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Die Erfindung betrifft einen Nehmerzylinder für ein Kupplungs- oder Bremsenbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges, mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse verschiebbar aufgenommenen Kolben sowie einer zur Ermittlung einer Verschiebeposition des Kolbens ausgebildeten Erfassungseinrichtung, wobei ein detektierbares / messtechnisch erfassbares Stellteil der Erfassungseinrichtung verschiebefest mit dem Kolben gekoppelt und in einem (in einem Betrieb des Nehmerzylinders umgesetzten) Verschiebeweg des Kolbens (zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung des Kolbens) in einer Führungsbahn relativ zu dem Gehäuse geführt ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Betätigungssystem für eine Kupplung oder eine Bremse des Kraftfahrzeuges sowie eine Kupplungsanordnung für einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges. Die Kupplungsanordnung weist neben dem Betätigungssystem eine Kupplung, vorzugsweise eine Reibungskupplung, auf.
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Gattungsgemäßer Stand der Technik ist bspw. aus der
EP 1 898 111 A2 bekannt, womit ein Zentralausrücker für eine hydraulische Kupplungsbetätigung offenbart ist. Ein an dem Zentralausrücker vorgesehener Sensor ist zur Erfassung einer axialen Position eines Ringkolbens relativ zu einem Gehäuse des Zentralausrückers ausgebildet. Der Sensor ist stationär am Gehäuse befestigt. Dem Sensor ist ein Stellteil in Form eines Magnetkörpers zugeordnet.
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Darüber hinaus ist es dem Anmelder aus einem noch nicht veröffentlichten, internen Stand der Technik, wie er mit den 3 bis 5 veranschaulicht ist, bekannt, eine bogenförmige Führungsbahn 6' zur Führung des Stellteils 5' in einem Nehmerzylinder vorzusehen. Damit wird prinzipiell bezweckt, ein optimal ausgerichtetes Gebersignal durch das Stellteil 5' zu erzeugen, sodass die Stellung des Kolbens des Nehmerzylinders über seinen Verschiebeweg hinweg verlässlich detektierbar ist. In 5 ist das Stellglied in einer der eingefahrenen Stellung, in 4 in einer der Mittelstellung sowie in 3 in einer der ausgefahrenen Stellung des Kolbens entsprechenden Position angeordnet. Zur Ausbildung der Führungsbahn 6' sind zwei einander zugewandte und voneinander beabstandete Führungswandungen 7' und 8' vorgesehen, die sich gleich gekrümmt erstrecken. Das Stellteil 5' ist zwischen diesen beiden Führungswandungen 7' und 8' eingespannt und entlang dieser Führungswandungen 7' und 8' gleitend geführt.
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Aus diesem zuletzt genannten Stand der Technik hat es sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass je nach Position des Stellteils entlang der Führungsbahn eine unterschiedlich große axiale Reibkraftkomponente auf das Stellteil bzw. indirekt auf den Kolben einwirkt. Bei einem Ausfahren sowie einem Einfahren des Kolbens kommt es zu einer Veränderung der auf ihn einwirkenden axialen Reibkraftkomponente. Dies kann wiederum zu einem unbeabsichtigten Abbremsen oder Beschleunigen des Kolbens führen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere einen Nehmerzylinder zur Verfügung zu stellen, durch den über einen Verschiebeweg hinweg eine möglichst gleichbleibende Betätigungskraft / Ausrückkraft erzeugt werden soll.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Stellteil zwischen zwei voneinander beabstandeten, die zumindest abschnittsweise bogenförmig verlaufende Führungsbahn ausbildenden Führungswandungen (vorgespannt) angeordnet ist, wobei das Stellteil mit einer Federeinheit gekoppelt ist, die an einer ersten Führungswandung abgestützt ist und das Stellteil an eine zweite Führungswandung andrückt, und wobei sich ein Abstand zwischen den Führungswandungen entlang des Verschiebeweges verändert.
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Durch eine Variation des Abstandes zwischen den beiden Führungswandungen ist es möglich, die axiale Reibkraftkomponente der zwischen dem Stellteil und den Führungswandungen wirkenden Reibungskraft beliebig einzustellen. Insbesondere ist es auch möglich, die axiale Reibkraftkomponente über den Verschiebeweg hinweg im Wesentlichen konstant zu halten.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Von Vorteil ist es demnach, wenn sich die Führungswandungen innerhalb des Verschiebeweges zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgängig, in ihrer Krümmung unterscheiden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Führungswandungen in ihrer Krümmung derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich bei einem Verschieben des Kolbens über den Verschiebeweg hinweg eine der Verschieberichtung entgegen gerichtete axiale Reibkraftkomponente einer auf das Stellteil wirkenden Reibungskraft um weniger als 10 % (hinsichtlich ihres Betrages) ändert. Weiter bevorzugt sind die Führungswandungen in ihrer Krümmung derart aufeinander abgestimmt, dass die axiale Reibkraftkomponente über den Verschiebeweg hinweg (vom Betrag) konstant bleibt. Dadurch findet die Kolbenverschiebung über den Verschiebeweg hinweg besonders gleichmäßig statt.
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Weist die Federeinheit ein Federelement auf, das mit einem ersten Abstützbereich gleitend an der ersten Führungswandung und mit einem zweiten Abstützbereich an dem Stellteil abgestützt (sowie verschiebefest mit dem Stellteil verbunden) ist, ist das Stellteil mit besonders einfachen Mitteln entlang der Führungsbahn sicher abgestützt.
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Weist das Stellteil ein Target (vorzugsweise ein Magnet, weiter bevorzugt ein Dauermagnet / Permanentmagnet) auf, ist ein Gebersignal kostengünstig erzeugbar. Weist das Stellteil einen Schlitten auf bzw. bildet das Stellteil einen Schlitten aus, an oder in dem das Target angeordnet ist, wird der Aufbau des Stellteils weiter vereinfacht.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Erfassungseinrichtung neben dem Stellteil eine Sensoreinheit aufweist, die fest mit dem Gehäuse verbunden und zur Positionsbestimmung des Stellteils innerhalb des Verschiebewegs ausgebildet / angeordnet ist.
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Weisen / Weist die erste Führungswandung und / oder die zweite Führungswandung über den gesamten Verschiebeweg hinweg eine gleichbleibende Krümmung auf, sind die Führungswandungen einfach ausformbar.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn die erste Führungswandung eine größere Krümmung aufweist als die zweite Führungswandung. Die erste Führungswandung ist insbesondere jene der beiden Führungswandungen, die in Bezug auf den Kolben / auf eine Längsachse des Kolbens in radialer Richtung innerhalb der zweiten Führungswandung angeordnet ist.
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Verlaufen die erste Führungswandung sowie die zweite Führungswandung so relativ zueinander, dass zwei an sie an einer Mitte des Verschiebewegs angelegte Tangenten parallel zueinander verlaufen, ist die Führungsbahn weiter vereinfacht ausformbar.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Betätigungssystem für eine Kupplung oder eine Bremse eines Kraftfahrzeuges, mit dem erfindungsgemäßen Nehmerzylinder nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.
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Auch betrifft die Erfindung eine Kupplungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer Kupplung, vorzugsweise einer Reibungskupplung, sowie dem Betätigungssystem.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein Nehmerzylinder mit einer hinsichtlich der Betätigungskraft optimierten Sensorintegrationseinheit (Erfassungseinrichtung) umgesetzt. Um die Axialkomponente (axiale Reibkraftkomponente) konstant zu halten oder zumindest auf eine andere gewünschte Kennlinie einzustellen, wird der Abstand der Sensorgehäuseflächen (Führungswandungen) variiert. Durch einen veränderlichen Abstand der Gehäuseflächen zueinander wird eine Änderung der Vorspannung des Federelements bewirkt, was wiederum eine Auswirkung auf die Axialkomponente hat. Bisher war die resultierende Axialkraft (axiale Reibkraftkomponente) abhängig von der aktuellen Stellung des Targethalters (Stellteils), da sich das Betätigungssystem / der Nehmerzylinder nicht mit der Kurvenbahn (Führungsbahn) um den Mittelpunkt der Kurvenbahn mit bewegt hat, sondern konstant geblieben ist.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nehmerzylinders nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei der Aufbau einer Erfassungseinrichtung des Nehmerzylinders übersichtlich erkennbar ist,
- 2 eine Detaildarstellung der Erfassungseinrichtung im Bereich einer ein Stellteil führenden Führungsbahn, wobei die Ausformung zweier diese Führungsbahn ausbildender Führungswandungen genauer erkennbar ist,
- 3 eine Detaildarstellung einer ein Stellteil führenden Führungsbahn in einem Nehmerzylinder nach dem Stand der Technik, wobei das Stellteil in einer der ausgefahrenen Stellung des Kolbens zugeordneten Position angeordnet ist,
- 4 eine Detaildarstellung des Stellteils nach 3 in einer der Mittelstellung des Kolbens zugeordneten Position, sowie
- 5 eine Detaildarstellung des Stellteils nach den 3 und 4, in einer der eingefahrenen Stellung des Kolbens zugeordneten Position.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Nehmerzylinder 1 in seinem prinzipiellen Aufbau veranschaulicht. Der Nehmerzylinder 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein konzentrischer Nehmerzylinder 1 (CSC -„Concentric Slave Cylinder“) ausgeführt. Demzufolge ist der Nehmerzylinder im Wesentlichen gesamtheitlich ringförmig ausgeführt. Der Nehmerzylinder 1 ist von einem zentralen Durchgangsloch 17 durchdrungen. Der Nehmerzylinder 1 weist ein (ringförmiges) Gehäuse 2 auf, innerhalb dessen ein (ringförmiger) Kolben 3 / Ringkolben verschiebbar angeordnet ist. Gehäuse 2 und Kolben 3 bilden einen Druckraum 18 aus. Der Kolben 3 ist dabei in jedem im Betrieb des Nehmerzylinders umgesetzten Zustand innerhalb eines vorgegebenen Verschiebeweg angeordnet. Der Verschiebeweg ist durch eine (maximal) ausgefahrene Stellung und eine (minimal) eingefahrenen Stellung des Kolbens 3 vorgegeben. Der Kolben 3 ist über den gesamten Verschiebeweg hinweg stets mit einem Dichtsitz 19 in das Gehäuse 2 eingeschoben, sodass der Druckraum 18 hin zum Kolben 3 über diesen Dichtsitz 19 abgedichtet ist.
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Der Nehmerzylinder 1 ist als hydraulischer Nehmerzylinder 1 ausgebildet, sodass in Abhängigkeit eines Volumens, welches in den Nehmerzylinder 1 unter einer Gegenkraft der Kupplung oder Bremse, etc. eingeschoben wird, innerhalb des Druckraums 18 die Stellung des Kolbens 3 entlang des Verschiebeweges eingestellt wird. Auf einer dem Dichtsitz 19 in Längsrichtung, d.h. entlang einer Längsachse 20 des Kolbens 3 / Nehmerzylinders 1, abgewandten Seite liegt ein Betätigungslager 21 an dem Kolben 3 an. Insbesondere nimmt der Kolben 3 dieses Betätigungslager 21 verschiebefest in axialer Richtung und verschiebbar in radialer Richtung auf.
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Der Nehmerzylinder 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kupplungsnehmerzylinder, d.h. für ein Kupplungsbetätigungssystem, vorbereitet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, den Nehmerzylinder 1 in einem Bremsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges vorzusehen. Der Nehmerzylinder 1 wirkt somit bevorzugt zum Betätigen einer Kupplung in einer Kupplungsanordnung, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellt ist.
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Ein Stellteil 5 einer Erfassungseinrichtung 4 ist verschiebefest mit dem Kolben 3, nämlich wiederum mit dem Betätigungslager 21, gekoppelt. Ein Innenring 22 des Betätigungslagers 21 ist einerseits fest an dem Kolben 3 aufgenommen, andererseits wiederum mittels eines Aufnahmeelementes 23, das im Wesentlichen ringförmig ausgeführt ist, verschiebefest mit dem Stellteil 5 gekoppelt. Ein relativ zu dem Innenring 22 wälzgelagerter Außenring 24 des Betätigungslagers 21 ist auf typische Weise verdrehbar zu dem Innenring 22 angeordnet und im Betrieb zur Anlage an einem Betätigungselement, wie einer Tellerfeder der Kupplung, vorbereitet.
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Die Erfassungseinrichtung 4 des Nehmerzylinders 1 dient zur Erfassung der axialen Position des Kolbens 3 entlang seines (axialen) Verschiebeweges, d.h. entlang der Längsachse 20. Hierzu ist das Stellteil 5 vorgesehen, das einen Schlitten 13 aufweist. Der Schlitten 13 ist in einer gehäusefest integrierten Führungsbahn 6 geführt. Neben dem Schlitten 13 weist das Stellteil 5 einen hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Magneten in Form eines Dauermagneten auf. Der Magnet bildet ein Target der Erfassungseinrichtung 4 aus. Das Target ist im Schlitten 13 aufgenommen. Die Führungsbahn 6 ist im Wesentlichen durch zwei voneinander beabstandete Führungswandungen 7 und 8 gebildet. Die Führungswandungen 7 und 8 sind radial außerhalb des Kolbens 3 angeordnet und erstrecken sich gekrümmt in axialer Richtung / entlang der Längsachse 20. Beide Führungswandungen 7 und 8 sind gekrümmt ausgeformt.
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Das Stellteil 5 an sich weist neben dem Schlitten 13 eine Federeinheit 9 auf, die dazu dient, das Stellteil 5 / den Schlitten 13 spielfrei entlang der Führungsbahn 6 zwischen den Führungswandungen 7 und 8 einzuspannen. Wie in diesem Zusammenhang besonders gut in 2 erkennbar, weist die Federeinheit 9 ein Federelement 10 in Form einer im Wesentlichen Ω-förmigen Blattfeder auf. Dieses Federelement 10 ist zwischen der radial innen angeordneten ersten Führungswandung 7 und dem Schlitten 13 eingespannt. Das Federelement 10 bildet einen ersten Abstützbereich 11 aus, mit dem es direkt gleitend an der ersten Führungswandung 7 anliegt. Mit einem zweiten Abstützbereich 12 ist das Federelement 10 verschiebefest an dem Stellteil 5 / am Schlitten 13 angebracht sowie abgestützt. Der zweite Abstützbereich 12 ist durch zwei Endabschnitte des Federelementes 10 und der erste Abstützbereich 11 durch einen zwischen den Endabschnitten befindlichen sowie gebogen verlaufenden Mittelabschnitt des Federelementes 10 gebildet. Das Federelement 10 dient somit zum Andrücken des Stellteils 5 an der zweiten Führungswandung 8 auf seiner der ersten Führungswandung 7 abgewandten Seite. Das Federelement 10 sowie der Schlitten 13 sind an der jeweiligen Führungswandung 7 und 8 gleitend geführt.
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Die Erfassungseinrichtung 4 weist neben dem Stellteil 5 eine einen Sensor 25 aufweisende Sensoreinheit 14 auf, wie wiederum in 1 dargestellt. Der Sensor 25 ist radial außerhalb des Stellteils 5 so angeordnet, dass er stets die jeweilige Position des Stellteils 5 entlang des gesamten Verschiebewegs des Kolbens 3 erfasst. Somit ist durch den Sensor 25 stets die konkrete Position des Stellteils 5 entsprechend der Stellung des Kobens 3 in dem Verschiebeweg detektierbar. Das Stellteil 5 ist in den 1 und 2 der Übersichtlichkeit halber in einer der ausgefahrenen Stellung des Kolbens 3 zugeordneten Position angeordnet. Ähnlich wie zu den 3 bis 5 wird der Kolben 3 während des Betriebes zwischen der ausgefahrenen Stellung und einer eingefahrenen Stellung hin und her bewegt, d.h. insbesondere über die Mittelstellung gemäß 4 hinweg bewegt. Die Mittelstellung ist jene Stellung, die an einer Mitte / auf der Hälfte der Führungsbahn 6, d.h. des Verschiebeweges, erreicht ist. Die Mitte der Führungsbahn 6 ist insbesondere dann erreicht, dass je Führungswandung 7, 8 eine an dieser angelegte, gedachte Tangente 15, 16 parallel zu der Längsachse 20 verläuft. Die Stelle in der die gedachte Tangente 15, 16 parallel zu der Längsachse 20 ausgebildet ist, muss dabei jedoch nicht zwangsläufig in der Mitte des möglichen Verschiebewegs des Kolbens 3 liegen, sondern kann auch beabstandet von der Mitte angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß sind die beiden Führungswandungen 7 und 8 nun unterschiedlich ausgeführt. Die beiden Führungswandungen 7 und 8 erstrecken sich entlang der Führungsbahn 6 gesehen derart unterschiedlich zueinander, dass sie ihren Abstand entlang der Führungsbahn 6 ändern. In anderen Worten ausgedrückt, weisen die Führungswandungen 7 und 8 somit unterschiedliche Krümmungen auf. Insbesondere weist die erste Führungswandung 7 in dem Verschiebeweg des Kolbens 3 eine größere Krümmung auf als die zweite Führungswandung 8. Die Mittelpunkte der Krümmungen müssen nicht deckungsgleich sein, sondern können auch (in axialer Richtung) beabstandet voneinander sein. Die Führungswandungen 7 und 8 sind über den gesamten Verschiebeweg hinweg jedoch mit der gleichen Krümmung ausgeführt.
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Die Führungswandungen 7 und 8 sind somit in ihrer Krümmung derart aufeinander abgestimmt, dass bei der Verschiebung des Kolbens 3 eine der jeweiligen Verschieberichtung entgegen gerichtete axiale Reibkraftkomponente einer auf das Stellteil 5 wirkenden Reibkraft (Gleitreibung) über den Verschiebeweg hinweg gleich ist. Die beiden Führungswandungen 7 und 8 sind hinsichtlich ihrer Krümmung jedoch mittig zueinander in Längsrichtung ausgerichtet. Eine Mitte der Führungswandungen 7, 8 auf dem halben Verschiebeweg zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Stellung gelegen ist hierbei insbesondere durch zwei parallel verlaufenden Tangenten, die jeweils gedanklich an eine der beiden Führungswandungen 7 und 8 angelegt sind, angeordnet.
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In anderen Worten ausgedrückt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Abstand der Sensorgehäuseflächen (Führungswandungen 7, 8) zu variieren, um die Axialkomponente der Reibungskraft konstant zu halten oder auf eine andere gewünschte Kennlinie einzustellen. Durch den veränderlichen Abstand der Gehäuseflächen7, 8 zueinander wird eine Änderung der Vorspannung des Federelements 10 bewirkt, was wiederum eine Auswirkung auf die Axialkomponente hat.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nehmerzylinder
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kolben
- 4
- Erfassungseinrichtung
- 5, 5'
- Stellteil
- 6, 6'
- Führungsbahn
- 7, 7'
- erste Führungswandung
- 8, 8'
- zweite Führungswandung
- 9
- Federeinheit
- 10
- Federelement
- 11
- erster Abstützbereich
- 12
- zweiter Abstützbereich
- 13
- Schlitten
- 14
- Sensoreinheit
- 15
- erste Tangente
- 16
- zweite Tangente
- 17
- Durchgangsloch
- 18
- Druckraum
- 19
- Dichtsitz
- 20
- Längsachse
- 21
- Betätigungslager
- 22
- Innenring
- 23
- Aufnahmeelement
- 24
- Außenring
- 25
- Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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