DE102017001410A1

DE102017001410A1 - Selbstjustierender pneumatischer Kupplungsaktor

Info

Publication number: DE102017001410A1
Application number: DE102017001410.8A
Authority: DE
Inventors: Hauke Karstens; Holger Kelpe; Frank-Peter Klück; Jens Willms
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-08-16
Also published as: WO2018149616A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen sich selbst justierenden pneumatischen Kupplungsaktor (11) zum Betätigen einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, welcher ein ringzylindrisches, axial einseitig offenes Gehäuse (20) und einen darin axial verschiebbar angeordneten Ringkolben (24) aufweist, zwischen denen ein Druckraum (26) ausgebildet ist, und bei dem der Ringkolben (24) mit einem Ausrücklager (18) verbunden ist, welches an einer Kupplungsfeder (12) zur Verstellung derselben aus einer Nichtbetätigungsstellung in eine Betätigungsstellung axial anliegt, bei welchen die Kupplung geschlossen beziehungsweise geöffnet ist, und bei dem eine Vorrichtung zur Kompensation einer kupplungsverschleißbedingten Änderung des Betätigungsweges zum Öffnen oder Schließen der Kupplung vorhanden ist. Hierzu weist die Vorrichtung eine Spindel (32) auf, welche im nicht betätigten Zustand des Kupplungsaktors (11) frei drehbar und bei betätigtem Kupplungsaktor blockiert ist. Gemäß der Erfindung erfolgt die Blockierung der Spindel (32) durch Reibschlussverbindungsmittel (46, 87, 89, 99) oder Formschlussverbindungsmittel (97, 98), und die vollständige Aufhebung einer solchen Verbindung zwischen Spindel (32) und Ringkolben (24) wird mittels wenigstens eines Freistellungsbolzens (91) sichergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft einen sich selbst justierenden pneumatischen Kupplungsaktor zum Betätigen einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Ringkolben axial verschiebbar in einem Gehäuse des Kupplungsaktor unter Schaffung eines Druckraumes aufgenommen ist, bei dem ein ringförmiger Ausrücklagerträger axial verschiebbar radial innerhalb des Ringkolbens angeordnet ist, bei dem der Ausrücklagerträger mit einem feststehenden Lagerring eines Ausrücklagers verbunden ist, bei dem ein drehbarer Lagerring des Ausrücklagers mit einer Kupplungsfeder der Kupplung in Kontakt ist oder in Kontakt bringbar ist, bei dem zum Betätigen der Kupplung durch ein Beaufschlagen des Druckraumes mit einem Druckfluid der Ringkolben zusammen mit dem Ausrücklagerträger entgegen der Federkraft der Kupplungsfeder in Richtung zur Kupplungsfeder axial verschiebbar angeordnet ist, bei dem radial innerhalb des Ausrücklagerträgers eine hohlzylindrische Spindel angeordnet ist, bei dem diese Spindel drehbar und bis auf ein geringes Axialspiel axial unverschiebbar mit dem Ringkolben verbunden ist, und bei dem diese Verbindung zwischen Spindel und Ringkolben derartig ist, dass die Spindel im drucklosen Zustand des Druckraumes um eine Längsmittelachse des Kupplungsaktors drehbar und bei einem Überdruck im Druckraum nicht drehbar ist.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Aktoren zur pneumatischen Betätigung von Kraftfahrzeugkupplungen bekannt. Hiermit können Kraftfahrzeuge mit im Vergleich zu hydrodynamischen Drehmomentwandlern besonders kraftstoffsparenden, rein mechanisch wirkenden Kupplungen zur zeitweisen Trennung der Brennkraftmaschine von dem Getriebe des Antriebsstrangs ausgestattet werden. Vielfach weisen derartige Kupplungsaktoren jedoch den Nachteil auf, dass betriebsbedingte Verschleißerscheinungen der mechanischen Kupplung zu einer Veränderung des Betätigungsweges führen. Infolgedessen kann sich das Ansprech- und Betätigungsverhalten des Kupplungsaktors unvorteilhaft verändern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Kupplungsaktor vorzustellen, der unabhängig von etwaigen Verschleißerscheinungen der Kupplung diese stets verzögerungsfrei betätigen kann. Hierzu soll der Kupplungsaktor eine besondere Vorrichtung zur Kompensation verschleißbedingt unterschiedlich langer Betätigungswege aufweisen, welche eine Verschleißkompensation bei Bedarf dazu sicher nur dann autonom durchführt, wenn der Kupplungsaktor aus einer Betätigungsstellung in eine Nichtbetätigungsstellung zurückgeführt wird. Bei einer Betätigung des Kupplungsaktors sollen ineinander greifende Formschlussverbindungsmittel dafür sorgen, dass die Verschleißkompensation deaktiviert ist. Schließlich soll erreicht werden, dass die Koppelung der Formschlussverbindungsmittel vollständig aufgehoben ist, wenn sich der Kupplungsaktor unbetätigt in seiner Ruhestellung befindet.
Diese Aufgabe wird durch einen Kupplungsaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte Weiterbildungen.
Demnach geht die Erfindung aus von einem sich selbst justierenden Kupplungsaktor zum Betätigen einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Ringkolben axial verschiebbar in einem Gehäuse des Kupplungsaktor unter Schaffung eines Druckraumes aufgenommen ist, bei dem ein ringförmiger Ausrücklagerträger axial verschiebbar radial innerhalb des Ringkolbens angeordnet ist, bei dem der Ausrücklagerträger mit einem feststehenden Lagerring eines Ausrücklagers verbunden ist, bei dem ein drehbarer Lagerring des Ausrücklagers mit einer Kupplungsfeder der Kupplung in Kontakt ist oder in Kontakt bringbar ist, bei dem zum Betätigen der Kupplung durch ein Beaufschlagen des Druckraumes mit einem Druckfluid der Ringkolben zusammen mit dem Ausrücklagerträger entgegen der Federkraft der Kupplungsfeder in Richtung zur Kupplungsfeder axial verschiebbar angeordnet ist, bei dem radial innerhalb des Ausrücklagerträgers eine hohlzylindrische Spindel angeordnet ist, bei dem diese Spindel drehbar und bis auf ein geringes Axialspiel axial unverschiebbar mit dem Ringkolben verbunden ist, und bei dem diese Verbindung zwischen Spindel und Ringkolben derartig ist, dass die Spindel im drucklosen Zustand des Druckraumes um eine Längsmittelachse des Kupplungsaktors drehbar und bei einem Überdruck im Druckraum nicht drehbar ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Kupplungsaktor vorgesehen, dass die Spindel und der Ringkolben durch Reibschlussverbindungsmittel oder Formschlussverbindungsmittel drehfest miteinander verbindbar sind, und dass wenigstens ein Freistellungsmittel vorhanden ist, mit dem die vollständige Aufhebung einer diesbezüglichen Verbindung zwischen Spindel und Ringkolben spätestens in der unbetätigten Ruhestellung des Kupplungsaktors erreicht wird.
Wenngleich in den meisten Betriebssituationen erwartet werden kann, dass die genannten Verbindungsmittel sich nach der Beendigung der Druckbeaufschlagung des Druckraumes und damit nach Beendigung der Betätigung des Kupplungsaktors voneinander lösen werden, stellt das zumindest eine Freistellungsmittel sicher, dass dies auf jeden Fall erfolgt. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine gegebenenfalls wegen eines Kupplungsverschleißes notwendige Verstellung der Position der Spindel in Bezug zum Ausrücklagerträger spätestens bei Erreichen der unbetätigten Ruhestellung des Ringkolbens des Kupplungsaktors erfolgen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Ringkolben eine zylindrische Ringkolbenwand und einen radial nach innen gerichteten Ringkolbenboden aufweist, dass die Spindel eine zylindrische Spindelwand sowie einen radial nach innen gerichteten Spindelboden aufweist, dass der Ringkolben an der druckraumfernen Seite seines Ringkolbenbodens eine Stirnverzahnung aufweist, dass die Spindel an der druckraumnahen Seite ihres Spindelbodens eine zum Ringkolbenboden gerichtete Stirnverzahnung aufweist, und dass diese Stirnverzahnungen als Formschlussverbindungsmittel zur drehfesten Verbindung von Ringkolben und Spindel zusammenwirken. Diese Ausführungsform vermeidet zusätzlich Bauteile im Kupplungsaktor, jedoch ist die Herstellung der Stirnverzahnungen an Ringkolben und Spindel aufwendiger als bei diesbezüglich gesondert hergestellten Formschlussmitteln.
Alternativ dazu kann daher vorgesehen sein, dass der Ringkolben eine zylindrische Ringkolbenwand und einen radial nach innen gerichteten Ringkolbenboden aufweist, dass die Spindel eine zylindrische Spindelwand sowie einen radial nach innen gerichteten Spindelboden aufweist, dass axial zwischen dem Ringkolbenboden und dem Spindelboden ein Stirnverzahnungsring angeordnet ist, dass der Stirnverzahnungsring fest mit der Ringkolbenwand und/oder mit dem Ringkolbenboden verbunden ist, dass der Stirnverzahnungsring eine von dem Druckraum wegweisende Stirnverzahnung aufweist, dass der Spindelboden eine zu dem Druckraum weisende Stirnverzahnung aufweist, und dass diese Stirnverzahnungen als Formschlussverbindungsmittel zur drehfesten Verbindung von Ringkolben und Spindel zusammenwirken. Bei dieser Führungsform gelten die gerade genannten Vorteile der gesonderten Herstellbarkeit der ringkolbenseitigen Stirnverzahnung.
Die einander gegenüber angeordneten Formschlussverbindungsmittel an dem Spindelboden und dem Ringkolbenboden können anstelle einer Stirnverzahnung auch als axial vorstehende Kreisringsegmente ausgebildet sein, welche bajonettverschlussartig ineinander greifen können.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Ringkolben eine zylindrische Ringkolbenwand und einen radial nach innen gerichteten Ringkolbenboden aufweist, dass die Spindel eine zylindrische Spindelwand sowie einen radial nach innen gerichteten Spindelboden aufweist, dass axial zwischen dem Ringkolbenboden und dem Spindelboden ein Reibring angeordnet ist, und dass dieser Reibring als Reibschlussverbindungsmittel zur drehfesten Verbindung von Ringkolben und Spindel dient.
Ein davon etwas abweichendes weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass der Ringkolben eine zylindrische Ringkolbenwand und einen radial nach innen gerichteten Ringkolbenboden aufweist, dass die Spindel eine zylindrische Spindelwand sowie einen radial nach innen gerichteten Spindelboden aufweist, dass an den axial zueinander weisenden Wänden des Ringkolbenbodens und/oder des Spindelbodens ein Reibbelag befestigt ist, und dass dieser zumindest eine Reibbelag als Reibschlussverbindungsmittel zur drehfesten Verbindung von Ringkolben und Spindel dient.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Reibbeläge an Ringkolben und Spindel oder an dem Reibring und der Spindel jeweils eine konische Geometrie aufweisen, welche geometrisch kongruent zueinander ausgebildet sind und bei einer Betätigung des Kupplungsaktors axial ineinander greifen. Hierdurch ist im Vergleich zu einer planen radialen Reibfläche bei gleichem Durchmesser auf Kosten einer größeren axialen Baulänge eine größere Reibfläche vorhanden.
Weiter ist bevorzugt vorzusehen, dass in dem Ringkolbenboden wenigstens eine axiale Durchgangsbohrung ausgebildet ist, dass in der jeweiligen Durchgangsbohrung als Freistellungsmittel ein Freistellungsbolzen axial verschiebbar angeordnet ist, und dass der jeweilige Freistellungsbolzen mit seinem druckraumfernen Ende auf die druckraumnahe Stirnseite des Spindelbodens pressbar ist. Zudem ist der Freistellungsbolzen axial so lang ausgebildet, dass er mit seinem druckraumseitigen Ende gegen die druckraumseitige Wand des Gehäusebodens pressbar.
Bei der Variante mit dem gesonderten Reibring oder Stirnverzahnungsring durchdringt der wenigstens eine Freistellungsbolzen auch die axiale Bohrung des Reibrings oder Stirnverzahnungsrings, um zur Anlage an den Spindelboden zu gelangen. Dies geschieht vorzugsweise ohne radiale Berührung des Reibrings oder des Stirnverzahnungsrings, wodurch eine leichte axiale Verschiebbarkeit des Freistellungsmittels gewährleistet ist.
Der maximale axiale Verschiebeweg des Freistellungsbolzens in dem Ringkolbenboden ist bevorzugt derart bemessen, dass durch Verschieben des Freistellungsbolzens über diese Strecke die Formschlussverbindung von Ringkolben und Spindel herstellbar oder lösbar ist. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass der maximale Verschiebeweg des Freistellungsbolzens derart bemessen ist, dass durch Verschieben des Freistellungsbolzens über diese Strecke die Verbindung von Ringkolben und Spindel unter Erzeugung eines axialen Spalts zwischen denselben lösbar ist. Sofern die Erzeugung dieses axialen Spalts konstruktiv vorgesehen ist, kann eine sichere Trennung der genannten Reibschlussverbindungsmittel oder Formschlussverbindungsmittel garantiert werden.
Um einen Druckverlust im Druckraum des Kupplungsaktors über die Durchgangsbohrung im Ringkolbenboden zu vermeiden, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Freistellungsbolzen in der Durchgangsbohrung mittels einer Dichtung, beispielsweise mittels eines O-Rings, axial leichtgängig abgedichtet angeordnet ist.
Schließlich ist gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen, dass der Freistellungsbolzen aus einem Metall hergestellt ist. Er kann auch aus einem Kunststoff hergestellt sein, beispielsweise aus einem faserverstärkten Duroplast.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In der Zeichnung zeigt

1 einen schematischen axialen Teilschnitt durch einen unbetätigten Kupplungsaktor gemäß einer ersten, bekannten Ausführungsform bei einer nicht verschlissenen Kupplung,
2 einen schematischen axialen Teilschnitt durch den betätigten Kupplungsaktor gemäß 1 im Fall einer nicht verschlissenen Kupplung,
3 einen schematischen axialen Teilschnitt durch den unbetätigten Kupplungsaktor gemäß 1 im Fall einer verschlissenen Kupplung,
4 einen schematischen axialen Teilschnitt durch den betätigten Kupplungsaktor gemäß 1 im Fall einer verschlissenen Kupplung,
5 einen schematischen axialen Teilschnitt durch einen bekannten Kupplungsaktor gemäß einer zweiten Ausführungsform in zwei Betätigungsstellungen,
6 einen schematischen axialen Teilschnitt durch einen unbetätigten Kupplungsaktor sehr ähnlich dem der 1 bis 4 bei einer weitgehend verschlissenen Kupplung, jedoch mit Formschlussverbindungsmittel und einem Freistellungsmittel,
7 einen schematischen axialen Teilschnitt durch den Kupplungsaktor gemäß
6 in einer betätigten Betriebsstellung,
8 einen schematischen axialen Teilschnitt durch einen unbetätigten Kupplungsaktor ähnlich dem in 6, jedoch mit einem Reibring, und
9 einen schematischen axialen Teilschnitt durch einen unbetätigten Kupplungsaktor ähnlich dem in 6, jedoch mit Reibbelägen.

Die beiden in den 1 bis 5 dargestellten Kupplungsaktoren 10, 100 sind aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2016 012 865.8 [2016E00072 DE] bekannt. Deren Aufbau und Funktionsweise wird nachfolgend erläutert, bevor auf die Besonderheiten des Kupplungsaktors 11 gemäß der vorliegenden Erfindung eingegangen wird, welcher in den 6 und 7 dargestellt ist.
Bei den beiden Ausführungsformen gemäß den 1 bis 5 wird ein sich selbst justierender pneumatischer Kupplungsaktor 10; 100 zum Betätigen einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs beschrieben, welcher ein ringzylindrisches Gehäuse 20; 104 und einen darin axial verschiebbar angeordneten Ringkolben 24; 116 aufweist, zwischen denen ein Druckraum 26; 122 ausgebildet ist. Zudem trägt bei diesen beiden Ausführungsformen der Kolben 24; 116 ein Ausrücklager 18; 110, welches an einer Kupplungsfeder 12, 112 zur Verstellung derselben aus einer Nichtbetätigungsstellung in eine Betätigungsstellung axial anliegt, bei welchen die Kupplung geschlossen beziehungsweise geöffnet ist. Zudem ist bei den beiden Ausführungsformen des pneumatischen Kupplungsaktors 10; 100 eine Vorrichtung zur Kompensation einer kupplungsverschleißbedingten Änderung des Betätigungsweges zum Öffnen oder Schließen der Kupplung vorhanden. Diese Vorrichtung weist gemäß der Erfindung eine Spindel 32, 136 auf, welche im nicht betätigten Zustand des Kupplungsaktors 10; 100 frei drehbar und bei betätigtem Kupplungsaktor 10; 100 blockiert ist.
Die 1 und 2, auf die im weiteren Verlauf der Beschreibung zunächst Bezug genommen wird, zeigen einen schematischen axialen Teilschnitt durch einen unbetätigten beziehungsweise einen betätigten Kupplungsaktor gemäß einer ersten Ausführungsform, und zwar jeweils im Fall einer nicht verschlissenen beziehungsweise neuen Kupplung.
Der Kupplungsaktor 10 weist ein ringförmiges, axial einseitig offenes Gehäuse 20 mit einer hohlzylindrischen Innenwand 66 und eine diese Innenwand 66 koaxial umgebende hohlzylindrische Außenwand 64 auf, welche axial endseitig und kupplungsfern durch einen sich radial erstreckenden Gehäuseboden 90 verbunden sind. In dem Gehäuseboden 90 ist eine Zuführungsöffnung 22 zur Durchleitung von Druckluft ausgebildet. In dem Gehäuse 20 ist ein Ringkolben 24 axial verschiebbar aufgenommen, der eine radial außen angeordnete hohlzylindrische Ringkolbenwand 25 und einen sich hiervon radial nach innen erstreckenden Ringkolbenboden 44 aufweist. Der Ringkolben 24 ist gegen das Gehäuse 20 abgedichtet, so dass zwischen dem Ringkolben 24 und dem Gehäuse 20 ein Druckraum 26 veränderlicher Größe ausgebildet ist. Die erwähnte Zuführungsöffnung 22 im Gehäuseboden 90 mündet in diesen Druckraum 26, so dass dieser zur Kupplungsbetätigung mit Druckluft beaufschlagbar ist.
Radial zwischen der hohlzylindrischen Ringkolbenwand 25 und der Innenwand 66 des Gehäuses 20 ist ein ringförmiger Ausrücklagerträger 14 angeordnet, der im Wesentlichen aus einer hohlzylindrischen Innenringwand 76, einer diese Innenringwand 76 radial umgebenden hohlzylindrischen Außenringwand 40 und einen diese beiden verbindenden, sich kreisförmig und radial erstreckenden Boden 80 besteht. Der Boden 80 des Ausrücklagerträgers 14 ist in etwa in der axialen Mitte desselben angeordnet, so dass hierdurch eine kupplungsnahe Ringkammer 16 und eine kupplungsferne Ringkammer 17 an dem Ausrücklagerträger 14 ausgebildet sind.
In der kupplungsnahen Ringkammer 16 ist ein Ausrücklager 18 angeordnet, welches eine drehbar gelagerten Innenring 19, einen mit dem Ausrücklagerträger 14 fest verbundenen Außenring 19a und radial dazwischen angeordnete kugelförmige Wälzkörper 19b aufweist. Der drehbare Innenring 19 liegt mit seiner kupplungsseitigen Stirnseite an einer als Membranfeder ausgebildeten Kupplungsfeder 12 sowohl im unbetätigten als auch im betätigten Zustand des Kupplungsaktors 10 an. Der Kupplungsaktor 10 ist gemäß der Erfindung mit einer Verschleißkompensationsvorrichtung versehen, so dass der Kontakt des Innenrings 19 des Ausrücklagers 18 sowohl bei einer neuen als auch bei einer hinsichtlich deren Reibbeläge stark abgenutzten Kupplung gegeben ist.
In der kupplungsfernen Ringkammer 17 des Ausrücklagerträgers 14 ist mindestens eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Vorspannfeder 55 angeordnet, welche sich mit ihrem kupplungsnahen axialen Ende an dem Boden 80 des Ausrücklagerträgers 14 und mit ihrem kupplungsfernen axialen Ende an den radial ausgerichteten Ringkolbenboden 44 abstützt.
In dem in 1 gezeigten Zustand befindet sich ein neuer Kupplungsaktor 10 im unbetätigten beziehungsweise drucklosen Zustand. Die unverschlissene Kupplung des Kraftfahrzeugs ist geschlossen beziehungsweise eingekuppelt, sodass die Antriebskraft einer Brennkraftmaschine über die Kupplung zu einem antriebstechnisch nachgeordneten Getriebe gelangt.
Der Ausrücklagerträger 14 ist mit dem Ringkolben 24 mittels einer im drucklosen Zustand des Druckraums 26 um eine Längsmittelachse 30 des Kupplungsaktors 10 drehbaren, weitgehend hohlzylindrisch ausgebildeten Spindel 32 mechanisch gekoppelt. Die Spindel 32 weist hierzu eine hohlzylindrische Spindelwand 34 auf, von der sich kupplungsfern ein kurzer Spindelboden 42 radial nach innen erstreckt. Die Spindel 32 ist radial und axial teilweise innerhalb des Bauraumes der kupplungsfernen Ringkammer 17 angeordnet. Der Spindelboden 42 befindet sich erkennbar außerhalb der kupplungsfernen Ringkammer 17.
Zur mechanischen Kopplung der Spindel 32 mit dem Ausrücklagerträger 14 ist an der hohlzylindrischen Spindelwand 34 ein radial auswärts gerichteter und gewendelter Vorsprung 36 ausgebildet, der in eine geometrisch korrespondierend ausgebildete sowie radial einwärts gerichtete Nut 38 in der hohlzylindrischen Außenringwand 40 des Ausrücklagerträgers 14 nach Art eines Spindeltriebs beziehungsweise eines Gewindetriebs eingreift.
Axial zwischen dem Spindelboden 42 und dem Ringkolbenboden 44 ist hier exemplarisch ein ringförmiges Reibelement 46 angeordnet, mittels dem ein unkontrolliertes Drehen der Spindel 32 in dem in 1 nicht vorliegenden, druckbeaufschlagten Zustand des Druckraums 26 zuverlässig verhinderbar ist, welches zu einer unerwünschten, da nicht vom Kupplungsverschleiß abhängigen Veränderung eines axialen Ausgleichsabstandes A1 zwischen dem kupplungsnahen axialen Ende 58 des Gehäuses 20 und dem kupplungsnahen axialen Ende 88 des Ausrücklagerträgers 14 führen würde.
Das Reibelement 46 kann an dem Spindelboden 42 oder an der kupplungsnahen Seite des Ringkolbenbodens 44 befestigt sein. Anstelle des Reibelements 46 oder zusätzlich zu diesem kann ein nicht dargestelltes Formschlusselement beziehungsweise eine geeignete Formschlussverbindung vorhanden sein. Ein solches Formschlusselement kann beispielsweise eine Stirnverzahnung sein. Ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel ist in den 6 und 7 dargestellt, auf die weiter unten eingegangen wird.
Das Reibelement 46 ist in einer Ringnut 48 des Ringkolbenbodens 44 angeordnet, welche nach radial innen durch eine Mittelwand 52 des Ringkolbenbodens 44 begrenzt ist. Diese Mittelwand 52 des Ringkolbenbodens 44 erstreckt sich in Richtung zur Kupplungsfeder 12. Der Spindelboden 42 ist gleichfalls in der zur Kupplung hin offenen Ringnut 48 axial so tief angeordnet, dass die Spindel 32 dort kippsicher gehalten ist und gedreht werden kann.
Der Spindelboden 42 und damit die Spindel 32 sind in der Ringnut 48 mittels eines Sicherungselements 54 in Form eines in die Mittelwand 52 eingesetzten Sicherungsringes axial lagegesichert. Hierdurch ist die Spindel 32 bei unbelastetem Reibelement 46 um die Längsmittelachse 30 des Kupplungsaktors 10 drehbar gelagert angeordnet, aber in axialer Richtung beiderseits zuverlässig in der Ringnut 48 des Ringkolbens 24 fixiert. In dem in 1 dargestellten drucklosen Zustand des Druckraumes 26 beziehungsweise im unbetätigten Zustand des Kupplungsaktors 10 besteht zwischen dem Spindelboden 42 der Spindel 32 und dem Reibelement 46 ein geringes Axialspiel in Form eines schmalen axialen Spalts 50, sodass sich die Spindel 32 leichtgängig drehen kann.
Die axial zwischen dem Ausrücklagerträger 14 und dem Ringkolbenboden 44 angeordnete mindestens eine Vorspannfeder 55 übt auf den Ausrücklagerträger 14 eine Vorspannkraft Fv aus, welche entgegengesetzt zu einer Federkraft Fk der Kupplungsfeder 12 wirkt. In dem hier gezeigten drucklosen Zustand des Kupplungsaktors 10 besteht ein Kräftegleichgewicht zwischen der Federkraft Fk der Kupplungsfeder 12 und der Vorspannkraft Fv der Vorspannfeder 55, wobei sich unter vorheriger Herbeiführung einer entsprechenden Rotation der Spindel 32 zwischen einer kupplungsnahen Stirnfläche 56 des Ringkolbens 24 und einer kupplungsnahen Stirnfläche 58 des Ausrücklagerträgers 14 erfindungsgemäß der für eine neuwertige beziehungsweise nicht verschlissene Kupplung optimale Ausgleichsabstand A1 selbsttätig eingestellt hat.
Der Ringkolben 24 ist mit Hilfe von mindestens zwei Führungselementen 60, 62 an der hohlzylindrischen Außenwand 64 des Gehäuses 20 axial verschiebbar geführt. Der Ringkolben 24 ist im Bereich des Ringkolbenbodens 44 mit einem ersten Abdichtungselement 68 und einem zweiten Abdichtungselement 70 gegenüber dem Gehäuse 20 abgedichtet. Zur Begrenzung eines maximalen axialen Betätigungsweges des Kupplungsaktors 10 beziehungsweise dessen Ausrücklagerträgers 18 ist im Bereich eines freien, kupplungsnahen Endes 72 der Innenwand 66 des Gehäuses 20 ein Anschlagelement 74 befestigt. Das Anschlagelement 74 kann zum Beispiel ein Sicherungsring sein. Der Boden 80 des Ausrücklagerträgers 14 dient als axiales Widerlager für das Ausrücklager 18 beziehungsweise für die auf das Ausrücklager 18 wirkenden Axialkräfte.
In dem in 1 dargestellten unbetätigten Zustand des Kupplungsaktors 10 schließen die kupplungsnahe Stirnfläche 56 des Ringkolbens 24 und die kupplungsnahe Stirnfläche 88 der Außenwand 64 des Gehäuses 20 axial bündig aneinander ab, so dass der Betätigungsweg BW des Ringkolbens 24 des Kupplungsaktors 10 hier den Wert Null hat. Dem entsprechend liegt der Ringkolbenboden 44 des Ringkolbens 24 im Wesentlichen vollständig an dem Gehäuseboden 90 an, wobei lediglich ein kleines Totvolumen radial außen im Bereich des ersten Dichtelements 68 verbleibt.
Der Ausrücklagerträger 14 ist mittels eines ersten Führungselements 82 und eines zweiten Führungselements 84 axial verschiebbar an der Innenwand 66 des Gehäuses 20 geführt sowie gegenüber dieser mittels eines dritten Dichtelements 86 mit einer L-förmigen Querschnittsgeometrie abgedichtet, wodurch sich im Zusammenwirken mit dem im Gehäuse 20 geführten Ringkolben 24 und der Spindel 32 eine zuverlässige teleskopartige Führung des Ausrücklagerträgers 18 in Bezug zur Kupplungsfeder 12 ergibt.
Die erwähnten Führungselemente 60, 62, 82, 84 sind bevorzugt mit einem mechanisch hochbelastbaren und einen geringen Gleitreibungskoeffizienten aufweisenden Kunststoffmaterial gebildet, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon^®) oder Polyethylen (PE), während die erwähnten Dichtelemente 68, 70, 86 mit einem geeigneten Elastomerblock, zum Beispiel aus Gummi oder dergleichen, realisiert sind.
Durch das Beaufschlagen des Druckraums 26 mit Druckluft durch die Zuführungsöffnung 22 im Gehäuseboden 90 wird der Kupplungsaktor 10 in den in 2 dargestellten betätigten Zustand versetzt. Im Zuge dieses Vorgangs wird der Ringkolben 24 um den axialen Betätigungsweg BW in Richtung zu der Kupplungsfeder 12 und entgegen der Federkraft Fk derselben aus dem Gehäuse 20 heraus geschoben, wodurch die Kupplung des Kraftfahrzeugs mittels des im Ausrücklagerträger 14 aufgenommenen Ausrücklagers 18 betätigt beziehungsweise geöffnet wird, und somit der Kraftfluss zwischen der Brennkraftmaschine und dem weiteren Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs temporär unterbrochen ist.
Während dieses Vorgangs bleibt der zum optimalen Betrieb einer neuen beziehungsweise nicht verschlissenen Kupplung optimale axiale Ausgleichsabstand A1 im Idealfall unverändert, da die Spindel 32 durch das Betätigen des Ringkolbens 24 axial gegen das Reibelement 46 gedrückt wird. Aufgrund der starken Blockierwirkung beziehungsweise Bremswirkung des Reibelements 46 an der Spindel 32 wird diese an einer Drehung um die Längsmittelachse 30 des Kupplungsaktors 10 zuverlässig gehindert. Die Reibwirkung entsteht dabei erkennbar zwischen dem Spindelboden 42 der Spindel 32 und dem Ringkolbenboden 44 des Ringkolbens 24. Der axiale Spalt 50 zwischen dem Reibelement 46 und dem radial einwärts gerichteten Spindelboden 42 ist demzufolge in dem in 2 gezeigten betätigten Zustand des Kupplungsaktors 10 nicht mehr vorhanden beziehungsweise gleich Null (vergleiche mit 1).
Die 3 und 4, auf die im weiteren Verlauf der Beschreibung zugleich Bezug genommen wird, zeigen einen schematischen axialen Teilschnitt durch einen unbetätigten beziehungsweise betätigten Kupplungsaktor 10 gemäß den 1 und 2, jeweils bei einer hinsichtlich derer Reibbeläge verschlissenen Kupplung.
In dem in 3 dargestellten Zustand befindet sich der Kupplungsaktor 10 im unbetätigten Zustand, da der Druckraum 26 nicht mit Druckluft beaufschlagt ist und der Ringkolbenboden 44 des Ringkolbens 24 praktisch vollständig an dem Gehäuseboden 90 des Gehäuses 20 anliegt. Zwischen dem Spindelboden 42 der Spindel 32 und dem Reibelement 46 besteht im drucklosen, unbetätigten Zustand des Kupplungsaktors 10 wiederum der schmale axiale Spalt 50, der eine leichtgängige Drehung der Spindel 32 zulässt.
Zwischen der von der Kupplungsfeder 12 aufgebrachten Federkraft Fk und der entgegengesetzt gerichteten Vorspannkraft Fv der Vorspannfeder 55 besteht auch hier ein Kräftegleichgewicht, wobei sich jedoch infolge des verschlissenen Zustands der Kupplung ein im Vergleich zur 1 reduzierter axialer Ausgleichsabstand A2 zwischen der kupplungsnahen Stirnfläche 56 des Ringkolbens 24 und der kupplungsnahen Stirnfläche 58 des Ausrücklagerträgers 14 eingestellt hat. Diese selbsttätige, vom Kupplungsverschleiß abhängige Anpassung des axialen Ausgleichsabstands A2 erfolgt durch die Rotation der Spindel 32 um die Längsmittelachse 30 des Kupplungsaktors 10 während des Übergangs von dem betätigten Zustand in den unbetätigten Zustand des Kupplungsaktors 10 bei zumindest teilweise vom Reibelement 46 freigegebener Spindel 32.
Durch diese Rotationsbewegung der Spindel 32 wird der Ausrücklagerträger 14 aufgrund der zwischen diesem und der Spindel 32 bestehenden, leichtgängigen spindelartigen beziehungsweise gewindeartigen mechanischen Kopplung faktisch ein Stück weiter auf die Spindel 32 aufgeschraubt, wodurch sich der Ausgleichsabstand A2 in Abhängigkeit vom jeweiligen Verschleiß beziehungsweise Abnutzungsgrad der Reibbeläge der Kupplung selbsttätig reduziert, so dass eine Betätigungszeit des Kupplungsaktors 10 im Wesentlichen über die gesamte Gebrauchsdauer einer Kraftfahrzeugkupplung hinweg konstant bleibt.
In 4 befindet sich der Kupplungsaktor 10 wiederum im betätigten Zustand, wobei der Druckraum 26 über die Zuführungsöffnung 22 im Gehäuseboden 90 mit Druckluft beaufschlagt ist. Hierdurch ist der Ringkolben 24 um den Betätigungsweg BW aus dem Gehäuse 20 entgegen der Kraftwirkung FK der Kupplungsfeder 12 herausgefahren und somit die Kupplung des Kraftfahrzeugs betätigt. Da der Ringkolben 24 hierbei in Richtung zum Spindelboden 42 gedrückt wird, ist der Ringspalt 50 dadurch geschlossen. Hierdurch verhindert das Reibelement 46 ein Drehen der Spindel 32 zuverlässig. Bei der Rückkehr des Ringkolbens 24 aus dem betätigten Zustand in den unbetätigten Zustand stellt sich durch die Rotation der Spindel 32 um die Längsmittelachse 30 des Kupplungsaktors 10 selbsttätig ein axialer Ausgleichsabstand A2 ein, der bei der nächsten Kupplungsbetätigung durch den Kupplungsaktor 10 im Wesentlichen unverändert aufrechterhalten bleibt.
Die 5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines sich selbst justierenden Kupplungsaktors 100 mit den Merkmalen der Erfindung. Dieser Kupplungsaktor 100 weist ebenfalls ein rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse 102 desselben ausgebildetes Gehäuse 104 auf. Dieses Gehäuse 104 besteht aus einer hohlzylindrischen Gehäuseinnenwand 106, eine diese koaxial umgebende hohlzylindrische Gehäuseaußenwand 108 und einen diese beiden Wände 106, 108 verbindenden, sich radial erstreckenden, kreisscheibenförmigen Gehäuseboden 142. In dem Gehäuse 104 ist ein an dem Gehäuseboden 142 mittels mindestens einer Vorspannfeder 146 axial abgestützter Ringzylinder 120 axial verschiebbar angeordnet. Der Ringzylinder 120 besteht aus einer hohlzylindrischen Außenwand 130 und einer gehäusebodennahen, sich nach radial innen erstreckenden Bodenwand 140, in der radial innen eine durchgehende axiale Bohrung 138 ausgebildet ist. Radial innerhalb des Ringzylinders 120 ist ein ringförmiger Ausrücklagerträger 116 angeordnet, welcher als Kolben wirksam in Bezug zum Ringzylinder 120 und zum Gehäuse 104 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Ausrücklagerträger 116 weist eine kupplungsnahe Ringkammer 114 auf, in welcher ein Ausrücklager 110 angeordnet ist, dessen drehbarer Lagerinnenring 111 mit einer als Membranfeder oder Tellerfeder ausgebildeten Kupplungsfeder 112 in Kontakt ist. Axial zwischen dem Ringzylinder 120 und dem Ausrücklagerträger 116 ist ein Druckraum 122 ausbildet. Zum Betätigen der Kupplung wird Druckluft in den Druckraum 122 geleitet, in dessen Folge der als Kolben wirksame Ausrücklagerträger 116 entgegen der Federkraft Fk der Kupplungsfeder 12 in Richtung zur Kupplungsfeder 112 axial verschiebbar ist.
Durch das Beaufschlagen des Druckraums 122 mit Druckluft wird der Ausrücklagerträger 116 und mit ihm das Ausrücklager 110, wie mit der gestrichelten Umrissdarstellung angedeutet, zur Betätigung der Kupplung des Kraftfahrzeugs um den axialen Betätigungsweg BW entgegen der Federkraft Fk der Kupplungsfeder 112 aus dem Ringzylinder 120 heraus geschoben. Der Betätigungsweg BW wird hierbei gemessen zwischen einer kupplungsnahen Stirnfläche 124 der Außenringwand 126 des Ausrücklagerträgers 116 und einer kupplungsnahen Stirnfläche 128 der hohlzylindrischen Außenwand 130 des Ringzylinders 120.
Der Ringzylinder 120 ist im drucklosen Zustand des Druckraums 122 mittels einer im Wesentlichen hohlzylindrischen Spindel 136 innerhalb des Gehäuses 104 axial verschiebbar, um einen vom jeweiligen Verschleißgrad der Kupplung abhängigen axialen Ausgleichsweg A3 einstellen zu können. Zwischen einer radial einwärts gerichteten Bodenwand 140 des Ringzylinders 120 und dem Gehäuseboden 142 stützt sich wenigstens eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Vorspannfeder 146 ab, deren Vorspannkraft Fv in entgegengesetzter Richtung zu der Federkraft Fk der Kupplungsfeder 112 wirkt.
Im drucklosen, unbetätigten Zustand des Kupplungsaktors 100 stellt sich bei einer Rückführung aus einer Betätigungsstellung wie im Fall der ersten Ausführungsform gemäß den 1 bis 4 ein Kräftegleichgewicht zwischen der Federkraft Fk der Kupplungsfeder 112 und der Vorspannkraft Fv der Vorspannfeder 146 ein, wobei sich die Spindel 136 zur selbsttätigen Einstellung des axialen Ausgleichsabstands A3 um die Längsmittelachse 102 des Kupplungsaktors 100 in geeigneter Weise dreht. Der Ausgleichsabstand A3 stellt sich hierbei zwischen der kupplungsnahen Stirnfläche 128 der hohlzylindrischen Außenwand 130 und der kupplungsnahen Stirnfläche 148 der Gehäuseaußenwand 108 des Gehäuses 104 ein.
Zur Transformation der rotatorischen Bewegung der Spindel 136 in die benötigte axiale Verfahrbewegung des Ringzylinders 120 innerhalb des Gehäuses 104 ist an der hohlzylindrischen Außenwand 130 des Ringzylinders 120 ein radial auswärts gerichteter und gewendelter Vorsprung 150 ausgebildet, der in eine geometrisch korrespondierend ausgebildete Nut 152 in der radialen Innenseite 154 der Spindel 136 nach Art eines Spindeltriebs beziehungsweise Gewindetriebs eingreift.
Die Zuführung der Druckluft in den Druckraum 122 erfolgt über eine Zuführungsbohrung 144 in dem Gehäuseboden 142, die mittels einer axial teleskopierbaren, rohrförmigen Leitung 156 mit dem Druckraum 122 dauerhaft pneumatisch verbunden ist. Ein erstes axiales Ende 158 der teleskopierbaren Leitung 156 überdeckt radial die Zuführungsbohrung 144 im Gehäuseboden 142 des Gehäuses 104 und ein zweites axiales Ende 160 der teleskopierbaren Leitung 156 ist in einer Bohrung 162 in der Bodenwand 140 des Ringzylinders 120 aufgenommen und mittels eine Dichtrings 164 gegenüber der Bohrung 162 abgedichtet. Durch die axial teleskopierbare Leitung 156 kann die Druckluft unbeschadet der axialen Position des Ringzylinders 120 dem Druckraum 122 zuverlässig zugeführt werden.
Ein erstes axiales Ende 166 der Spindel 136 stützt sich an einem radial einwärts gerichteten ersten Anschlagelement 168 an der Gehäuseaußenwand 108 ab, während zwischen einem hiervon abgewandten zweiten Ende 170 der Spindel 136 und dem Gehäuseboden 142 ein Reibelement 172 und/oder ein nicht dargestelltes Formschlusselement beziehungsweise eine Formschlussverbindung vorgesehen ist.
Das Reibelement 172 kann an dem Gehäuseboden 142 oder an dem kupplungsfernen zweiten Ende 170 der Spindel 136 befestigt sein, oder es kann frei beweglich innerhalb des Gehäuses 104 unbefestigt, aber radial und axial geführt angeordnet sein. Zumindest im letzteren Fall ist das Reibelement 172 scheibenförmig ausgebildet. Hier besteht zwischen dem Reibelement 172 und dem Gehäuseboden 142 ein schmaler axialer Spalt 174, so dass sich die Spindel 136 zur selbsttätigen Anpassung des axialen Ausgleichsabstands A3 um die Längsmittelachse 102 des Kupplungsaktors 100 drehen kann.
Ist der Druckraum 122 zur Betätigung der Kupplung mittels des Kupplungsaktors 100 mit Druckluft beaufschlagt, so wird das Ausrücklager 110 mittels des als Kolben wirkenden Ausrücklagerträgers 116 axial gegen die Kupplungsfeder 112 gedrückt, und zugleich wird der Ringzylinder 120 und mit ihm die Spindel 136 mit einer entgegengesetzt gerichteten Kraftwirkung in Richtung zum Gehäuseboden 142 des Gehäuses 104 gepresst wird. Hierdurch gelangt das Reibelement 172 in reibschlüssigen Kontakt mit dem Gehäuseboden 142, so dass der Spalt 174 verschwindet und jede Drehbewegung der Spindel 136 zuverlässig unterbunden ist. Infolgedessen wird der axiale Ausgleichsabstand A3 bei der Betätigung des Kupplungsaktors 100 selbsttätig beibehalten.
Eine Innenringwand 180 des Ausrücklagerträgers 116 ist mittels eines ersten Führungselements 182 und eines zweiten Führungselements 184 an der Gehäuseinnenwand 106 sowie gegenüber dieser mit einem ersten Dichtelement 186 mit einer L-förmigen Querschnittsgeometrie abgedichtet. Hierbei ist die Innenringwand 180 des Ausrücklagerträgers 116 teilweise in der Bohrung 138 in der Bodenwand 140 des Ringzylinders 120 aufgenommen. Zur allseitigen Abdichtung des Druckraumes 122 ist die Außenringwand 126 des Ausrücklagerträgers 116 gegenüber der hohlzylindrischen Außenwand 130 des Ringzylinders 120 mittels eines zweiten Dichtelements 188 und der Bodenflansch 140 des Ringzylinders 120 mittels eines dritten Dichtelements 190 gegenüber der Innenringwand 180 des Ausrücklagerträgers 116 abgedichtet. Die Spindel 136 ist durch ein drittes Führungselement 192 an der Gehäuseaußenwand 108 in radialer Richtung lagegesichert und geführt. Die beidseitig axiale Lagesicherung der Spindel 136 erfolgt durch das erste Anschlagelement 168 in Verbindung mit dem Gehäuseboden 142 des Gehäuses 104 im Zusammenwirken mit dem Reibelement 172. Im Bereich eines freien Endes 194 der Gehäuseinnenwand 106 ist ein zweites Anschlagelement 196 zur axialen Ausfahrbegrenzung des Ausrücklagerträgers 116 vorgesehen.
Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform des Kupplungsaktors 10 gemäß den 1 bis 4 hat bei der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform der Ausrücklagerträger 116 zugleich die Funktion eines pneumatischen Kolbens zur Betätigung der Kupplung beziehungsweise deren Kupplungsfeder 112 mittels des Ausrücklagers 110 inne. Im Übrigen folgt der konstruktive Aufbau sowie die Funktionsweise des Kupplungsaktors 100 der ersten, im Zusammenhang mit den 1 bis 4 ausführlich erläuterten Ausführungsform des Kupplungsaktors 10, sodass zur Vermeidung inhaltlicher Wiederholungen an dieser Stelle auf die einschlägigen Beschreibungsteile verwiesen wird.
Die 6 und 7 zeigen eine etwas andere Ausgestaltung des Kupplungsaktors 11 bei einer weitgehend verschlissenen Kupplung, welcher jedoch weitgehend identisch aufgebaut ist wie der Kupplungsaktor 10 gemäß den 1 bis 4.
Wie weiter vorne schon erwähnt wurde, kann anstelle des Reibelements 46 gemäß den 1 bis 4 auch ein Formschlusselement die gleiche Aufgabe übernehmen, nämlich die Blockierung der Drehbeweglichkeit der Spindel 32 während der Betätigung des Kupplungsaktors 11 und damit während des Ausrückens der Kupplung. Die mittels eines solchen Formschlusselements erzielbare Blockierungswirkung ist verständlicherweise besser und sicherer als bei der Nutzung einer Reibschlussverbindung mittels des Reibelements 46 gemäß den 1 bis 4. Jedoch muss sichergestellt sein, dass sich die Formschlussverbindung nach dem Ende des Betätigungsvorgangs des Kupplungsaktors 11, also dann, wenn Druckluft aus dem Druckraum 26 abgelassen wird, auch wieder vollständig löst, so dass die Spindel 32 beim Einfahren des Ringkolbens 24 in das Gehäuse 20 gegebenenfalls eine Drehbewegung für einen Verschleißausgleich durchführen kann.
Da Materialermüdungserscheinungen beispielsweise an der Vorspannfeder 55 sowie ein ungewolltes Aneinanderhaften der Reibschlussverbindungsmittel oder der Formschlussverbindungsmittel nicht vollständig ausgeschlossen werden können, und weil die Fertigungstoleranzen zur Begrenzung der Fertigungskosten nicht zu eng gewählt werden sollen, wird bei Nutzung von Reibschlussverbindungsmitteln oder Formschlussverbindungsmitteln am Kupplungsaktor 11 mindestens ein sogenannter Freistellungsbolzen 91 verwendet, der in einer Durchgangsbohrung 92 im Ringkolbenboden 44 axial beweglich und abgedichtet angeordnet ist. Mittels dieses Freistellungsbolzens 91 ist eine mechanische Verbindung zwischen der Spindel 32 und dem Ringkolben 24 spätestens in der nicht betätigten Ruhestellung des Kupplungsaktors 11 sicher trennbar, wie nachfolgend anhand der 6 und 7 erläutert wird.
Der in den 6 und 7 dargestellte Kupplungsaktor 11 ist sehr weitgehend identisch wie der in den 1 bis 4 gezeigte Kupplungsaktor 10 ausgebildet. Anstelle eines Reibelements 46 ist ein Stirnverzahnungsring 96 fest mit dem Ringkolben 24 und dem Ringkolbenboden 44 verbunden. Der Stirnverzahnungsring 96 weist an seiner zur Spindel 32 zeigenden Seite eine Stirnverzahnung 97 auf, die in eine geometrisch dazu korrespondierend ausgebildete und angeordnete Stirnverzahnung 98 am Spindelboden 42 eingreifen kann. Demnach weist die Stirnverzahnung 98 am Spindelboden 42 in Richtung zum Stirnverzahnungsring 96. Anstelle eines separaten Stirnverzahnungsrings 96 könnte der Ringkolbenboden 44 an seiner spindelnahen Seite eine wirkungsgleiche Stirnverzahnung aufweisen.
Außerdem ist der schon erwähnte wenigstens eine Freistellungsbolzen 91 vorhanden, der axial beweglich und durch einen O-Ring 95 abgedichtet in einer axialen Durchgangsbohrung 92 des Ringkolbenbodens 44 abgeordnet ist. Diese Durchgangsbohrung 92 ist unmittelbar radial über der sich axial erstreckenden Mittelwand 52 des Ringkolbens 24 angeordnet, auf der wie geschildert die radiale Innenseite des Spindelbodens 42 axial verschiebbar gelagert angeordnet ist. Außerdem durchdringt der Freistellungsbolzen 91 den Stirnverzahnungsring 96 im Bereich seiner axialen Bohrung 93, vorzugsweise berührungslos.
Wie 6 zeigt, erstreckt sich der Freistellungsbolzen 91 in der nicht betätigten Ruhestellung des Kupplungsaktors 11 axial derartig, dass er ebenso wie der Ringkolbenboden 44 mit einem axialen Ende an Druckraumseite des Gehäusebodens 90 und mit seinem anderen axialen Ende an der ihm zugewandten axialen Seite des radial inneren Endes des Spindelbodens 42 anliegt. Dabei ist der Freistellungsbolzen 91 so lang ausgebildet, dass er die Stirnverzahnung 97 des Stirnverzahnungsrings 96 und die Stirnverzahnung 98 am Spindelboden 42 außer Eingriff gebracht hat, so dass zwischen diesen der schon im Zusammenhang mit den 1 bis 4 genannte axiale Spalt 50 ausgebildet ist. Die Breite 51 dieses axialen Spalts 50 ist so groß, dass ganz sicher keine Formschlussverbindung zwischen der Spindel 32 und dem Ringkolben 24 vorhanden ist. Die Breite 51 dieses Spalts 50 kann beispielsweise 1 mm betragen.
Zur Betätigung des Kupplungsaktors 11, welches in 7 dargestellt ist, wird Druckluft durch die Zuführungsöffnung 22 im Gehäuseboden 90 in den Druckraum 26 geleitet. Hierdurch bewegt sich der Ringkolben 24 von dem Gehäuseboden 90 axial weg und schiebt dabei die Stirnverzahnung 97 des Stirnverzahnungsrings 96 und die Stirnverzahnung 98 am Spindelboden 42 axial soweit zusammen, dass der erwähnte Spalt 50 verschwindet und eine Formschlussverbindung zwischen dem Ringkolben 24 und der Spindel 32 hergestellt ist. Hierdurch ist die Spindel 32 blockiert, so dass sie während der Betätigung des Kupplungsaktors 11 beziehungsweise während des Ausrückens der Kupplung keine Verstellbewegung durchführen kann.
Da der Freistellungsbolzen 91 leicht beweglich in den erwähnten Bohrungen 92, 93 angeordnet ist, wurde er bei dem axialen Zusammenschieben von Spindel 32 und Ringkolben 24 ein Stück weit axial in den Druckraum 26 hineingedrückt.
Wenn ausgehend von 7 eine Kupplungsbetätigung beziehungsweise eine Betätigung des Kupplungsaktors 11 beendet wurde, wird Druckluft aus dem Druckraum 26 abgelassen. Infolge dessen drückt die Kupplungsfeder 12 über das Ausrücklager 18 den Ausrücklagerträger 14 und die Spindel 32 in Richtung zum Gehäuseboden 90. Gleichzeitig drückt die Vorspannfeder 55 den Ringkolben 24 in Richtung zum Gehäuseboden 90. Durch die Kraft der Vorspannfeder 55 wird in dieser Phase die Formschlussverbindung zwischen den beiden Stirnverzahnungen 97, 98 von Stirnverzahnungsring 96 und Spindel 32 in den meisten Fällen bereits aufgehoben und eine gegebenenfalls notwendige Verschleißkompensation des Kupplungsaktors 11 kann erfolgen. Die Freigabe der Formschlussverbindung zwischen den beiden Stirnverzahnungen 97, 98 erfolgt jedoch spätestens dann, wenn der Freistellungsbolzen 91 auf die druckraumseitige Wand des Gehäusebodens 90 trifft und der Freistellungsbolzen 91 bei weiterer Verkleinerung des Druckraumes 26 durch den Ringkolbenboden 44 hin zu dem Spindelboden 42 gedrückt wird. Hierdurch wird spätestens dann die Formschlussverbindung zwischen den beiden Stirnverzahnungen 97, 98 von Stirnverzahnungsring 96 und Spindel 32 aufgehoben.
Diese Situation ist, wie geschildert, in 6 dargestellt. Erkennbar ist der Freistellungsbolzen 91 mit seiner druckraumseitigen Stirnseite am Gehäuseboden 90 axial zur Anlage gelangt, und durch Krafteinwirkung der Vorspannfeder 55 auf den Ringkolbenboden 44 wurde der Freistellungsbolzen 91 dann soweit durch den Ringkolbenboden 44 hindurchgedrückt, dass dieser eine Formschlussverbindung aufheben konnte.
Die in 7 dargestellte Eindringtiefe des Freistellungsbolzens 91 in den Druckraum 26 beziehungsweise dessen Verschiebeweg 94 ist dabei lediglich so groß, dass am Ende eines Rückstellvorgangs des Kupplungsaktors 11 durch Verschieben des Freistellungsbolzens 91 in Richtung zum Spindelboden 42 die Formschlussverbindung zwischen den beiden Stirnverzahnungen 97, 98 von Stirnverzahnungsring 96 und Spindel 32 aufgehoben sowie der erwähnte axiale Spalt 50 erneut gebildet werden kann. Spätestens dann kann eine gegebenenfalls notwendige Verschleißkompensation durch ein Drehen und axiales Verschieben der Spindel 32 in Bezug zum Ausrücklagerträger 14 erfolgen.
Der Freistellungsbolzen 91 stellt sicher, dass die Formschlussverbindung in der Nichtbetätigungsstellung des Kupplungsaktors 11 aufgehoben ist. Vorzugsweise sind mehrere Freistellungsbolzens 91 am Ringkolbenboden 44 des Kupplungsaktors 11 angeordnet, welche gleichmäßig zueinander beabstandet in zugeordnete Durchgangsbohrung 92 des Ringkolbenboden 44 axial beweglich aufgenommen sind.
In 8 ist ein die Merkmale der Erfindung aufweisender Kupplungsaktor 11a dargestellt, welcher einen Reibring 99 aufweist, der axial zwischen dem Ringkolbenboden 44 und dem Spindelboden 42 angeordnet ist und als Reibschlussverbindungsmittel zur zeitweiligen drehfesten Verbindung von Ringkolben 24 und Spindel 32 dient. Ebenso wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 6 und 7 ist bei diesem Kupplungsaktor 11a wenigstens ein als Freistellungsmittel ausgebildeter Freistellungsbolzen 91 vorhanden, welcher eine axiale Durchgangsbohrung 92 in dem Ringkolbenboden 44 sowie die radial innere Bohrung 93 des Reibrings 99 axial verschiebbar durchgreift. Der Freistellungsbolzen 91 ist dabei axial so lang ausgebildet, dass er mit seinem mit seinem einen axialen Ende gegen die druckraumseitige Wand des Gehäusebodens 90 sowie mit seinem druckraumfernen Ende auf die druckraumnahe Stirnseite des Spindelbodens 44 pressbar ist. Auch bei dieser Ausführungsform des Kupplungsaktors 11a wird dadurch erreicht, dass der Freistellungsbolzen 91 in der unbetätigten Ruhestellung des Kupplungsaktors 11a den Spindelboden 42 so weit von dem Ringkolbenboden 44 beabstandet, dass zwischen diesen der schon mehrfach erwähnte axiale Spalt 50 freigehalten ist. Dadurch ist die Spindel 32 frei drehbar angeordnet und kann spätestens in der in 8 gezeigten Stellung eine Drehbewegung zur Verschleißkompensation durchführen.
9 zeigt eine letzte Ausführungsform eines Kupplungsaktors 11b mit den Merkmalen der Erfindung, bei dem als Reibschlussverbindungsmittel zur zeitweiligen drehfesten Verbindung von Ringkolben 24 und Spindel 32 an dem Spindelboden 42 ein erster Reibbelag 89 und an dem axial gegenüberliegenden Ringkolbenboden 44 ein zweiter Reibbelag 87 gefestigt sind. Zudem ist gemäß der Erfindung ebenfalls wenigstens ein Freistellungsbolzen 91 vorhanden, welcher eine axiale Durchgangsbohrung 92 in dem Ringkolbenboden 44 axial verschiebbar und abgedichtet durchgreift. Der Freistellungsbolzen 91 ist ebenfalls axial so lang ausgebildet, dass er mit seinem einen Ende gegen die druckraumseitige Wand des Gehäusebodens 90 sowie mit seinem druckraumfernen Ende auf die druckraumnahe Stirnseite des Spindelbodens 44 pressbar ist. Auch bei dieser Ausführungsform des Kupplungsaktors 11b wird dadurch erreicht, dass der Freistellungsbolzen 91 in der unbetätigten Ruhestellung des Kupplungsaktors 11b den Spindelboden 42 und den Ringkolbenboden 44 wie dargestellt so weit voneinander beabstandet, dass zwischen diesen der schon erwähnte axiale Spalt 50 freigehalten wird. Dadurch ist die Spindel 32 frei drehbar angeordnet und kann spätestens in der in 9 dargestellten Stellung eine Drehbewegung zu Verschleißkompensation durchführen.
Die Reibbeläge 87, 89 am Ringkolben 24 und an der Spindel 32 oder an dem Reibring 99 können jeweils eine konische Geometrie aufweisen, welche kongruent zueinander ausgebildet sind und bei einer Betätigung des Kupplungsaktors 11a demnach axial ineinander greifen, so dass im Ergebnis eine vorteilhaft vergrößerte Reibfläche geschaffen ist.
Bezugszeichenliste

10: Kupplungsaktor (erste Ausführungsform)
11: Kupplungsaktor (Weiterbildung der ersten Ausführungsform)
12: Kupplungsfeder
14: Ausrücklagerträger
16: Kupplungsnahe Ringkammer des Ausrücklagerträgers 18
17: Kupplungsferne Ringkammer des Ausrücklagerträgers 18
18: Ausrücklager
19: Drehbarer Lagerring (Innenring) des Ausrücklagers 18
19a: Feststehender Außenring des Ausrücklagers 18
19b: Wälzkörper
20: Ringzylindrisches Gehäuse
22: Zuführungsöffnung für Druckluft
24: Ringkolben
25: Ringkolbenwand
26: Druckraum
30: Längsmittelachse des Kupplungsaktors 10, 11
32: Spindel
34: Spindelwand
36: Vorsprung der Spindel
38: Nut in Außenringwand 40 des Ausrücklagerträgers 14
40: Außenringwand des Ausrücklagerträgers 14
42: Spindelboden der Spindel 32
44: Ringkolbenboden
46: Reibelement, Reibring, Reibschlussverbindungsmittel
48: Ringnut am Ringkolbenboden 44
50: Axialer Spalt
51: Breite des axialen Spalts 50
52: Mittelwand am Ringkolbenboden 44
54: Sicherungselement
55: Vorspannfeder
56: Stirnfläche des Ringkolbens 24 (dessen axiales Ende)
58: Stirnfläche des Ausrücklagerträgers 14 (dessen axiales Ende)
60: Erstes Führungselement
62: Zweites Führungselement
64: Außenwand des Gehäuses 20
66: Innenwand des Gehäuses 20
68: Erstes Dichtelement
70: Zweites Dichtelement
72: Freies Ende der Innenwand 66 des Gehäuses 20
74: Anschlagelement
76: Innenringwand des Ausrücklagerträger 14
80: Boden des Ausrücklagerträger 14
82: Erstes Führungselement des Ausrücklagerträgers 14
84: Zweites Führungselement des Ausrücklagerträgers 14
86: Drittes Dichtelement des Ausrücklagerträgers 14
87: Reibefläche am Ringkolbenboden 44, Reibschlussverbindungsmittel
88: Stirnfläche des Gehäuses 20 (dessen axiales Ende)
89: Reibefläche am Spindelboden 42, Reibschlussverbindungsmittel
90: Gehäuseboden
91: Freistellungsmittel, Freistellungsbolzen
92: Durchgangsbohrung im Ringkolbenboden 44
93: Bohrung des Stirnverzahnungsrings 96
94: Verschiebeweg des Freistellungsbolzens im Druckraum 26
95: O-Ring
96: Stirnverzahnungsring
97: Stirnverzahnung am Stirnverzahnungsring 96, Formschlussverbindungsmittel
98: Stirnverzahnung am Spindelboden 42, Formschlussverbindungsmittel
99: Reibelement, Reibring, Reibschlussverbindungsmittel
100: Kupplungsaktor (zweite Ausführungsform)
102: Längsmittelachse des Kupplungsaktors 100
104: Ringszylindrisches Gehäuse des Kupplungsaktors 100
106: Gehäuseinnenwand
108: Gehäuseaußenwand
110: Ausrücklager des Kupplungsaktors 100
111: Drehbarer Lagerinnenring des Ausrücklagers 110
112: Kupplungsfeder
114: Ringkammer am Ausrücklagerträger 116
116: Ausrücklagerträger, Ringkolben
120: Ringzylinder
122: Druckraum
124: Stirnfläche der Außenringwand 126
126: Außenringwand des Ausrücklagerträgers 116
128: Stirnfläche der Außenwand 130 des Ringzylinders 120
130: Hohlzylindrische Außenwand 130 des Ringzylinders 120
136: Spindel des Ausrücklagers 110
138: Durchgangsbohrung in der Bodenwand 140 des Ringzylinders 120
140: Bodenwand des Ringzylinders 120
142: Gehäuseboden
144: Zuführungsbohrung im Gehäuseboden 142
146: Vorspannfeder
148: Stirnfläche der Gehäuseaußenwand
150: Vorsprung am Ringzylinder 120
152: Nut in der Spindel 136
154: Radiale Innenseite der Spindel 136
156: Teleskopierbare Leitung
158: Erstes Ende der teleskopierbare Leitung 156
160: Zweites Ende der teleskopierbare Leitung 156
162: Bohrung in der Bodenwand 140 des Ringzylinders 120
164: Dichtring
166: Erstes Ende der Spindel 136
168: Erstes Anschlagelement
170: Zweites Ende der Spindel 136
172: Reibelement
174: Axialer Spalt
180: Innenringwand des Ausrücklagerträgers 116
182: Erstes Führungselement
184: Zweites Führungselement
186: Erstes Dichtelement
188: Zweites Dichtelement
190: Drittes Dichtelement
192: Drittes Führungselement
194: Freies Ende der Gehäuseinnenwand 106
196: Zweites Anschlagelement
Fk: Federkraft der Kupplungsfeder
Fk: Vorspannkraft der Vorspannfeder
A1: Axialer Ausgleichsabstand bei neuer Kupplung (erste Ausführungsform)
A2: Axialer Ausgleichsabstand bei verschlissener Kupplung (erste Ausführungsform)
BW: Betätigungsweg
A3: Axialer Ausgleichsabstand (zweite Ausführungsform)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016012865 [0020]

Claims

Kupplungsaktor (11, 11a, 11b) zum Betätigen einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Ringkolben (24) axial verschiebbar in einem Gehäuse (20) des Kupplungsaktor unter Schaffung eines Druckraumes (26) aufgenommen ist, bei dem ein ringförmiger Ausrücklagerträger (14) axial verschiebbar radial innerhalb des Ringkolbens (24) angeordnet ist, bei dem der Ausrücklagerträger (14) mit einem feststehenden Lagerring (19a) eines Ausrücklagers (18) verbunden ist, bei dem ein drehbarer Lagerring (19) des Ausrücklagers (18) mit einer Kupplungsfeder (12) der Kupplung in Kontakt ist oder in Kontakt bringbar ist, bei dem zum Betätigen der Kupplung durch ein Beaufschlagen des Druckraumes (26) mit einem Druckfluid der Ringkolben (24) zusammen mit dem Ausrücklagerträger (14) entgegen der Federkraft (Fk) der Kupplungsfeder (12) in Richtung zur Kupplungsfeder (12) axial verschiebbar angeordnet ist, bei dem radial innerhalb des Ausrücklagerträgers (14) eine hohlzylindrische Spindel (32) angeordnet ist, bei dem diese Spindel (32) drehbar und bis auf ein geringes Axialspiel (Spalt 50) axial unverschiebbar mit dem Ringkolben (24) verbunden ist, und bei dem diese Verbindung zwischen Spindel (32) und Ringkolben (32) derartig ist, dass die Spindel (32) im drucklosen Zustand des Druckraumes (26) um eine Längsmittelachse (30) des Kupplungsaktors (11) drehbar und bei einem Überdruck im Druckraum (26) nicht drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (32) und der Ringkolben (24) durch Reibschlussverbindungsmittel (46, 87, 89, 99) oder Formschlussverbindungsmittel (97, 98) drehfest miteinander verbindbar sind, und dass wenigstens ein Freistellungsmittel (91) vorhanden ist, mit dem die vollständige Aufhebung einer diesbezüglichen Verbindung zwischen Spindel (32) und Ringkolben (24) spätestens in der unbetätigten Ruhestellung des Kupplungsaktors (11) erreicht wird.
Kupplungsaktor (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (24) eine zylindrische Ringkolbenwand (25) und einen radial nach innen gerichteten Ringkolbenboden (44) aufweist, dass die Spindel (32) eine zylindrische Spindelwand (34) sowie einen radial nach innen gerichteten Spindelboden (42) aufweist, dass der Ringkolben (24) an der druckraumfernen Seite seines Ringkolbenbodens (44) eine Stirnverzahnung aufweist, dass die Spindel (32) an der druckraumnahen Seite ihres Spindelbodens (42) eine zum Ringkolbenboden (44) gerichtete Stirnverzahnung (98) aufweist, und dass diese Stirnverzahnungen als Formschlussverbindungsmittel zur drehfesten Verbindung von Ringkolben (24) und Spindel (32) zusammenwirken.
Kupplungsaktor (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (24) eine zylindrische Ringkolbenwand (25) und einen radial nach innen gerichteten Ringkolbenboden (44) aufweist, dass die Spindel (32) eine zylindrische Spindelwand (34) sowie einen radial nach innen gerichteten Spindelboden (42) aufweist, dass axial zwischen dem Ringkolbenboden (44) und dem Spindelboden (42) ein Stirnverzahnungsring (96) angeordnet ist, dass der Stirnverzahnungsring (96) fest mit der Ringkolbenwand (25) und/oder dem Ringkolbenboden (44) verbunden ist, dass der Stirnverzahnungsring (96) eine von dem Druckraum (26) wegweisende Stirnverzahnung (97) aufweist, dass der Spindelboden (42) eine zu dem Druckraum weisende Stirnverzahnung (98) aufweist, und dass diese Stirnverzahnungen (97, 98) als Formschlussverbindungsmittel zur drehfesten Verbindung von Ringkolben (24) und Spindel (32) zusammenwirken.
Kupplungsaktor (11a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (24) eine zylindrische Ringkolbenwand (25) und einen radial nach innen gerichteten Ringkolbenboden (44) aufweist, dass die Spindel (32) eine zylindrische Spindelwand (34) sowie einen radial nach innen gerichteten Spindelboden (42) aufweist, dass axial zwischen dem Ringkolbenboden (44) und dem Spindelboden (42) ein Reibring (99) angeordnet ist, und dass dieser Reibring (99) als Reibschlussverbindungsmittel zur drehfesten Verbindung von Ringkolben (24) und Spindel (32) dient.
Kupplungsaktor (11b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (24) eine zylindrische Ringkolbenwand (25) und einen radial nach innen gerichteten Ringkolbenboden (44) aufweist, dass die Spindel (32) eine zylindrische Spindelwand (34) sowie einen radial nach innen gerichteten Spindelboden (42) aufweist, dass an den axial zueinander weisenden Wänden des Ringkolbenbodens (44) und/oder des Spindelbodens (42) ein Reibbelag (87, 89) befestigt ist, und dass dieser wenigstens eine Reibbelag (87, 89) als Reibschlussverbindungsmittel zur drehfesten Verbindung von Ringkolben (24) und Spindel (32) dient.
Kupplungsaktor (11a, 11b) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbeläge (87, 89) an Ringkolben (24) und Spindel (32) oder an dem Reibring (99) jeweils eine konische Geometrie aufweisen, welche geometrisch kongruent zueinander ausgebildet sind und bei einer Betätigung des Kupplungsaktors (11a) demnach axial ineinander greifen.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ringkolbenboden (44) wenigstens eine axiale Durchgangsbohrung (92) ausgebildet ist, dass in der jeweiligen Durchgangsbohrung (92) als Freistellungsmittel ein Freistellungsbolzen (91) axial verschiebbar angeordnet ist, und dass der jeweilige Freistellungsbolzen (91) mit seinem druckraumfernen Ende auf die druckraumnahe Stirnseite des Spindelbodens (44) pressbar ist.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Freistellungsmittels (91) axial so lang ausgebildet ist, dass er mit seinem druckraumseitigen Ende gegen die druckraumseitige Wand des Gehäusebodens (90) pressbar ist.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Freistellungsmittel (91) die axialen Bohrung (93) des Reibrings (99) oder des Stirnverzahnungsrings (96) durchdringt.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Verschiebeweg (94) des Freistellungsbolzens (91) derart bemessen ist, dass durch Verschieben des Freistellungsmittels (91) über diese Strecke die Formschlussverbindung von Ringkolben (24) und Spindel (32) herstellbar oder lösbar ist.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Verschiebeweg (94) des Freistellungsmittels (91) derart bemessen ist, dass durch Verschieben des Freistellungsmittels (91) über diese Strecke die Formschlussverbindung von Ringkolben (24) und Spindel (32) unter Erzeugung eines axialen Spalts (50) zwischen denselben lösbar ist.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Freistellungsmittel (91) in der Durchgangsbohrung (92) des Ringkolbenbodens (44) mittels einer Dichtung (95) abgedichtet angeordnet ist.