrzeugen mit manuellem Schaltgetriebe weist die Betätigungsvorrichtung 2 einen Aktor 1 auf. Dieser Aktor 1 ermöglicht eine sogenannte „Segelfunktion”, mittels der die Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs durch Öffnen der Reibkupplung 3 z. B. während des Ausrollens des Kraftfahrzeuges abgeschaltet werden kann. Hierbei ist der Nehmerzylinder 6 so mit dem Geberzylinder 5 und dem Aktor 1 verbunden, dass sowohl der Geberzylinder 5 als auch der Aktor 1 den Nehmerzylinder 6 ansteuern und so die Reibkupplung 3 betätigen können. Dabei sind der Geberzylinder 5 und der Aktor 1 in Reihe angeordnet, so dass eine Übergabe zwischen dem Aktor 1 und dem Geberzylinder 5 und umgekehrt möglich ist. Hierdurch kann der Fahrer auch dann noch die Reibkupplung 3 betätigen, wenn der Aktor 1 die (normal geschlossene) Reibkupplung 3 betätigt hat.
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Der Aktor 1 umfasst einen ersten Kolben 9, der durch einen Aktorantrieb 10 in einer ersten axialen Richtung 11 verlagerbar ist, sowie einen zweiten Kolben 12, der nur durch den Geberzylinder 5 in der ersten axialen Richtung 11 verlagerbar ist. Der Nehmerzylinder 6 ist einerseits unmittelbar durch den Geberzylinder 5 über die Druckleitungen 7 und über den ersten Druckraum 20 verlagerbar. Andererseits ist der Nehmerzylinder 6 durch Verlagerung des ersten Kolbens 9 in der ersten axialen Richtung 11 durch den Aktorantrieb 10 und/oder die Verlagerung des zweiten Kolbens 12 in der ersten axialen Richtung 11 betätigbar.
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Der erste Kolben 9 ist zweiteilig ausgeführt und weist einen dritten Kolben 36 auf, der gegenüber einem ersten Teil 37 des ersten Kolbens 9 entlang von axialen Richtungen 11, 17 verlagerbar ist. Der erste Teil 37 und der zweite Teil (der dritte Kolben 36) sind auch unabhängig voneinander entlang der axialen Richtungen 11, 17 in dem ersten Druckraum 20 bewegbar. Der dritte Kolben 36 erstreckt sich zumindest teilweise in eine Aufnahme 38 des ersten Teils 37 hinein. Der dritte Kolben 36 oder zusätzlich der erste Teil 37 des ersten Kolbens 9 ist durch eine auf eine erste Stirnseite 15 des dritten Kolbens 36 wirkende erste Druckfeder 16 entlang einer zweiten axialen Richtung 17 bis in die Ausgangsposition 39 verlagerbar. Die zweite axiale Richtung 17 ist der ersten axialen Richtung 11 entgegengesetzt.
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Eine Verlagerung des dritten Kolbens 36 entlang der ersten axialen Richtung 11 spannt diese erste Feder 16 (siehe 2, 3 und 4). Lässt der Druck auf den dritten Kolben 36 nach, kann der dritte Kolben 36 oder zusätzlich der ersten Kolben 9 durch die erste Druckfeder 16 in der zweiten axialen Richtung 17 in seine Ausgangsposition 39 zurückverlagert werden (1).
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In der hier dargestellten Ausgangsposition 39 von Gewindespindel 13, zweitem Kolben 12 und erstem Kolben 9, ist der erste Kolben 9 noch nicht in der ersten axialen Richtung 11 verlagert angeordnet bzw. wieder in seine Ausgangsposition 39 zurückverlagert worden. Damit ist die Verbindung zwischen dem Geberzylinder 5 und dem Nehmerzylinder 6 über die Druckleitungen 7 frei und eine unmittelbare Betätigung der Reibkupplung 3 durch Betätigung des Kupplungspedals 4 möglich. Dabei wird durch Betätigung des Geberzylinders 5 ein Fluidvolumen in den Nehmerzylinder 6 verschoben.
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Der Nehmerzylinder 6 ist auch durch Verlagerung des ersten Kolbens 9 betätigbar (siehe z. B. 2), wobei ein Fluid(-volumen) durch Verlagerung des ersten Kolbens 9 in den Nehmerzylinder 6 verschoben wird. Dabei kann der erste Kolben 9 durch den Aktorantrieb 10 (also durch eine entlang der axialen Richtungen 11, 17 verlagerbare Gewindespindel 13, siehe z. B. 2) oder durch einen zweiten Kolben 12 (siehe z. B. 3) in der ersten axialen Richtung 11 verlagert werden.
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Der Aktorantrieb 10 weist eine Gewindespindel 13 mit einer Spindelmutter 14 auf, wobei die Spindelmutter 14 in dem Gehäuse 8 über ein (Fest-)Lager 25 drehbar angeordnet ist, so dass durch eine Drehung der Spindelmutter 14 die Gewindespindel 13 zur Betätigung des ersten Kolbens 9 entlang der ersten axialen Richtung 11 verlagerbar ist. Die Gewindespindel 13 ist über ein (Gleit-)Lager 25 gegenüber dem Gehäuse 8 gelagert. Zudem stützt sich das Drehmoment der Gewindespindel 13 am Gehäuse 8 ab.
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Die Spindelmutter 14 wird über ein Getriebe 18 von einem Elektromotor 19 angetrieben.
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Der erste Kolben 9, der dritte Kolben 36, der zweite Kolben 12 und die Gewindespindel 13 des Aktorantriebs 10 sind koaxial zur Mittelachse 34 angeordnet, wobei ein zweiter Druckraum 21, in dem der zweite Kolben 12 entlang der axialen Richtungen 11, 17 bewegbar ist, und die Gewindespindel 13 in den axialen Richtungen 11, 17 zumindest teilweise überlappend angeordnet sind. Der zweite Kolben 12 und die Gewindespindel 13 überlappen sich, bei unbetätigtem ersten Kolben 9 wie dargestellt, um mindestens 80% der Länge des zweiten Kolbens 12 entlang der axialen Richtungen 11, 17.
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Die Gewindespindel 13 ist in einer radialen Richtung 33 innerhalb des als Ringkolben ausgeführten zweiten Kolbens 12 angeordnet. Der erste Kolben 9 wird an einer zweiten Stirnseite 31 (der ersten Stirnseite 15 gegenüberliegend angeordnet und in die zweite axiale Richtung 17 weisend) durch den Aktorantrieb 1 und durch den zweiten Kolben 12 betätigt.
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Der zweite Kolben 12 ist über eine zweite Feder 22 in der zweiten axialen Richtung 17 verlagerbar. Die zweite Feder 22 ist als Druckfeder dargestellt, kann aber auch in angepasster Anordnung als Zugfeder ausgeführt sein. Die zweite Feder 22 ist koaxial zu dem zweiten Kolben 12 angeordnet. Der zweite Kolben 12 ist in der radialen Richtung 33 innerhalb der zweiten Feder 22 angeordnet.
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Die zweite Feder 22 wirkt mit einer Hülse 23 zur Verlagerung des zweiten Kolbens 12 zusammen, wobei die Hülse 23 und der zweite Kolben 12 koaxial zueinander angeordnet sind. Bei Verlagerung des zweiten Kolbens 12 in der ersten axialen Richtung 11 wird die zweite Feder 22 gespannt.
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Durch Betätigung des Aktorantriebs 10, zur Verlagerung der Gewindespindel 13 des Aktorantriebs 10 in der ersten axialen Richtung 11, ist ein Energiespeicher 24 aufladbar, wobei die Gewindespindel 13 durch den Energiespeicher 24 in der zweiten axialen Richtung 17 verlagerbar ist. Dieser Energiespeicher 24 stellt sicher, dass die in der ersten axialen Richtung 11 verlagerte Gewindespindel 13 in der zweiten axialen Richtung 17 zurückverlagert wird. Dabei dient der Energiespeicher 24 als Sicherheitsreserve für einen möglichen Ausfall des Aktorantriebs 10.
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Der dritte Kolben 36 weist eine Primärdichtung 26 auf, die über die erste Stirnseite 15 auf den dritten Kolben 36 anordenbar ist, wobei die Primärdichtung 26 durch ein mit der ersten Stirnseite 15 verbindbares Abschlussstück 27 auf dem dritten Kolben 36 in den axialen Richtungen 11, 17 fixierbar ist. Das Abschlussstück 27 ist fest mit dem dritten Kolben 36 verbunden.
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Der erste Teil 37 des ersten Kolbens 9 ist entlang einer Sekundärdichtung 30 in dem Gehäuse 8 verlagerbar, wobei die Sekundärdichtung 30 durch ein Fixierelement 28 in den axialen Richtungen 11, 17 an dem Gehäuse 8 fixiert ist.
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Der erste Kolben 9 ist in einem ersten Druckraum 20 entlang der axialen Richtungen 11, 17 verlagerbar, wobei der erste Teil 37 des ersten Kolbens 9 eine Aufnahme 38 für den dritten Kolben 36 aufweist, die mit einer in den ersten Druckraum 20 mündenden Druckleitung 7 fluidtechnisch verbindbar ist, sobald die Primärdichtung 26 entlang der ersten Richtung 11 an der Druckleitung 7 vorbei verlagert wurde. Der zweite Kolben 12 ist in einem zweiten Druckraum 21 entlang der axialen Richtungen 11, 17 verlagerbar ist; wobei der erste Druckraum 20 mit dem zweiten Druckraum 21 und dem Geberzylinder 5 über eine gemeinsame Druckleitung 7 miteinander verbunden sind; wobei der erste Teil des ersten Kolbens 7 mit einer in dem Gehäuse 8 angeordneten Sekundärdichtung 30 zusammenwirkt; wobei der zweite Kolben 12 eine mit dem zweiten Druckraum 21 zusammenwirkende Kolbendichtung 35 aufweist; wobei der dritte Kolben 36 eine mit dem ersten Druckraum 21 zusammenwirkende Primärdichtung 26 aufweist.
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2 zeigt den Aktor 1 aus 1 in einer Seitenansicht im Schnitt, wobei der erste Kolben 9 durch den Aktor 1 betätigt ist. Auf die Ausführungen zu 1 wird verwiesen. Der Aktor 1 betätigt den ersten Kolben 9 durch eine Verlagerung der Gewindespindel 13 entlang der ersten axialen Richtung 11. Dabei wird der erste Kolben 9, zusammen mit dem dritten Kolben 36, über die zweite Stirnseite 31 durch die Gewindespindel 13, die an ihrem Ende ein Distanzstück 32 zur Einstellung des Anschlags aufweist, beaufschlagt. Infolge der Verlagerung des ersten Kolbens 9 (mit drittem Kolben 36) wird die in den ersten Druckraum 20 mündende und von dem Geberzylinder 5 ausgehende Druckleitung 7 zumindest gegenüber dem Nehmerzylinder 6 durch die Primärdichtung 26 verschlossen und das in dem ersten Druckraum 20 vorliegende Fluidvolumen wird in Richtung zum Nehmerzylinder 6 verschoben. Weiter wird über die erste Stirnseite 15 des dritten Kolbens 36 die erste Druckfeder 16 gespannt.
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Hier sind sich entlang der axialen Richtungen 11, 17 erstreckende Führungen 29 für den ersten Kolben 9 vorgesehen, zur drehfesten Führung des ersten Kolbens 9 entlang der axialen Richtungen 11, 17.
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3 zeigt den Aktor 1 aus 2 in einer Seitenansicht im Schnitt, wobei zusätzlich der zweite Kolben 12 durch den Geberzylinder 5 betätigt ist. Dieser Zustand des Aktors 1 wird als Übersteuerung bezeichnet. Da der erste Kolben 9 durch die Gewindespindel 13 in der dargestellten Stellung (in der ersten axialen Richtung 11 verlagert) fixiert ist, wird bei Betätigung des Geberzylinders 5 durch das Kupplungspedal 4 ein Fluidvolumen in den zweiten Druckraum 21 verschoben und so der zweite Kolben 12 in der ersten axialen Richtung 11 verlagert. Durch die Verlagerung des zweiten Kolbens 12 wird die zweite Feder 22 gespannt, so dass der Fahrer über das Kupplungspedal 4 einen Widerstand rückgemeldet bekommt. Die Kolbendichtung 35 kann an den zweiten Kolben 12 anvulkanisiert sein, oder durch eine formschlüssige Verbindung mit dem zweiten Kolben 12 verbunden sein. Sie kann auch als lose bzw. schwimmende Kolbendichtung 35 ausgeführt sein.
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4 zeigt den Aktor 1 aus 3 in einer Seitenansicht im Schnitt, wobei die Gewindespindel 13 in die Ausgangsposition 39 zurückgefahren ist und wobei der Aktor 1 gemäß der ersten alternativen Ausgestaltung ausgeführt ist.
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Die Gewindespindel 13 wird über den Elektromotor 19 und das Getriebe 18 in die Ausgangsposition 39 zurückgefahren. Um einen Betrieb auch z. B. bei einem Ausfall des Elektromotors 19 sicherzustellen, muss die Gewindespindel 13 (oder die Spindelmutter 14 bei der zweiten Ausgestaltung, siehe oben) auch ohne den Antrieb des Elektromotors 19 in die Ausgangsposition 39 zurückgefahren werden können. Dafür ist der Energiespeicher 24, der hier mit der Spindelmutter 14 zusammenwirkt, vorgesehen. Durch Betätigung des Aktorantriebs 10, zur Verlagerung der Gewindespindel 13 des Aktorantriebs 10 in der ersten axialen Richtung 11, wird der Energiespeicher 24 aufgeladen/gespannt, wobei die Gewindespindel 13 durch den Energiespeicher 24 in der zweiten axialen Richtung 17 verlagerbar ist. Dazu ist die Gewindespindel 13 selbstlösend (also nicht selbsthemmend) ausgelegt.
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Um die Rückstellung der Gewindespindel 13 in die Ausgangsposition 39 sicherzustellen, muss der Energiespeicher 24 insbesondere über den gesamten Betätigungsweg ein größeres Drehmoment bereitstellen als die Selbsthemmung des Elektromotors 19 multipliziert mit der Übersetzung des Getriebes 18. Der korrekte Einbau, also die Positionierung, Vorspannung und Drehmomentabstützung z. B. einer Torsionsfeder, die als Energiespeicher 24 eingesetzt wird, erfolgt z. B. über ein nicht dargestelltes Abstützblech, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit rotierender Spindelmutter 14 am Gehäuse 8 angeordnet ist (bei rotierender Gewindespindel 13 z. B. Anordnung an der Spindelmutter 14).
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Gemäß der ersten alternativen Ausgestaltung sind die Dichtungen (Primärdichtung 26, Sekundärdichtung 30, Kolbendichtung 35) und die Federn (erste Druckfeder 16, zweite Feder 22) so ausgelegt, dass nach einer Verlagerung des ersten Kolbens 9 entlang der ersten axialen Richtung 11 durch den zweiten Kolben 12 oder zusätzlich durch den Aktorantrieb 10 (siehe 3), und bei weiterer Betätigung des Geberzylinders 5 und Lösen des Aktorantriebs 10 von dem ersten Kolben 9 (bzw. Einstellen des Antriebs des Aktorantriebs 10 durch den Elektromotor 19) (siehe 4); der erste Teil 37 des ersten Kolbens 9 in der zweiten axialen Richtung 17 bis in die Ausgangsposition 39 verlagert wird, wobei der dritte Kolben 36 weiter in der ersten axialen Richtung 11 verlagert angeordnet bleibt.
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Bei dieser ersten alternativen Ausgestaltung ist die zweite Feder 22 so ausgelegt, dass sie die Reibkraft der Kolbendichtung 35 und der Sekundärdichtung 30 überwindet. Dadurch wird der zweite Kolben 12 entlang der zweiten axialen Richtung 17 in seine Ausgangsposition 39 zurückbewegt, wobei ein Fluidvolumen aus dem zweiten Druckraum 21 hin zum ersten Druckraum 20 bewegt wird. Dadurch wird ein Fluidvolumen über die Druckleitung 7 in die Aufnahme 38 des ersten Teils 37 des ersten Kolbens 9, bzw. in den Raum zwischen dem ersten Teil 37 und dem dritten Kolben 36 überführt, da die Druckleitung 7 hin zum Nehmerzylinder 6 durch die Primärdichtung 26 verschlossen ist. Durch das in den Raum zwischen dem ersten Teil 37 und dem dritten Kolben 36 überführte Fluidvolumen wird der erste Teil 37 des ersten Kolbens 9 von dem dritten Kolben 36 in der zweiten axialen Richtung 17 wegbewegt. Am Kupplungspedal 4 liegen nun die Gegenkräfte der Reibkupplung 3 und der gespannten ersten Druckfeder 16 an sowie die Reibwirkung der Primärdichtung 26.
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Gemäß einer zweiten alternativen Ausgestaltung (hier nicht dargestellt) sind die Dichtungen (Primärdichtung 26, Sekundärdichtung 30, Kolbendichtung 35) und die Federn (erste Druckfeder 16, zweite Feder 22) so ausgelegt, dass nach einer Verlagerung des ersten Kolbens 9 entlang der ersten axialen Richtung 11 durch den zweiten Kolben 12 oder zusätzlich durch den Aktorantrieb 10, und bei weiterer Betätigung des Geberzylinders 5 und Lösen des Aktorantriebs 10 von dem ersten Kolben 9 (bzw. Einstellen des Antriebs des Aktorantriebs 10 durch den Elektromotor 19); der erste Teil 37 des ersten Kolbens 9 und der dritte Kolben 36 weiter in der ersten axialen Richtung 11 verlagert angeordnet bleiben.
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Bei dieser zweiten alternativen Ausgestaltung ist die zweite Feder 22 so ausgelegt, dass sie die Reibkraft der Kolbendichtung 35 und der Sekundärdichtung 30 nicht überwindet. Dadurch bleibt der zweite Kolben 12 entlang der ersten axialen Richtung 11 verlagert angeordnet, wobei auch der erste Kolben 9 (umfassend das erste Teil 37 und den dritten Kolben 36) in der ersten axialen Richtung 11 verlagert angeordnet bleibt. Am Kupplungspedal 4 liegen nun die Gegenkräfte der Reibkupplung 3, der ersten Druckfeder 16 und der zweiten Feder 22 an sowie die Reibwirkung der Primärdichtung 30.
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Gemäß einer dritten alternativen Ausgestaltung (hier nicht dargestellt) sind die Dichtungen (Primärdichtung 26, Sekundärdichtung 30, Kolbendichtung 35) und die Federn (erste Druckfeder 16, zweite Feder 22) so ausgelegt, dass nach einer Verlagerung des ersten Kolbens 9 entlang der ersten axialen Richtung 11 durch den zweiten Kolben 12 oder zusätzlich durch den Aktorantrieb 10, und bei weiterer Betätigung des Geberzylinders 5 und Lösen des Aktorantriebs 10 von dem ersten Kolben 9 (bzw. Einstellen des Antriebs des Aktorantriebs 10 durch den Elektromotor 19); der erste Teil 37 des ersten Kolbens 36 in der zweiten axialen Richtung 17 in eine Zwischenposition 40 (gestrichelte Linie in 4) vor der Ausgangsposition 39 verlagert wird, wobei der dritte Kolben 36 weiter in der ersten axialen Richtung 11 verlagert angeordnet bleibt.
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Bei dieser dritten alternativen Ausgestaltung ist die zweite Feder 22 so ausgelegt, dass sie der Reibkraft der Kolbendichtung 35 und der Sekundärdichtung 30 entspricht. Dadurch wird der zweite Kolben 12 entlang der zweiten axialen Richtung 17 nur in eine Zwischenposition 40 (gestrichelte Linie in 4) vor der Ausgangsposition 39 zurückbewegt, wobei ein kleineres Fluidvolumen aus dem zweiten Druckraum 21 hin zum ersten Druckraum 20 bewegt wird. Dadurch wird ein entsprechendes kleines Fluidvolumen über die Druckleitung 7 in die Aufnahme 38 des ersten Teils 37 des ersten Kolbens 9, bzw. in den Raum zwischen dem ersten Teil 37 und dem dritten Kolben 36 überführt, da die Druckleitung 7 hin zum Nehmerzylinder 6 durch die Primärdichtung 26 verschlossen ist. Durch das in den Raum zwischen dem ersten Teil 37 und dem dritten Kolben 36 überführte kleine Fluidvolumen wird der erste Teil 37 des ersten Kolbens 9 von dem dritten Kolben 36 in der zweiten axialen Richtung 17 wegbewegt, wobei auch der erste Teil 37 nur eine Zwischenposition 40 erreicht. Am Kupplungspedal 4 liegen nun die Gegenkräfte der Reibkupplung 3, der gespannten ersten Druckfeder 16 und des Anteils der nur noch teilweise gespannten zweiten Feder 22 an sowie die Reibwirkung der Primärdichtung 30.
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Wird das Kupplungspedal 4 im Anschluss an die in 4 gezeigte Betätigung des Geberzylinders 5 entlastet, fährt der dritte Kolben 36 durch den anstehenden Druck vom Nehmerzylinder 6 und durch die Rückstellkraft der ersten Druckfeder 16 in seine Ausgangsposition in der Aufnahme 38 des ersten Teils 37 des ersten Kolbens 9 zurück, so dass der erste Kolben 9 insgesamt in seiner Ausgangsposition 39 angeordnet ist. Ein ggf. zwischen dem dritten Kolben 36 und dem ersten Teil 37 vorliegendes Fluidvolumen wird über die mit dem ersten Druckraum 20 verbundene Druckleitung 7 hin zum Geberzylinder 5 bewegt, so dass sich der dritte Kolben 36 wieder an dem ersten Teil 37 anordnet.
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5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Aktors 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel des Aktors 1 gemäß den 1 bis 4 sind die Gewindespindel 13 und der zweite Kolben 12 in den axialen Richtungen 11, 17 nebeneinander angeordnet, wobei bei Verlagerung des zweiten Kolbens 12 in der ersten axialen Richtung 11 die Gewindespindel 13 durch den zweiten Kolben 12 und der erste Kolben 9 durch die Gewindespindel 13 in der ersten axialen Richtung 11 verlagert wird.
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Der erste Kolben 9 wird an der zweiten Stirnseite 31 (der ersten Stirnseite 15 gegenüberliegend angeordnet und in die zweite axiale Richtung 17 weisend) durch den Aktor 1 und (über eine Verlagerung der zwischen zweiten Kolben und ersten Kolben 9 angeordneten Gewindespindel 13 durch den zweiten Kolben 12) durch den zweiten Kolben 12 betätigt.
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Der hier gezeigte Aktor 1 befindet sich in dem gleichen Betätigungszustand wie der Aktor 1 gemäß 2. Auf die dortigen weiteren Ausführungen wird verwiesen.
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Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu 1 bis 4 Bezug genommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktor
- 2
- Betätigungsvorrichtung
- 3
- Reibkupplung
- 4
- Kupplungspedal
- 5
- Geberzylinder
- 6
- Nehmerzylinder
- 7
- Druckleitung
- 8
- Gehäuse
- 9
- erster Kolben
- 10
- Aktorantrieb
- 11
- erste axiale Richtung
- 12
- zweiter Kolben
- 13
- Gewindespindel
- 14
- Spindelmutter
- 15
- erste Stirnseite
- 16
- erste Druckfeder
- 17
- zweite axiale Richtung
- 18
- Getriebe
- 19
- Elektromotor
- 20
- erster Druckraum
- 21
- zweiter Druckraum
- 22
- zweite Feder
- 23
- Hülse
- 24
- Energiespeicher
- 25
- Lager
- 26
- Primärdichtung
- 27
- Abschlussstück
- 28
- Fixierelement
- 29
- Führung
- 30
- Sekundärdichtung
- 31
- zweite Stirnseite
- 32
- Distanzstück
- 33
- radiale Richtung
- 34
- Mittelachse
- 35
- Kolbendichtung
- 36
- dritter Kolben
- 37
- erstes Teil
- 38
- Aufnahme
- 39
- Ausgangsposition
- 40
- Zwischenposition
