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Die Erfindung betrifft ein schaltbares Betätigungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieses Betätigungselement ist zur Betätigung eines hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems eingerichtet, mit dem eine in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, vorgesehene insbesondere formschlüssig wirkende Kupplung ein- und ausgerückt werden kann. Die Erfindung betrifft außerdem ein derartiges Kupplungsbetätigungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19 sowie einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem derartigen Kupplungsbetätigungssystem.
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Von Fahrzeugherstellern und Zulieferern werden zunehmend Antriebsstrangkonzepte mit zuschaltbarem Allradantrieb entwickelt. Derartige Antriebsstrangkonzepte weisen einen Primärantriebsstrang auf, über den die permanent angetriebene Primärachse und die hiermit verbundenen Primärantriebsräder angetrieben werden, sowie einen zuschaltbaren Sekundärantriebsstrang, der eine Sekundärachse mit Sekundärantriebsrädern umfasst und der im Bedarfsfall dem Primärantriebsstrang zugeschaltet (Einrückvorgang bzw. „Connect“-Vorgang) bzw. von diesem entkoppelt werden kann (Ausrückvorgang bzw. „Disconnect“-Vorgang).
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Bei zugeschaltetem Sekundärantriebsstrang wird die Antriebsleistung mittels einer PTU (Power-Takeoff-Unit) und einer RDU (Rear-Drive-Unit) ausgehend von der Primärachse auf die Sekundärantriebsräder weitergeleitet und verteilt (Betrieb des Fahrzeugs im 4-WD Modus oder „Connect“-Modus). Bei vom Primärantriebsstrang entkoppeltem Sekundärantriebsstrang werden hingegen nur die Primärantriebsräder angetrieben (Betrieb des Fahrzeugs im 2-WD Modus oder „Disconnect“-Modus). Die Sekundärantriebsräder rollen bei Fahrt vom Fahrzeug geschleppt auf der Straße ab, ohne zum Vortrieb beizutragen.
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Derartige Antriebsstrangkonzepte benötigen Kupplungen, um Sekundärantriebsstrangkomponenten mit dem permanent angetriebenen Primärantriebsstrang zu koppeln oder von diesem zu entkoppeln (Schnittstelle zum Primärantriebsstrang), und gegebenenfalls Kupplungen, um die Sekundärantriebsstrangkomponenten mit den Sekundärantriebsrädern zu verbinden bzw. wieder von diesen zu trennen (Schnittstelle zum Sekundärantriebsrad). Wenn derartige Kupplungen an beiden Schnittstellen vorgesehen sind, lässt sich der zwischen den beiden Schnittstellen liegende Teil des Sekundärantriebsstrangs vollständig stilllegen, da dieser dann bei Fahrt weder vom permanenten Primärantriebsstrang noch von den bei Fahrt auf der Straße abrollenden Sekundärantriebsrädern angetrieben bzw. geschleppt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend insbesondere mit Blick auf derartige Antriebsstrangkonzepte und die darin verwendeten und bevorzugt formschlüssig wirkenden Kupplungen erläutert.
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Kupplungen innerhalb derartiger Antriebsstränge sind schaltbare, oftmals hydraulisch betätigte Kupplungsbetätigungseinrichtungen zugeordnet, welche den eigentlichen Kupplungsvorgang, also das Ein- bzw. Ausrücken der Kupplungsglieder, durchführen. Die Einleitung eines Kupplungsvorgangs erfordert Energie, die allerdings lediglich im Zeitpunkt der Kupplungsbetätigung zur Verfügung stehen muss, nicht aber über den gesamten Zeitraum hinweg, in dem der jeweilige Kupplungszustand dauerhaft gehalten werden soll. Daher sollten derartige Kupplungsbetätigungssysteme so ausgelegt sein, dass die Kupplungsenergie nur kurzfristig bereitgestellt zu werden braucht, der Kupplungszustand ansonsten aber dauerhaft ohne weiteren energetischen Aufwand gehalten werden kann.
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Außerdem sollten derartige Betätigungseinrichtungen in der Lage sein, schnell zwischen den einzelnen Schaltpositionen hin und her zu schalten bzw. einen eingeleiteten Schaltvorgang zügig wieder umzukehren.
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Zur Integration in den Antriebsstrang ist außerdem wünschenswert, dass derartige Betätigungseinrichtungen ein geringes Gewicht aufweisen, wenig Bauraum beanspruchen und nur ein geringes Maß an Systemarchitektur (Kabel, Stecker, Leitungen, Sensorik, Steuerelektronik, etc.) erfordern.
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Aus der
DE 10 2014 226 150 A1 ist ein hydraulisch betätigtes Verschlussventil zum Verschließen eines Druckraums, das in der Verschlussstellung mit einer Arretiervorrichtung unterstützend arretiert werden kann. Das Verschlussventil ist zur Absperrung eines Kupplungsdruckraums vorgesehen, um den für die Kupplungsbetätigung aufgebauten Versorgungsdruck in dem Kupplungsdruckraum erhalten zu können, so dass dieser Versorgungsdruck nicht über eine Hydraulikpumpe in energetisch nachteilhafter Weise dauerhaft bereitgestellt werden muss. Hierzu ist in dem Verschlussventil eine Arretiervorrichtung integriert, mittels der ein Ringkolben, der eine Verschlusskugel in den Ventilsitz des Verschlussventils drückt, in der Stellung gehalten werden kann, in der das Ventil den Kupplungsdruckraum mittels der Verschlusskugel verschließt. Mit einem solchen Verschlussventil lässt sich zwar der notwendige Hydraulikdruck reduzieren, der zur Erhaltung des Versorgungsdrucks notwendig ist, für eine effektive Betätigung einer hydraulischen Kupplung ist es aber nicht optimal geeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein Betätigungselement für ein eine bevorzugt formschlüssig wirkende Schaltkupplung bedienendes Kupplungsbetätigungssystems zur Verfügung zu stellen, das eine geringe oder bestenfalls gar keine Energieaufnahme in einem dauerhaft zu haltenden Schaltzustand erfordert. Ferner soll die Kupplungsbetätigungseinrichtung ein geringes Gewicht und einen geringen Bauraumbedarf aufweisen und einen insgesamt geringen Systemaufwand erfordern. Sie soll in der Lage sein, die Kupplung in geringer und bevorzugt von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängiger Ansprechzeit zu betätigen. Die Konzeption sollte bevorzugt außerdem derart sein, dass sie für eine Vielzahl verschiedener Kupplungsvarianten einsetzbar ist.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich des Betätigungselementes durch ein schaltbares Betätigungselement für die Betätigung eines mechanisch-hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems nach Anspruch 1 sowie hinsichtlich des Kupplungsbetätigungssystems durch ein Kupplungsbetätigungssystem nach Anspruch 19 gelöst.
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Danach ist ein schaltbares Betätigungselement vorgesehen, dass zur Betätigung eines mechanisch-hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems eingerichtet ist. Das Kupplungsbetätigungssystem weist einen hydraulischen Kupplungsaktuator auf, der ein Stellglied aufweist, das zum Schließen einer Kupplung wenigstens in einer Schließrichtung (Einrückvorgang) und oder zum Öffnen der Kupplung wenigstens in einer Öffnungsrichtung (Ausrückvorgang) hydraulisch betätigbar ist. Das Betätigungselement weist ein Drucksteuerventil mit einem Ventilsteuerglied auf, das abhängig von einer bestehenden Schaltstellung in eine erste Schaltrichtung beweglich ist, in der sich das Ventilsteuerglied auf eine erste Schaltstellung zubewegt, bei deren Erreichen eine erste hydraulische Verbindung durchgängig geschaltet ist, oder in eine zweite Schaltrichtung beweglich ist, in der sich das Ventilsteuerglied auf eine zweite Schaltstellung zubewegt, bei deren Erreichen eine zweite hydraulische Verbindung durchgängig geschaltet ist.
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Das Ventilsteuerglied wirkt dabei über einen zwischengeschalteten Steuermechanismus mit einer Sperre zusammen, wobei die Sperre über den zwischen Ventilsteuerglied und Sperre angeordneten Steuermechanismus betätigbar ist, um aus einer Sperrstellung, in der die Sperre eine insbesondere mechanisch angetriebene Bewegung eines Stellglieds des Kupplungsaktuators in die Schließrichtung und/oder in die Öffnungsrichtung zu unterbinden vermag, in eine Freigabestellung, in der der Kupplungsaktuator in Schließrichtung und/oder in Öffnungsrichtung beweglich ist, und um aus der Freigabestellung in die Sperrstellung überführt zu werden.
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Hinsichtlich des Kupplungsbetätigungssystem ist vorgesehen, dass dieses ergänzend zu dem Betätigungselement einen Kupplungsaktuator mit einem Stellglied aufweist, das zum Schließen der Kupplung (Einrückvorgang) in einer Schließrichtung und zum Öffnen der Kupplung (Ausrückvorgang) in einer Öffnungsrichtung beweglich ist, wobei die Sperre bevorzugt auf das Stellglied wirkt und mittels des Steuermechanismus betätigbar ist, um aus einer Sperrstellung, in der die Sperre eine Bewegung des Stellglieds in die Schließrichtung und/oder in die Öffnungsrichtung zu unterbinden vermag, in eine Freigabestellung, in der das Stellglied in Schließrichtung und/oder in Öffnungsrichtung beweglich ist, und um aus der Freigabestellung in die Sperrstellung überführt zu werden.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass durch das funktionale Zusammenwirken des Ventilsteuerglieds eines Drucksteuerventils mit einer Sperre unter Zwischenschaltung eines Steuermechanismus bestimmte Funktionen, die insbesondere für die eingangs beschriebenen Antriebsstränge vorteilhaft sind, sich in einfacher Weise abbilden und in einer kompakten Einheit zusammenfassen lassen.
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Dadurch, dass die Sperre mit dem Ventilsteuerglied unter Zwischenschaltung des Steuermechanismus zusammenwirkt, kann die Bewegung des Ventilsteuerglieds genutzt werden, um die Sperre zu schalten, ohne dass es für die Schaltung der Sperre bzw. die Abbildung einer Sperrenfunktion innerhalb des Kupplungsbetätigungssystems eines weiteren Schaltelements bedarf. Gleichzeitig gewährleistet der Steuermechanismus, dass eine durch die Bewegung des Ventilsteuerglieds veranlasste Sperrenbetätigung nur in bestimmten Schaltzuständen des Kupplungsbetätigungssystems erfolgt, auch wenn sich das Ventilsteuerglied in den verschiedenen Schaltzuständen des Kupplungsbetätigungssystems jeweils in derselben Schaltstellung befindet. Die Sperre folgt einer Bewegung des Ventilsteuerglieds insbesondere in Abhängigkeit der Stellung der Sperre, die die Sperre vor einer Bewegung des Steuergliedes einnimmt.
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Durch die Kopplung der Sperre mit dem Kupplungsaktuator bzw. einem mit dem Kupplungsaktuator verbundenen und von diesem bewegten Stellglied ist bei in Sperrstellung befindlicher Sperre gewährleistet, dass ein bestimmter Schaltzustand gegen eine zum Beispiel rein mechanische Rückstellkraft (z.B. eine Rückstellfeder) dauerhaft gehalten werden kann, ohne dass es hierfür eine dauerhafte Energiezufuhr bedarf, indem die Sperrwirkung der Sperre dieser Rückstellkraft entgegenwirkt. Gleichzeitig steht bei Überführen der Sperre aus der Sperrstellung in die Freigabestellung diese Rückstellkraft unmittelbar und ohne jede zeitliche Verzögerung in voller Höhe und ohne die Notwendigkeit zur Beaufschlagung des Systems mit Hydraulikdruck zur Verfügung.
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Die erste Schaltstellung des Drucksteuerventils ist dabei bevorzugt eine Druckaufbaustellung, bei deren Erreichen das Drucksteuerventil geschaltet ist, um den Kupplungsaktuator mit Hydraulikdruck zu beaufschlagen. Die zweite Schaltstellung des Drucksteuerventils ist bevorzugt eine Entspannungsstellung, bei deren Erreichen das Drucksteuerventil geschaltet ist, um den Kupplungsaktuator zu entspannen oder entspannt zu halten.
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Als besonders vorteilhafte Ausführungsform wird angesehen, wenn das Ventilsteuerglied über den Steuermechanismus mit der Sperre derart zusammenwirkt, dass abhängig davon, ob sich die Sperre in der Sperrstellung oder in der Freigabestellung befindet, eine Bewegung des Ventilsteuerglieds aus der zweiten Schaltstellung heraus in die erste Schaltrichtung entweder bis zum Erreichen der ersten Schaltstellung erfolgt oder vor Erreichen der ersten Schaltstellung mittels des Steuermechanismus unter gleichzeitiger Betätigung der Sperre blockiert ist, oder eine Bewegung des Ventilsteuerglieds aus der ersten Schaltstellung heraus in die zweite Schaltrichtung entweder bis zum Erreichen der zweiten Schaltstellung erfolgt oder vor Erreichen der zweiten Schaltstellung mittels des Steuermechanismus unter gleichzeitiger Betätigung der Sperre blockiert ist.
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Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, dass dadurch eine gewisse Selbsthemmung des Systems vermieden werden kann. Wenn zum Beispiel eine Sperrenbetätigung aus der Sperrstellung in die Freigabestellung erfolgt (Freigabe des zuvor durch die Sperre blockierten Stellglieds des Kupplungsaktuators), damit das Stellglied durch die zuvor beschriebene Rückstellkraft einen Schaltvorgang initiieren kann, gilt es zu vermeiden, dass die Bewegung des Ventilsteuerglieds in Richtung einer Druckaufbaustellung diese Schaltstellung auch tatsächlich erreicht. Würde das Ventilsteuerglied diese Schaltstellung erreichen, würde sich im Kupplungsaktuator ein Hydraulikdruck aufbauen, der der zur Durchführung des Schaltvorgangs eigentlich gewollten Bewegung des Stellglieds entgegenwirken und diese gegebenenfalls sogar verhindern würde.
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In diesem Zusammenhang ist auch vorteilhaft, wenn das Ventilsteuerglied in der Stellung, in der der Steuermechanismus die Bewegung des Ventilsteuerglieds von der einen Schaltstellung kommend vor Erreichen der anderen Schaltstellung blockiert (Blockierstellung des Ventilsteuerglieds), die hydraulische Verbindung der einen Schaltstellung nach wie vor besteht.
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Der Steuermechanismus ist bevorzugt als ein rein mechanischer Mechanismus vorgesehen. Die Funktionen des Steuermechanismus werden also bevorzugt ausschließlich über mechanischen Komponenten und Wirkmechanismen gewährleistet. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Steuermechanismus in ein auch das Ventilsteuerglied aufnehmendes Gehäuse des Betätigungselements aufgenommen ist. Das Betätigungselement kann demnach als ein um den Steuermechanismus und die Sperre erweitertes Drucksteuerventil angesehen werden sein. Bevorzugt ist auch die Sperre an einem den Steuermechanismus und/oder das Ventilsteuerglied aufnehmenden Gehäuse des Betätigungselements oder am Steuermechanismus selbst angeordnet. Insbesondere kann die Sperre an diesem Gehäuse verschwenkbar gelagert sein oder aber integraler Bestandteil eines Bauteils sein, das die Funktion des Steuermechanismus gewährleistet.
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Der Steuermechanismus kann insbesondere einen Steuerkörper und einen relativ zum Steuerkörper beweglichen Blockierkörper aufweisen, wobei der Blockierkörper abhängig davon, ob sich die Sperre in der Sperrstellung oder in der Freigabestellung befindet, eine Bewegung des Ventilsteuerglieds aus einer Schaltstellung heraus in eine andere Schaltstellung entweder zulässt oder mit dem Steuerkörper in Eingriff gerät, um das Ventilsteuerglied vor Erreichen der anderen Schaltstellung blockiert.
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Der Steuermechanismus mit dem Steuerkörper ist bevorzugt in einer Steuerkörperaufnahme angeordnet. Zur Gewährleitung der Blockierstellung kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Steuerkörper in der Blockierstellung mit der Steuerkörperaufnahme im Anschlag steht.
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Der Steuermechanismus umfasst bevorzugt einen Blockierkörper über den das Ventilsteuerglied und der Steuerkörper abhängig von der Stellung der Sperre bei einer Bewegung des Ventilsteuerglieds aus der einen Schaltstellung in die andere Schaltstellung derart in Eingriff geraten, dass der Steuerkörper der Bewegung des Ventilsteuerglieds auf die andere Schaltstellung zu folgt. In die andere Richtung ist durch den Blockierkörper hingegen keine Eingriffswirkung gegeben.
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Auch die Sperre kann, insbesondere wenn diese als eine verschwenkbare Sperrklinke ausgebildet ist, mit dem Steuerkörper des Steuermechanismus in formschlüssigem Eingriff stehen, so dass die Sperre einer Steuerkörperbewegung in beiden Richtungen folgt. Der sich bevorzugt ausschließlich linear bewegende Steuerkörper nimmt die Sperre bei einer eigenen Bewegung jeweils mit und drängt bzw. drückt oder zieht die Sperre aus der Freigabestellung in die Sperrstellung oder umgekehrt. Hierzu kann Steuerkörper wenigstens eine Steuernut bzw. wenigstens einen Steuervorsprung aufweisen, mit der bzw. mit dem ein an der Sperre vorgesehenes korrespondierendes Eingriffsglied (ein Eingriffsvorsprung bzw. eine Eingriffsnut) zur Verstellung der Sperrenposition zusammenwirkt.
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Alternativ zur Ausbildung der Sperre als verschwenkbare Sperrklinke kann die Sperre auch von einer unmittelbar an dem Steuerkörper ausgebildeten Rastvorsprung gebildet sein.
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Um die vorstehend beschriebene Funktion, bei der der Steuerkörper einer Ventilsteuergliedbewegung entweder folgt oder aber nicht folgt bzw. vom Ventilsteuerglied mitgenommen wird oder aber nicht mitgenommen wird, abzubilden, ist ein Anstellelement vorgesehen, das den im Steuermechanismus vorgesehenen Blockierkörper bei in einer ersten Stellung befindlicher Sperre (bevorzugt in der Sperrstellung) gegen das Ventilsteuerglied anstellt während das Anstellelement bei in einer zweiten Stellung befindlicher Sperre (bevorzugt in der Freigabestellung) den Blockierkörper nicht gegen das Ventilsteuerglied anstellt. Das Anstellelement ist bevorzugt von einer Anstellfeder gebildet.
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Bei Verwendung eine verschwenkbaren Sperrklinke als Sperre kann das Anstellelement insbesondere von einer an der Sperrklinke angeordneten Blattfeder gebildet sein und kann außerdem derart mit der Sperrklinke verbunden sein, dass es einer Bewegung der Sperrklinke derart folgt, dass es infolge der Sperrklinkenstellung entweder in die die Anstellung des Blockierkörpers gegen das Ventilsteuerglied gewährleistende Stellung gerät (bevorzugt ist dies die Sperrstellung) oder aber eine Stellung einnimmt, in der der Blockierkörper nicht gegen das Ventilsteuerglied angestellt ist (bevorzugt ist dies die Freigabestellung).
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Insbesondere in dem Fall, in dem die Sperre direkt am Steuerkörper angeordnet ist, etwa in Form eines am Steuerkörper ausgebildeten Rastvorsprungs, kann das Anstellelement derart am Betätigungselement angeordnet und relativ zum Steuerkörper positioniert sein, dass das Anstellelement infolge der Verlagerung des Steuerkörpers eine die Anstellung des Blockierkörpers gegen das Ventilsteuerglied gewährleistende Stellung aufweist (bevorzugt ist dies bei in Sperrstellung befindlicher Sperre der Fall) oder aber eine Stellung aufweist, in der der Blockierkörper durch das Anstellelement nicht gegen das Ventilsteuerglied angestellt ist (bevorzugt ist dies der Fall, wenn sich die Sperre in Freigabestellung befindet).
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Um einen formschlüssigen, eine Blockade des Ventilsteuerglieds in einer Blockierstellung gewährleistenden Eingriff zwischen Ventilsteuerglied und Steuermechanismus zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass an dem Ventilsteuerglied eine geometrische Ausformung, insbesondere eine Einschnürung, vorgesehen ist, die bei einer Bewegung des Ventilsteuerglieds in eine Schaltrichtung den Blockierkörper derart zu verlagern vermag, dass über den Blockierkörper ein dieser Schaltrichtung entgegenwirkender Eingriff zwischen Steuermechanismus und Ventilsteuerglied hergestellt ist.
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Zur Erfindung gehörig angesehen wird ebenfalls ein Kupplungsbetätigungssystem mit einem hydraulischen Kupplungsaktuator, über den ein Stellglied zum Schließen einer Kupplung in einer Schließrichtung und zum Öffnen der Kupplung in einer Öffnungsrichtung beweglich ist, wobei das Kupplungsbetätigungssystem ein Betätigungselement wie vorstehend beschrieben aufweist.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Stellglied über eine Stellglied-Rückstellfeder derart beaufschlagt ist, dass das Stellglied über die Stellglied-Rückstellfeder in die Kupplungsschließrichtung beaufschlagt ist. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass die in Sperrstellung befindliche Sperre das Stellglied in der Kupplungsöffnungsstellung hält und bei in Freigabestellung befindlicher Sperre das Stellglied in Kupplungsschließstellung geschaltet ist. Die bevorzugt unmittelbar oder gegebenenfalls auch mittelbar unter Zwischenschaltung weiterer Bauteile auf das Stellglied wirkende Sperre gibt damit, wenn die Sperre in die Freigabestellung überführt wird, die durch die Rückstellfeder gewährleistete Kraft ohne zeitliche Verzögerung zum Schließen der Kupplung frei.
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Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die erste Schaltstellung eine Druckaufbaustellung ist, in der das Ventilsteuerglied des Druckventils geschaltet ist, um den Kupplungsaktuator mit Hydraulikdruck zu beaufschlagen, und die zweite Schaltstellung eine Entspannungsstellung ist, in der das das Ventilsteuerglied des Druckventils geschaltet ist, den im Kupplungsaktuator befindlichen Druck zu entspannen oder den Kupplungsaktuator entspannt zu halten.
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Um den energetischen Aufwand in den mit dem System ermöglichten Schaltzuständen gering zu halten, ist vorgesehen, dass das Kupplungsbetätigungssystem sowohl bei dauerhaft in Schließstellung als auch bei dauerhaft in Öffnungsstellung befindlicher Kupplung druckfrei ist. Der Aufbau von hydraulischem Druck ist daher nur für einen bestimmten Schaltvorgang vonnöten, das System ist, bezogen auf die von der Kupplung zu realisierenden Schaltzustände, bistabil ausgeführt. Dies kann dadurch gewährleistet werden, dass sowohl bei dauerhaft in Schließstellung als auch bei dauerhaft in Öffnungsstellung befindlicher Kupplung sich das Ventilsteuerglied in der zweiten Schaltstellung (Entspannungsstellung) befindet.
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Zur Erfindung gehörig wird auch ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere ein Antriebstrang der eingangs erläuterten und in 1 gezeigten Art, mit dem zuvor beschriebenen Kupplungsbetätigungssystem angesehen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.
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In den Zeichnungen zeigt
- 1 in schematischer Darstellung einen Gesamtantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik mit permanent angetriebenem Primärantriebsstrang und mit einem bei Bedarf dem Primärantriebsstrang zuschaltbaren oder von diesem entkoppelbaren Sekundärantriebsstrang,
- 2a-2e ein mit einem Betätigungselement ausgestattetes Kupplungsbetätigungssystem in verschiedenen Schaltstellungen,
- 3a-3e eine zu dem in den 2a-2e gezeigten Kupplungsbetätigungssystem alternative Ausführungsform und
- 4 das in den 3a-3e gezeigte Anstellelement in einer dreidimensionalen Detailansicht im Schnitt.
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In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Antriebsstrangaufbau mit permanent angetriebenem Primärantriebsstrang und einem nur im Bedarfsfall angetriebenen Sekundärantriebsstrang, über den die Antriebsleistung im Bedarfsfall auch zu den Sekundärantriebsrädern 6 geleitet wird, gezeigt.
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Im 4-WD bzw. „Connect“-Modus wird über eine Power-Takeoff-Unit(PTU) 1 Antriebsleistung am Primärantriebsstrang abgegriffen und über eine Kardanwelle zu einer Rear-Drive-Unit (RDU) 2 weitergeleitet, welche die Aufgabe eines Querausgleichs übernimmt und die Antriebsleistung auf die beiden Sekundärantriebsräder 6 überträgt.
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Sowohl an der Power-Takeoff-Unit (PTU) 1 als auch an der Rear-Drive-Unit (RDU) 2 ist jeweils eine formschlüssig wirkende Kupplung 3 vorgesehen, mit der die Primärantriebsglieder 4 sowie die Sekundärantriebsglieder 5 an der Power-Takeoff-Unit (PTU) 1 und die Sekundärantriebsglieder 5 sowie die Sekundärantriebsräder 6 an der Rear-Drive-Unit (RDU) 2 miteinander verkoppelt oder voneinander entkoppelt werden können. Ein Kupplungsbetätigungssystem, das in 1 nicht gezeigt ist, sich im Detail jedoch aus 2a-2e ergibt, verschiebt mittels eines Stellglieds 24, das über einen Kupplungsaktuator 11 verstellbar ist, eine Schaltmuffe zwischen einer „Connect“-Position (die jeweiligen Antriebsglieder sind miteinander verkoppelt, die Kupplung 3 ist geschlossen) und einer „Disconnect“-Position (die jeweiligen Antriebsglieder sind voneinander entkoppelt, die Kupplung 3 ist geöffnet).
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Es kann ferner eine Bremse im Antriebsstrang vorgesehen sein, die dafür Sorge trägt, dass der zwischen den beiden Kupplungen 3 liegende Teil des Sekundärantriebsstrangs zumindest bei Herstellung des „Disconnect“-Modus zusätzlich zur der durch die Kupplungsbetätigung erfolgenden Abtrennung aktiv abgebremst wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass dieser zwischen den Kupplungen 3 liegende Teil des Sekundärantriebsstrangs nach Öffnen der Kupplungen 3 im „Disconnect“-Modus tatsächlich stillgelegt wird.
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Etwaige sich gegebenenfalls selbst erhaltende Nachlaufeffekte werden so wirksam unterbunden.
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2a bis 2e zeigen in einer schematischen Darstellung ein Kupplungsbetätigungssystem mit einem Betätigungselement 10, wie es bei einem Antriebsstrang bzw. einer der beispielhaft in 1 gezeigten Power-Takeoff-Unit (PTU) 1 oder Rear-Drive-Unit (RDU) 2 zum Einsatz kommen kann, in verschiedenen Betätigungszuständen ausgehend von einem druckfreien „Connect“-Zustand (2a) zu einem ebenfalls druckfreien „Disconnect“-Zustand (2d) und wieder zurück in den druckfreien „Connect“-Zustand. Das Kupplungsbetätigungssystem ist somit bistabil ausgeführt. Die Verwendung eines derartigen Kupplungsbetätigungssystems ist aber selbstverständlich nicht auf einen Antriebsstrang, wie er in 1 schematisch dargestellt ist, oder auf eine Power-Takeoff-Unit (PTU) oder Rear-Drive-Unit (RDU) 2 beschränkt.
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Das Betätigungselement 10 wird mit einem von einer Hydraulikpumpe 12 erzeugten Hydraulikdruck versorgt. Das Betätigungselement 10 umfasst ein als Wegeventil ausgebildetes Drucksteuerventil 14, das insbesondere als 3/2-Wegeventil wirksam sein kann und das einen Druckanschluss P, einen Tankanschluss T und zwei Anschlüsse A aufweist, wobei die Anschlüsse A zu einer kombinierten Arbeits- und Abflussleitung 13 zusammengeführt sind. Das Drucksteuerventil 14 umfasst ein zwischen einer ersten und zweiten Schaltstellung bewegliches Ventilsteuerglied 16 und ist über eine mittels einer elektronischen Steuereinheit ansteuerbare und bevorzugt elektromagnetische Aktuatorik (Elektromagnet 18) schaltbar.
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Mittels des Drucksteuerventils 14 kann ein im Kupplungsbetätigungssystem vorgesehener Kupplungsaktuator 11 bei in einer ersten Schaltstellung befindlichem Ventilsteuerglied 16 mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden (Druckaufbaustellung), um ein Stellglied 24 zu bewegen, über das wiederum eine der beispielhaft in 1 gezeigten Kupplungen 3 betätigt werden kann. In einer zweiten Schaltstellung (Entspannungsstellung) des Ventilsteuerglieds 16 verbindet das Drucksteuerventil 14 den Kupplungsaktuator 11 über die Hydraulikleitung 13 mit einem Tank bzw. Reservoir 26, so dass im System befindlicher Druck abgelassen wird und der Kupplungsaktuator 11 sowie die Hydraulikleitungen druckfrei sind.
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Das Ventilsteuerglied 16 wirkt über einen einen Steuerkörper 19 umfassenden beweglichen Steuermechanismus 20 mit einer Sperre 22 zusammen, über die das Stellglied 24 auch bei druckfreiem Kupplungsaktuator 11 und gegen die Rückstellkraft einer auf das Stellglied 24 wirkenden Stellglied-Rückstellfeder 25 in einer bestimmten Stellung gehalten werden kann. Die Sperre 22 ist in der in den 2a-2e gezeigten Ausführungsform als Sperrklinke ausgeführt und gelenkig an der Betätigungseinrichtung 10 gelagert (bevorzugt an einem das Drucksteuerventil 14 bildenden Ventilgehäuse 33) und greift außerdem in den Steuermechanismus 20 derart formschlüssig ein, dass die Sperre 22 bzw. der die Sperrenfunktion maßgeblich abbildende Sperrklinkenkopf einer Bewegung des Steuerkörpers 19 nach oben folgt bzw. eine Bewegung des Steuerkörpers 19 nach unten durch die Sperrklinke 22 blockiert ist.
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Anhand des nachfolgenden Ablaufs eines „Disconnect“-Vorgangs und eines anschließenden „Connect“-Vorgangs werden Merkmale und Vorteile des Kupplungsbetätigungssystems und des Betätigungselements 10 verdeutlicht. Dabei wird insbesondere auch auf den in 1 schematisch dargestellten Antriebsstrangaufbau Bezug genommen, für den sich ein derartiges Kupplungsbetätigungssystem in besonderer Weise eignet.
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2a zeigt das Kupplungsbetätigungssystem im druckfreien „Connect“-Zustand. Bezugnehmend auf 1 sind die Kupplungen 3 im Eingriff, das Fahrzeug wird im 4WD-Modus betrieben. Der Elektromagnet 18 ist unbestromt. Eine auf das Ventilsteuerglied 16 wirkende Ventilsteuerglied-Rückstellfeder 17 drängt das Ventilsteuerglied 16 in die in 2a gezeigte zweite Schaltstellung, die einer Entspannungsstellung, in der die kombinierte Arbeits- und Abflussleitung 13 durch Herstellen der hydraulischen Verbindung A-T druckfrei mit einem Hydraulikflüssigkeitsreservoir 26 verbunden ist. Das Stellglied 24 wird durch eine Stellglied-Rückstellfeder 25 in die in 2a gezeigte Schließstellung gedrängt und eine über das Stellglied 24 geschaltete Kupplung 3 wird so dauerhaft und ohne zusätzlichen energetischen Aufwand stabil in einem geschlossenen bzw. eingerückten Zustand gehalten.
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Die Sperre 22 befindet sich in einer Freigabestellung, in der sie eine Bewegung des Stellglieds 24 nicht blockiert. Gleichwohl ist die Sperre 22 über eine Steuermechanismus-Rückstellfeder 21, die über den Steuermechanismus 20 eine Rückstellkraft auf die in den Steuermechanismus 20 eingreifende Sperre 22 ausübt, radial bzw. seitlich und unter hinreichender Vorspannung gegen das Stellglied 24 angestellt, ohne jedoch in einer Weise mit diesem in Eingriff zu stehen, die ein Blockieren einer Stellgliedbewegung ermöglichen würde. Das Anstellen der Sperre 22 gegen das Stellglied 24 unter Vorspannung bewirkt, dass bei einer nachfolgend noch zu erläuternden Verschiebung des Stellglieds 24 die Sperre 22 prozesssicher mit dem Stellglied 24 in Eingriff gerät und eine Fehlfunktion sicher vermieden ist.
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Der Steuermechanismus 20 umfasst einen beweglichen Blockierkörper 28 sowie ein Anstellelement 23. In 2a ist der Blockierkörper 28 beispielhaft von einer Kugel gebildet, die sich zwischen dem unteren Ende des Ventilsteuerglieds 16 und einem mit der Sperre 22 in Verbindung stehenden Anstellelement 23 befindet. Durch die in der Freigabestellung befindliche Sperre 22 ist das mit der Sperre 22 verbundene Anstellelement 23 in eine Position verschwenkt, in der es keinen Druck auf den Blockierkörper 28 ausübt, so dass der Blockierkörper 28 weitgehend kräftefrei zwischen dem Anstellelement 23 und einem unteren, eine Einschnürung aufweisenden Ende des Ventilsteuerglieds 16 innerhalb eines zum Steuermechanismus 20 gehörenden Steuerkörpers 19 gehalten ist.
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Die Steuermechanismus-Rückstellfeder 21 und/oder ein Anstellelement 23, das in 2a-2e beispielhaft in Form einer an der Sperre 22 angeordneten Blattfeder ausgebildet ist und sich in dieser Stellung der Sperre 22 gegen das Ventilgehäuse 33 abstützt, drängen den Sperrklinkenkopf gegen das Stellglied 24 und gewährleisten so die vorstehend beschriebene Anstellung der Sperre 22 gegen das Stellglied 24.
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In dem in 2a gezeigten Zustand kann das Fahrzeug dauerhaft im 4WD-Modus betrieben werden, während das Kupplungsbetätigungssystem druckfrei in einem stabilen Zustand gehalten ist und keinen diesen Zustand haltenden energetischen Aufwand erfordert.
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In 2b wurde im Vergleich zu 2a die Aktuatorik des Betätigungselements 10 durch Bestromen des Elektromagneten 18 angesteuert. Das Ventilsteuerglied 16 wurde aus der in 2a gezeigten zweiten Schaltstellung (Entspannungsstellung) in eine erste Schaltrichtung gegen die Rückstellfeder 17 in die in 2b gezeigte erste Schaltstellung (Druckaufbaustellung) angezogen. Die nun durchgängig geschaltete hydraulische Verbindung P-A wird über die Hydraulikpumpe 12 mit Hydraulikdruck beaufschlagt und die Leitung 13 fungiert als Arbeitsleitung, über die der Hydraulikdruck dem Kupplungsaktuator 11 zugeführt wurde. Infolge der Druckbeaufschlagung des Kupplungsaktuators 11 wurde das Stellglied 24 aus der in 2a gezeigten „Connect“-Position in eine Kupplungsöffnungsrichtung bzw. Ausrückrichtung nach links in die in 2b gezeigte „Disconnect“-Position verschoben. Infolge dieser Öffnungs- bzw. Ausrückbewegung wurde die Kupplung 3, auf die das Kupplungsbetätigungssystem einwirkt, geöffnet bzw. ausgerückt und somit der „Disconnect“-Vorgang vollzogen.
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Durch das Verschieben des Stellglieds 24 kann die gegen das Stellglied 24 angestellte Sperre 22, die schwenkbar dem Gehäuse des Drucksteuerventils 14 angelenkt ist, die in 2b gezeigte Sperrstellung einnehmen, in der die Sperre 22 mit dem Stellglied 24 derart in Eingriff steht, dass die Sperre 22 einer Bewegung des Stellglieds 24 in die Kupplungsschließrichtung bzw. Einrückrichtung (in den Figuren nach rechts in Richtung der „Connect“-Position aus 2a), wirksam entgegenwirken bzw. eine solche Bewegung blockieren kann. Infolge der Bewegung des Stellglieds 24 fällt die Sperre 22, die in 2a über den Steuerkörper 19 insbesondere durch die Rückstellfeder 21 noch gegen die radiale Erweiterung des Stellglieds 24 angestellt war, hinter eine am Stellglied 24 vorgesehene Rastkante 27 zurück, um diese zu hintergreifen.
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2c verdeutlicht, dass dem anhand von 2b erläuterten „Disconnect“-Vorgang noch eine sich der Verschiebung des Stellglieds 24 in die in 2b gezeigte „Disconnect“-Stellung (Schließ- bzw. Ausrückstellung der Kupplung 3) anschließende und über diese Stellung hinausgehende Bewegung des Stellglieds 24 in eine Bremsstellung folgen kann. Das Stellglied 24 wird hierzu nach Erreichen der „Disconnect“-Stellung in eine Bremsstellung überdrückt.
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Werden, nun bezugnehmend auf 1, sowohl die an der Power-Takeoff-Unit (PTU) 1 als auch die an der Rear-Drive-Unit (RDU) 2 vorgesehenen Kupplungen 3 geöffnet, ist der zwischen diesen beiden Kupplungen 3 liegende Antriebsstrangabschnitt mit seinen Sekundärantriebsgliedern 5 sowohl von den Sekundärantriebsrädern 6 als auch von den Primärantriebsgliedern 4 entkoppelt und kann vollständig stillgelegt werden, da keine Leistung mehr über diesen Antriebsstrangabschnitt übertragen werden kann. Da innerhalb eines derartig stillgelegten Antriebsstrangabschnitts insbesondere unmittelbar nach dem Betreiben des Fahrzeugs in einem „Connect“-Zustand Sekundärantriebsglieder 5 nachlaufen und außerdem Verlustleistung verursachende Effekte auftreten können, ist die Bremsstellung dazu vorgesehen, durch Ausüben einer Bremskraft auf wenigstens ein Sekundärantriebsglied 5 die ganze Kette der miteinander verbundenen Sekundärantriebsglieder 5, die zwischen den Kupplungen 3 angeordnet sind, abzubremsen. So kann etwaigen nachteiligen Nachlaufphänomenen nach Abschalten des Sekundärantriebsstrangs („Disconnect“-Zustand) entgegengewirkt werden.
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Das Kupplungsbetätigungssystem ist bei einem derartigen Antriebsstrang (1) insbesondere auch derart ausgestaltet, dass die Hydraulikpumpe 12 für einen „Connect“ oder „Disconnect“-Vorgang mit den stillzulegenden Sekundärantriebsstrangkomponenten gekoppelt und von diesen angetrieben wird. Dies hat den Vorteil, dass sich im Falle eines „Disconnect“-Vorgangs und des anschließenden Abbremsvorgangs eben dieser Sekundärantriebsstrangkomponenten die Hydraulikpumpe 12 zusammen mit den abzubremsenden Sekundärantriebsstrangkomponenten selbst abbremst und damit ihre eigene Stilllegung für den Betrieb des Fahrzeugs „Disconnect“-Modus unterstützt.
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Bei der in 2d gezeigten Stellung befindet sich das Fahrzeug nun im „Disconnect“-Zustand und kann dauerhaft und bei druckfreiem Kupplungsbetätigungssystem ohne weitere Energiezufuhr im 2WD-Modus betrieben werden. Der Elektromagnet 18 ist nicht mehr bestromt, das Ventilsteuerglied 16 ist durch die Rückstellfeder 17 in die zweite Schaltstellung zurückgedrängt worden und hat wieder die hydraulische Verbindung A-T durchgängig geschaltet. Der zuvor noch im Kupplungsaktuator 11 befindliche Hydraulikdruck wurde über die nun als Abflussleitung fungierende kombinierte Arbeits- und Abflussleitung 13 in das Hydraulikflüssigkeitsreservoir 26 entspannt.
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Die Sperre 22 steht im „Disconnect“-Zustand im Gegensatz zum druckfreien „Connect“-Zustand (2a) bedingt durch den vorangegangenen „Disconnect“-Vorgang in einer Sperrstellung und blockiert eine Bewegung des Stellglieds 24 in die Kupplungsschließrichtung (in den Figuren nach rechts) gegen die in diese Richtung drängende Stellglied-Rückstellfeder 25, so dass der „Disconnect“-Zustand auch bei druckfreiem Kupplungsbetätigungssystem und dauerhaft ohne zusätzlichen Energieaufwand gehalten werden kann.
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Mit Blick auf den Steuermechanismus 20 und den hiervon umfassten Steuerkörper 19 ist ersichtlich, dass der Steuerkörper 19 infolge der in die Sperrstellung gesprungenen Sperre 22 und infolge der auf den Steuerkörper 19 über die Steuermechanismus-Rückstellfeder 21 wirkenden Rückstellkraft nach unten gedrängt wurde. Infolge dieser Sperren-Verlagerung wurde das Anstellelement 23 aufgerichtet und drängt nun den Blockierkörper 28 im Bereich der unteren Einschnürung gegen das Ventilsteuerglied 16, so dass dieses bei einem nachfolgenden erneuten Anziehen des Ventilsteuerglieds 16 mit diesem in Eingriff steht, so dass der Steuerkörper 19 der Bewegung des Ventilsteuerglieds 16 folgen wird.
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Das Anstellelement 23 kann von einer Blattfeder oder einem ähnlich ausgebildeten Federelement gebildet sein, die oder das derart auf die innerhalb des Steuermechanismus 20 wirkenden Kräfte abgestimmt ist, dass der Blockierkörper 28 einerseits mit hinreichender Kraft gegen das Ventilsteuerglied 16 im Bereich der Einschnürung angestellt ist, andererseits aber gewährleistet ist, dass das über das Anstellelement 23 auf die Sperre 22 ausgeübte Rückstellmoment, dass die Sperre 22 in die Freigabestellung drängt, so klein ist, dass die Sperrfunktion der Sperre 22 nicht gefährdet ist.
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Soll nun wieder der „Connect“-Zustand hergestellt werden, wird die Aktuatorik des Betätigungselements 10 wieder betätigt (2e). Das Ventilsteuerglied 16 wird erneut gegen die Rückstellkraft der Ventilsteuerglied-Rückstellfeder 17 in die erste Schaltrichtung auf die erste Schaltstellung P-A zubewegt. Dadurch, dass der Blockierkörper 28 durch das Anstellelement 23 gegen die Einschnürung am unteren Ende des Ventilsteuerglieds 16 angestellt ist, wird der Blockierkörper 28 durch das sich nach oben in die erste Schaltrichtung bewegende Ventilsteuerglied 16 mitgenommen und gerät mit einem im Steuerkörper 19 vorgesehenen, nur in eine Richtung wirkenden Mitnahmeanschlag 29 in Kontakt. Dabei sorgt die der Einschnürung folgende Erweiterung des unteren Teils des Ventilsteuerglieds 16 dafür, dass der Blockierkörper 28 nicht in der noch in 2d gezeigten unteren Position verweilen kann. Zwischen dem unteren Ende des Ventilsteuerglieds 16 und dem Steuerkörper 19 entsteht so ein formschlüssiger Eingriff.
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Die das Ventilsteuerglied 16 in die erste Schaltstellung (Druckaufbaustellung) drängende Aktuatorik des Betätigungselements 10 sorgt im Zusammenspiel mit dem über den Blockierkörper 28 gewährleisteten Eingriff zwischen Steuerkörper 19 und Ventilsteuerglied 16 zum einen dafür, dass der Steuerkörper 19 dem in die erste Schaltrichtung drängenden Ventilsteuerglied 16 nur solange folgt, bis der Steuerkörper 19 an einer weiteren Bewegung in die erste Schaltrichtung durch einen Hubbegrenzungsanschlag gehindert ist (Blockierstellung). Sobald der Steuerkörper 19 an einer weiteren Bewegung gehindert ist, etwa indem der Steuerkörper 19, wie in 2e gezeigt, durch die Begrenzung einer bevorzugt im Gehäuse des Drucksteuerventils 14 integrierten Steuerkörperaufnahme 30 blockiert ist, blockiert der Steuerkörper 19 über den Blockierkörper 28 auch die weitere Bewegung des Ventilsteuerglieds 16, so dass das Ventilsteuerglied 16 die erste Schaltstellung (Druckaufbaustellung mit hydraulischer Verbindung P-A) infolge der durch den Hubbegrenzungsanschlag gewährleisteten Hubbegrenzung nicht erreichen kann, sondern in der Blockierstellung (Zwischenstellung zwischen Druckaufbaustellung und Entspannungsstellung) verweilt, in der nach wie vor die in der zweiten Schaltstellung (Entspannungsstellung) gewährleistete hydraulischen Verbindung A-T durchgängig ist.
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Zum anderen zieht der über den Blockierkörper 28 mit dem Ventilsteuerglied 16 in Eingriff stehende den Steuerkörper 19 die Sperre 22 aus der Sperrstellung heraus in die Freigabestellung. In dem Moment, in dem die Sperre 22 die Freigabestellung erreicht, ist die zuvor durch die Sperre 22 gewährleistete Blockade des Stellglieds 24 in der „Disconnect“-Stellung aufgehoben und die in der Stellglied-Rückstellfeder 25 gespeicherte potentielle Energie steht ohne jegliche zeitliche Verzögerung in voller Höhe zur Verfügung, um das Stellglied 24 aus der „Disconnect“-Stellung in die „Connect“-Stellung zu drängen.
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Dadurch, dass die mittels des Blockierkörpers 28 gewährleistete Blockade des Ventilsteuerglieds 16 nicht nur das Erreichen der Druckaufbaustellung verhindert, sondern außerdem die auch in der Entspannungsstellung bestehende hydraulische Verbindung A-T aufrechterhält, kann die in dem Kupplungsaktuator 11 und der Hydraulikleitung 13 selbst befindliche Hydraulikflüssigkeit ungehindert über die nun als Abflussleitung fungierende kombinierte Arbeits- und Abflussleitung 13 getrieben durch die Stellglied-Rückstellfeder 25 in das Reservoir 26 abfließen.
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Wird nun die Ansteuerung der Aktuatorik des Betätigungselements 10 unterbrochen, die Bestromung des Elektromagneten 18 also eingestellt, wird das Ventilsteuerglied 16 durch die Ventilsteuerglied-Rückstellfeder 17 und der Steuermechanismus 20 durch die Steuermechanismus-Rückstellfeder 21 wieder in die in 2a gezeigte Position gedrängt. Der „Connect“-Zustand ist wieder hergestellt.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass das Ventilsteuerglied 16 über den Steuermechanismus 20 mit der Sperre 22 derart zusammenwirkt, dass abhängig davon, ob sich die Sperre 22 in der Sperrstellung oder in der Freigabestellung befindet, eine Bewegung des Ventilsteuerglieds 16 in die erste Schaltrichtung entweder bis zum Erreichen der ersten Schaltstellung erfolgt oder aber eine solche Bewegung vor Erreichen der ersten Schaltstellung mittels des Steuermechanismus 20 unter gleichzeitiger Betätigung der Sperre 22 und unter Aufrechterhaltung der Durchgängigkeit der auch in der zweiten Schaltstellung durchgängig geschalteten Verbindung A-T blockiert ist.
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In dem mittels der 2a-2e erläuterten Ausführungsbeispiel ist das Ventilsteuerglied 16 über die Ventilsteuerglied-Rückstellfeder 17 derart beaufschlagt, dass die Ventilsteuerglied-Rückstellfeder 17 das Ventilsteuerglied 16 in die Entspannungsstellung drängt. Weiter ist der Steuermechanismus 20 bzw. der Steuerkörper 19 über die Steuermechanismus-Rückstellfeder 21 derart beaufschlagt, dass die Steuermechanismus-Rückstellfeder 21 den Steuermechanismus 20 bzw. den Steuerkörper 19 in eine die Sperre 22 in die Sperrstellung drängende Richtung drängt. Schließlich ist das Stellglied 24 mittels der Stellglied-Rückstellfeder 25 derart beaufschlagt, dass die Stellglied-Rückstellfeder 25 das Stellglied 24 in die Kupplungsschließrichtung, also in Richtung der „Connect“-Stellung drängt.
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Diese Art der Ausrichtung der durch die Rückstellfedern gewährleisteten Vorspannungen hat sich für das in 1 gezeigte Antriebsstrangkonzept als vorteilhaft erwiesen, gleichwohl sei aber angemerkt, dass diese Rückstellfederausrichtungen nicht notwendigerweise immer genau so vorgesehen sein müssen. Sofern Anwendungsfälle eine andere Ausrichtung der Rückstellfedern erfordern oder sogar auf die ein oder andere Rückstellfeder verzichtet werden kann, weil die in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel von einer Rückstellfeder übernommene Funktion etwa von einer separat anzusteuernden Aktuatorik übernommen werden soll, wird der Gegenstand der Erfindung nicht verlassen.
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Weiter kann entgegen der in den vorstehenden Figuren gezeigten Ausführungsvariante insbesondere auch vorgesehen sein, dass das Drucksteuerventil 14 sich bei nicht angesteuerter Aktuatorik, beispielsweise bei nicht bestromtem Elektromagneten 18, in der ersten Schaltstellung (Druckaufbaustellung) befindet und eine Bewegung des Ventilsteuerglieds 16 aus der Druckaufbaustellung heraus in die zweite Schaltrichtung entweder bis zum Erreichen der zweiten Schaltstellung (Entspannungsstellung) erfolgt oder vor Erreichen der zweiten Schaltstellung mittels des Steuermechanismus 20 unter gleichzeitiger Betätigung der Sperre 22 blockiert ist.
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Die Funktionalität der Kopplung von Ventilsteuerglied 16, Sperre 22 und Steuermechanismus 20 lässt sich auf verschiedene Anwendungsfälle übertragen. Insbesondere kommen Anwendungsfälle in Betracht, bei denen ein Kupplungsbetätigungssystem eine Kupplung 3 dauerhaft und ohne energetischen Aufwand in einer von zwei Schaltstellungen halten soll und der Wechsel zwischen den Schaltzuständen in die eine Richtung hydraulisch und in die andere Richtung mechanisch getrieben erfolgen soll, gegebenenfalls jeweils ausgelöst bzw. initiiert durch die Ansteuerung der Aktuatorik des Betätigungselements.
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In den 2a-2e ist zwischen der von der Hydraulikpumpe 12 zum Druckanschluss P des Betätigungselements 10 und der vom Tankanschluss T zum Reservoir 26 führenden Leitungen noch eine mit einem Druckbegrenzungsventil 31 versehene Verbindungsleitung 32 vorgesehen. Eine derartige Verbindungsleitung 32 ermöglicht es durch entsprechende Auslegung des Druckbegrenzungsventils 31, dass ein sich in bestimmten Übergangszuständen innerhalb der Druckleitung aufbauender Druck einen für das System definierten maximalen Druckschwellwert nicht übersteigen kann. Die Verbindungsleitung 32 kann auch zwischen der von der Hydraulikpumpe 12 zum Druckanschluss P des Betätigungselements 10 befindlichen Druckleitung und der zwischen Anschlüssen A und dem Kupplungsaktuator 11 befindlichen kombinierten Arbeits- oder Ablassleitung 13 vorgesehen sein.
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Die Verbindungsleitung 32 ermöglicht es ferner, eine Hydraulikpumpe 12 zu verwenden, die dauerhaft mit dem Antriebsstrang in einer Antriebsverbindung steht, so dass in Schaltzuständen, in denen die hydraulische Verbindung P-A nicht durchgängig geschaltet ist, sich nicht benötigter Hydraulikdruck über die Verbindungsleitung 32 abbauen kann. Gleichwohl gehen mit einer solchen Ausgestaltung energetische Nachteile einher, so dass bevorzugt ist, dass die Hydraulikpumpe 12 nicht dauerhaft angetrieben ist. Insbesondere wenn die Hydraulikpumpe 12 über Antriebsglieder des Antriebsstrangs angetrieben ist, kann eine schaltbare Kopplungseinrichtung vorgesehen sein, die die Hydraulikpumpe 12 bedarfsgesteuert bei bestehendem Druckbedarf mit den Antriebsgliedern koppelt oder bei nicht bestehendem Druckbedarf entkoppelt, oder es kann ein vom Antriebsstrang separater Antrieb vorgesehen sein, etwa ein nur im Bedarfsfall angesteuerter elektromotorischer Pumpenantrieb.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die Sperrenbetätigung bzw. die Kopplung zwischen Ventilsteuerglied 16 auf der einen Seite und der Sperre 22 auf der anderen Seite unter Zwischenschaltung des Steuermechanismus bevorzugt rein mechanisch erfolgt.
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Eine zu der in den 2a-2e gezeigte alternative Ausführungsform ist in den 3a-3e gezeigt. Bei der nachfolgenden Beschreibung der in den 3a-3e gezeigten Ausführungsform wird weitgehend ausschließlich auf die sich gegenüber der in den 2a-2e gezeigten Ausführungsform bestehenden Unterschiede eingegangen. Die 2a/3a bis 2e/3e zeigen jeweils denselben Schaltzustand, so dass sich die vorausgegangenen Beschreibungen zu den jeweiligen 2a-2e auf die korrespondierenden 3a-3e weitgehend übertragen lassen. Bezugszeichen für funktionsgleiche Bauteile werden beibehalten.
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Im Unterschied zu der in 2a-2e gezeigten Ausführungsform weist die in den 3a-3e gezeigte Ausführungsform eine Sperre 22 auf, die als Rastvorsprung unmittelbar an dem axial verschieblichen Steuerkörper 19 ausgebildet ist. Hierdurch entfällt eine relativ zum Steuerkörper 19 beweglich gelagerte und mit diesem formschlüssig in Eingriff sehende Sperrklinke.
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Die durch die Stellglied-Rückstellfeder 25 auf das Stellglied 24 ausgeübte Rückstellkraft wird von dem Rastvorsprung aufgenommen und über den Steuerkörper 19 auf das Ventilgehäuse 33 weitergeleitet. Die Querkraftaufnahmefähigkeit dieser Ausführungsform ist gegenüber der in den 2a-2e gezeigten Ausführungsform gesteigert und die Gefahr einer ungewollten Entriegelung ist minimiert, da - anders als eine Sperrklinkenbewegung in den in 2b und 2c gezeigten Schaltzuständen - eine von einer axialen Steuerkörperverschiebung unabhängige Bewegung des Rastvorsprungs aus der Blockierstellung heraus ausgeschlossen ist.
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Ein weiterer Unterschied der in 3a-3e gezeigten Ausführungsform gegenüber der in den 2a-2e gezeigten Ausführungsform stellt die Ausgestaltung des Ventilsteuerglieds 16 sowie die Anzahl und Anordnung der im Ventilsteuergehäuse 33 vorgesehenen Öffnungen für die durch Verschiebung des Ventilsteuerglieds 16 herzustellenden hydraulischen Verbindungen P-A oder A-T dar. Während bei der Ausführungsform gemäß 2a-2e zwei Anschlüsse A vorgesehen sind, ist bei der Ausführungsform gemäß 3a-3e lediglich ein Anschluss A vorgesehen. Die Anschlüsse P, A und T sind derart versetzt angeordnet ist, so dass infolge einer axialen Verschiebung des Ventilsteuerglieds 16 das Betätigungselement 10 entweder die Stellung P-A einnimmt (3b und 3c) oder aber die Stellung A-T (3a, 3d und 3e).
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Die genaue Ausgestaltung des bei der Ausführungsform gemäß den 3a-3e zum Einsatz kommenden Anstellelements 23 lässt sich insbesondere 4 entnehmen.
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Das ringförmige Anstellelement 23 bildet ein kreisförmiges, dünnwandiges Band, bevorzugt aus Blech, an dessen nach unten weisenden Ende nach außen gerichtete Eingriffselemente 35 vorgesehen sind, die im eingebauten Zustand in eine am Ventilgehäuse 33 vorgesehene Haltenut 34 rastend eingreifen. Radial nach innen gerichtete Anstellvorsprünge 36, die für die Anstellung der Blockierkörper 28 sorgen (Schaltstellung nach 3d), sind aus dem Band ausgeklinkt. Das Band selbst fungiert außerdem als Wälzkörperkäfig, indem es Wälzkörper 37, die bei einer axialen Verschiebung des Ventilsteuerglieds 16 reibungsmindernd zwischen Ventilgehäuse 33 und Steuerkörper 19 wirken, in Position hält.
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Anders als das Anstellelement 23, das bei der Ausführungsform gemäß den 2a-2e zum Einsatz kommt, ist das Anstellelement 23 bei der Ausführungsform nach 3a-3e gegenüber dem Ventilgehäuse 33 nicht beweglich.
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Bei der in 3d gezeigten Stellung befindet sich der Steuerkörper 19 in der Sperrstellung und daher in einer relativ zum Ventilgehäuse 33 abgesenkten Position, in der die Anstellvorsprünge 36 die Blockierkörper 28 gegen das Ventilsteuerglied 16 derart anstellen, dass dieses dann, wenn es durch die Bestromung des Elektromagneten 18 angezogen wird, den Steuerkörper 19 mitnimmt. Die Blockierkörper 28 blockieren hierzu die axiale Verschieblichkeit des Ventilsteuerglieds 16 relativ zu dem Steuerkörper 19 beim Anziehen des Ventilsteuerglieds 16 gegen die Vorspannkraft der Rückstellfeder 17. Beim Übergang von der in 3d zu der in 3e gezeigten Stellung wird der Steuerkörper 19 aus der Sperrstellung in die Freigabestellung überführt. Während dieses Vorgangs ist die hydraulische Verbindung A-T durchgehend offen (Entspannungsstellung), so dass die Rückstellfeder 25 das Stellglied 24 unter Verdrängung der Hydraulikflüssigkeit nach rechts zu drücken vermag. Der über die Blockierkörper 28 mit dem Ventilsteuerglied 16 in Eingriff stehende Steuerkörper 19 verhindert dabei das Zustandekommen der hydraulischen Verbindung P-A, in dem der Steuerkörper 19 innerhalb des Ventilgehäuses 33 mit diesem in Anlage kommt und eine weitere Verschiebung des Ventilsteuerglieds 16 blockiert.
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Beim Übergang von der in 3e gezeigten Stellung zu der in 3a gezeigten Stellung wird die Bestromung des Elektromagneten 18 unterbrochen, die Rückstellfeder 17 entspannt und das Ventilsteuerglied 16 wandert nach unten, während der Steuerkörper 19 durch das Aufliegen auf einem radial erweiterten Bereich des Stellglieds 24 in einer gegenüber der in 3d gezeigten abgesenkten Position in einer erhöhten Position verharrt. Hierdurch nehmen die Blockierkörper 28 innerhalb des Steuerkörpers 19 eine zurückgezogene Position ein, in der sie die Bewegung des Ventilsteuerglieds 16 in die in 3a gezeigte Position nicht behindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Power-Takeoff-Unit (PTU)
- 2
- Rear-Drive-Unit (RDU)
- 3
- Kupplung
- 4
- Primärantriebsglieder
- 5
- Sekundärantriebsglieder
- 6
- Sekundärantriebsräder
- 10
- Betätigungselement
- 11
- Kupplungsaktuator
- 12
- Hydraulikpumpe
- 13
- kombinierte Arbeits- und Abflussleitung
- 14
- Drucksteuerventil
- 16
- Ventilsteuerglied
- 17
- Ventilsteuerglied-Rückstellfeder
- 18
- Elektromagnet
- 19
- Steuerkörper
- 20
- Steuermechanismus
- 21
- Steuermechanismus-Rückstellfeder
- 22
- Sperre
- 23
- Anstellelement
- 24
- Stellglied
- 25
- Stellglied-Rückstellfeder
- 26
- Hydraulikflüssigkeitsreservoir
- 27
- Rastkante
- 28
- Blockierkörper
- 29
- Mitnahmeanschlag
- 30
- Steuerkörperaufnahme
- 31
- Druckbegrenzungsventil
- 32
- Verbindungsleitung
- 33
- Ventilgehäuse
- 34
- Haltenut
- 35
- Eingriffselemente
- 36
- Anstellvorsprünge
- 37
- Wälzkörper
