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Die Erfindung betrifft einen Kupplungsaktor mit einem Ausrücklager, das einen zum Kontaktieren der Kupplung angepassten Außenring und einen Innenring aufweist, und mit einem radial innerhalb des Ausrücklagers hydraulisch axial verfahrbaren Kolben, sowie mit einem den Kolben radial fixierenden Haltering. Solch ein gattungsgemäßer Kupplungsaktor ist selbstredend auch zur Aktuierung einer anderen Einheit, wie einer Bremseinheit, einsetzbar.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Montieren eines solchen Kupplungsaktors.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Kupplungsaktoren zur Betätigung einer Kupplung bekannt. Diese weisen ein Ausrücklager auf, welches die Schnittstelle zwischen dem Kupplungsaktor und der zu betätigenden Kupplung darstellt. Folglich ist das Ausrücklager einer Vielzahl an Belastungen ausgesetzt. So hat es eine Flächenpressung hervorzurufen, welche ausreichend groß ist, um den Reibkraftschluss der Kupplung hervorzurufen. Weiterhin ist die Kupplung gewissen Schwankungen und Drehungleichförmigkeiten, die von Seiten des Motors übertragen werden, ausgesetzt, welche somit auf das Ausrücklager und den Kupplungsaktuator übertragen werden. Dies führt zumindest temporär zu einer in der Umfangsrichtung des Ausrücklagers ungleichmäßigen Belastung, welche sich auf den Kupplungsaktuator überträgt.
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Konkret offenbart die deutsche Patentanmeldung
DE10 2016 220 457 A1 ein Ausrücklager für eine Kupplung, welches einen Innenring und einen Außenring aufweist, auf deren Innenringlaufbahn und Außenringlaufbahn in einem Käfig geführte kugelförmige Wälzkörper abrollen, wobei der Innenring mittels einer Verbindungshülse mit einem Betätigungskolben einer pneumatischen oder hydraulischen Betätigungsvorrichtung zum Ein- und Ausrücken der Kupplung gekoppelt ist, und bei dem ein radial einwärts gerichteter Kontaktflansch des Außenrings an Federzungen einer Kupplungsfeder der Kupplung anliegt. Hierbei ist die Verbindungshülse
10 einstückig ausgeführt.
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Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungsaktoren ist, dass sie Ungleichförmigkeiten von Seiten des Motors absorbieren, was ihre Zuverlässigkeit sowie Lebensdauer senkt.
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Aus der
DE 198 11 655 A1 ist ein Kupplungsaktor mit einem Ausrücklager bekannt, das einen zum Kontaktieren der Kupplung angepassten Außenring und einen Innenring aufweist. Der Kupplungsaktor umfasst des Weiteren einen innerhalb des Ausrücklagers hydraulisch axial verfahrbaren Kolben sowie einen den Kolben radial fixierenden Haltering, wobei zwischen dem Innenring und dem Haltering ein sich selbst ausrichtender Ring angeordnet ist, der an einer den Kolben kontaktierenden Ausrichtfläche eine konkave Oberfläche ausbildet.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Kupplungsaktor sowie ein Verfahren zu dessen Montage zu offenbaren, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik ausräumen oder zumindest mildern und insbesondere derart ausgestaltet sind, dass der Kupplungsaktor von auf das Ausrücklager übertragenen Drehungleichförmigkeiten entkoppelt ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Innenring und dem Haltering ein sich selbst ausrichtender Ring als die Drehungleichförmigkeiten aufnehmendes Zwischenaggregat angeordnet ist, wobei der Ring an einer den Kolben kontaktierenden Ausrichtfläche eine konkave Oberfläche ausbildet, wobei der Kolben an seinem der Kupplung zugewandten Ende eine konvexe Oberfläche ausbildet, die mit der konkaven Oberfläche der Ausrichtfläche in Kontakt steht und dass zwischen der konkaven Oberfläche der Ausrichtfläche und der konvexen Oberfläche des Kolbens ein Linienkontakt vorliegt, der mit einer Änderung der Schrägstellung zwischen dem Ausrücklager und dem Kolben seine Position verlagert.
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Somit ist einerseits eine zuverlässige Flächenpressung zwischen dem Ausrücklager und der Kupplung garantiert, während andererseits keine den Kupplungsaktor beeinträchtigenden Schwankungen über das Ausrücklager hinaus übertragen werden. Die konkave Oberfläche ermöglicht im Extremfall einen Linienkontakt zwischen dem Ring und dem Kolben. In der Praxis kann hier auch ein Flächenkontakt nach Art einer Hertzschen Pressung vorliegen.
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In anderen Worten ausgedrückt liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, anstelle eines Halterings zwischen dem Kolben und dem Ausrücklager einen sich selbst ausrichtenden Ring mit einer balligen Kugeloberfläche im Kupplungsaktuator vorzusehen. Der Kupplungsaktuator ist nach Art eines Nehmerzylinders (auch Concentric Slave Cylinder, kurz CSC genannt) ausgestaltet.
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Erfindungsgemäß lassen sich Schrägstellungen und Vibrationen, die von der Kupplung auf das Ausrücklager des Nehmerzylinders übertragen werden, besser ausgleichen. Außerdem wird der Abnutzungsgrad der Aktuatorkomponenten aufgrund einer verringerten Reibung reduziert.
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Das Verfahren zum Montieren löst die Aufgabe dadurch, dass zunächst der sich selbst ausrichtende Ring in das Ausrücklager geschoben wird, danach der Haltering aufgeschoben wird und anschließend der Kolben aufgeschoben wird, was eine zeiteffiziente und zuverlässige Montage ermöglicht.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es vorteilhaft, wenn der sich selbst ausrichtende Ring in der Axialrichtung des Kupplungsaktors kragenartig gestuft ausgeformt ist und die den Kolben kontaktierende Ausrichtfläche an einem der Kupplung abgewandten Abschnitt des sich selbst ausrichtenden Rings ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine kompakte Ausgestaltung des Kupplungsaktors unter Beibehaltung der vorstehend erwähnten Vorteile.
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Weiter bildet der Kolben an seinem der Kupplung zugewandten Ende eine konvexe Oberfläche ausbildet, die mit der konkaven Oberfläche der Ausrichtfläche in Kontakt steht und bevorzugt komplementär zu dieser ausgestaltet ist, um ein effizientes Kontaktieren nach Art eines Abrollens zu gewährleisten.
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In dieser Ausführungsform ist liegt zwischen der konkaven Oberfläche der Ausrichtfläche und der konvexen Oberfläche des Kolbens ein Linienkontakt vor, der mit einer Änderung der Schrägstellung zwischen dem Ausrücklagerund dem Kolben seine Position verlagert. Der Linienkontakt formt in der Praxis auch eine Hertzsche Pressung aus, wenn eine Belastung des Aktuators durch die Kupplung übertragen wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die konkave Oberfläche der Ausrichtfläche einen konstanten Radius auf, um eine sphärische Form anzunehmen. Somit ist das Abrollverhalten über den Abrollwinkel konstant.
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Besonders bevorzugt ist der konstante Radius der Ausrichtfläche größer als der (kleinste) Innenradius des Kolbens, welcher auf dem bzw. entlang des Kupplungsaktorgehäuse/s aufliegt. Dies ermöglicht ein robustes Abrollen der Ausrichtfläche, da der Ausrückweg ausreichend lange ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass Schrägstellungen, die dem Ausrücklager kupplungsseitig auferlegt werden, über ein gleichmäßiges Abrollen des Kolbens auf der konkaven Oberfläche der Ausrichtfläche abgefangen werden. Dies wird durch eine geeignete Materialwahl sowie die geometrische Abstimmung der einzelnen Komponenten aufeinander erreicht.
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Weiter bevorzugt ist radial außerhalb des sich selbst ausrichtenden Rings ein Stützring vorgesehen, der eine sich selbst zentrierende Feder abstützt, die den Innenring gegenüber dem Haltering vorspannt. So ist über die Anordnung einer zusätzlichen Komponente die zuverlässige Anordnung des Rings gewährleistet.
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Sobald der sich selbst ausrichtende Ring eine Federkontaktfläche aufweist, die eine den Kupplungsaktor vorspannende Spiralfeder aufnimmt, ist auf kompakte Art und Weise eine Vorspannung des Aktuators garantiert
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen anhand konkreter Ausführungsformen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kupplungsaktors;
- 2 eine vergrößerte Schnittansicht des sich selbst ausrichtenden Rings im montierten Zustand;
- 3a eine Schnittansicht des Kupplungsaktors in einem ersten Belastungszustand;
- 3b eine Schnittansicht des Kupplungsaktors in einem zweiten Belastungszustand;
- 4a eine vergrößerte Schnittansicht des Zustands aus 3a;
- 4b eine vergrößerte Schnittansicht des Zustands aus 3b;
- 5a eine erste perspektivische Ansicht des Kupplungsaktors;
- 5b eine zweite perspektivische Ansicht des Kupplungsaktors;
- 6 eine Explosionsansicht des teilgeschnittenen Kupplungsaktors;
- 7 eine perspektivische Schnittansicht des Kupplungsaktors;
- 8 eine perspektivische Explosionsansicht des Kupplungsaktors;
- 9 eine perspektivische Ansicht eines Kolbens, bevor er in ein Ausrücklager eingesetzt wird.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die Bezugszeichen können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt einen Kupplungsaktor 1 mit einem Ausrücklager 2. Das Ausrücklager 2 weist einen Außenring 3 und einen Innenring 4 auf, die durch einen Wälzkörper wirkverbunden sind. Der Kupplungsaktor 1 weist außerdem einen Kolben 5 auf, der hydraulisch axial verfahrbar ist. Der Kolben 5 ist von einem Haltering 6, etwa nach Art eines Halteblechs, radial in Position gehalten.
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Erfindungsgemäß ist zwischen dem Innenring 4 und dem Haltering 6 ein sich selbst ausrichtender Ring 7 angeordnet. Dieser formt nach radial innen gerichtet eine konkave Oberfläche aus, die als Ausrichtfläche 8 bezeichnet wird. Die konkav geformte Ausrichtfläche 8 ist mit einer konvex ausgeformten Kolbenfläche 9 des Kolbens 5 in Kontakt. Durch das Zusammenspiel aus konkaver Ausrichtfläche 8 und konvex ausgeformter Kolbenfläche 9 ist eine Schrägstellung des Ausrücklagers 2 gegenüber dem Kolben 5 durch eine Relativbewegung, etwa in Form eines Abrollens, des Kolbens 5 bzw. der konvex ausgeformten Kolbenfläche 9 an der Ausrichtfläche 8 kompensierbar.
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Im eingebauten Zustand des Kupplungsaktuators 1 ist eine Außenfläche 10 des Außenrings 3 des Ausrücklagers 2 mit einer Kupplung (nicht dargestellt) in Kontakt. Auf diese Weise kommen unvermeidbar aus dem Antriebsstrang resultierende Schrägstellungen des Ausrücklagers 2 aufgrund von Drehmomentungleichmäßigkeiten und Vibrationen zustande. Dadurch, dass der Kolben mit einem Kupplungsaktorgehäuse 11 nicht über eine zylindrische Fläche (wie im Stand der Technik), sondern über das Zusammenspiel aus konvexer und konkaver Oberfläche verbunden ist, werden die Schrägstellungen nicht an das Kupplungsaktorgehäuse 11 weitergegeben. Dies erhöht die Lebensdauer, sowie die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Kupplungsaktors 1. Die vorstehend erwähnten Schrägstellungen, die aus dem Betrieb der Kupplung resultieren, sind in 1 über den Winkel θ angedeutet.
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Weiterhin ist in 1 eine Spiralfeder 13 angedeutet, welche für eine ausreichende Vorspannung des Kupplungsaktuators sorgt.
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2 stellt das Zusammenspiel aus Kolben 5 und dem sich selbst ausrichtenden Ring 7 vergrößert da. Mit dem Bezugszeichen 12 ist ein konstanter Radius der Ausrichtfläche 8 angedeutet. Folglich weißt die Ausrichtfläche 8 eine ballige bzw. sphärische bzw. kugelartige Innenkontur auf. An dieser sphärischen Innenkontur rollt ein der Kupplung abgewandter Abschnitt des Kolbens 5, der die konvex ausgeformte Kolbenfläche 9 ausbildet, ab.
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Der sich selbst ausrichtende Ring 7 ist in vier Abschnitte unterteilbar. Ein erster Abschnitt 14 des sich selbst ausrichtenden Rings 7 ist an dem der Kupplung abgewandten Ende mit dem Innenring 4 des Ausrücklagers 2 in flächigem Kontakt. Auf derselben radialen Höhe ist der erste Abschnitt 14 an der der Kupplung abgewandten Seite dieses Endes mit einem Stützring 15 in flächigem Kontakt. Der Stützring 15 ist derart geschwungen, dass er über den ersten Abschnitt 14 des sich selbst ausrichtenden Rings 7 sowie über einen Außenabschnitt des Innenrings 4 gestülpt werden kann und dabei eine sich selbst zentrierende Feder 16, die nach Art einer Blattfeder ausgeformt ist, derart lagert, dass der Innenring 4 gegenüber dem sich selbst ausrichtenden Ring 7 positionsbestimmt ist. Der erste Abschnitt 14 des sich selbst ausrichtenden Rings 7 verläuft im Wesentlichen in radialer Richtung. Ein zweiter Abschnitt 17 verläuft in der Axialrichtung des Kupplungsaktors 1 und ermöglicht einen axialen Versatz durch den Ring 7. Ein dritter Abschnitt 18 verläuft wiederum in Radialrichtung. An seiner der Kupplung abgewandten Fläche ist er in flächigem Kontakt mit dem Haltering 6. Ein vierter Abschnitt 19 des sich selbst ausrichtenden Rings 7 schließt an den dritten Abschnitt 18 an und formt an seiner der Kupplung abgewandten Fläche die erfindungsgemäße Ausrichtfläche 8 aus. Mit diesen vier Abschnitten 14, 17, 18, 19 ist es möglich, in dem einzigen Bauteil des sich selbst ausrichtenden Rings 7 eine Vielzahl von Funktionen zu realisieren.
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In den beiden 3a und 3b sind zwei Betriebsstadien des Kupplungsaktors 1 dargestellt. 3a zeigt eine erste Schrägstellung, die von der Kupplung auf den Außenring 3 des Ausrücklagers 2 übertragen wird. Der hieraus folgende erste Versatz 20 bewirkt, dass der rotationssymmetrische Außenring 3 an einer ersten, vorliegend unteren Stelle in Umfangsrichtung eine axialversetzte Position einnimmt zu einer zweiten, vorliegend oben dargestellten Position in Umfangsrichtung. Der erste Versatz 20 ist durch eine Relativbewegung zwischen dem Kolben 5 bzw. der konvex ausgeformten Kolbenflächen 9 und der Ausrichtfläche 8 kompensiert. Folglich wird keine Verkippung auf den Kolben 5 übertragen.
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3b zeigt einen weiteren Betriebszustand. Hier tritt ein zweiter Versatz 21 auf. Dieser zieht dieselben Folgen wie der erste Versatz 20 nach sich, insofern, dass sich die konvex ausgeformte Kolbenfläche 9 gegenüber der Ausrichtfläche 8 abrollt oder sich zumindest verschiebt.
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In den beiden 4a und 4b ist vergrößert dargestellt, dass aus dem ersten Versatz 20 bzw. dem zweiten Versatz 21 keine Verkippung / Verdrehung des Kolbens 5 resultiert. 4a zeigt mit der Linie 22 angedeutet die Folgen des ersten Versatzes 20: Trotz des Auftretens des ersten Versatzes 20 ist eine Axiallinie 23 unverändert parallel zur Rotationsachse des Kupplungsaktors 1.
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Ebenso zeigt 4b eine zweite Linie 24, die die von dem zweiten Versatz 21 hervorgerufene Schrägstellung verdeutlicht. Auch in 4b ist die Axiallinie 23 trotz des zweiten Versatzes 21 in ihrer Ausrichtung unverändert.
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Die 5a und 5b stellen den Kupplungsaktor perspektivisch von einer vorderen, d.h. kupplungsseitigen Ansicht (5a) und einer hinteren, d.h. hydraulikversorgungsseitigen Ansicht (5b) dar. Es ist erkennbar, dass die Außenfläche 10 des Außenrings 3 radial außen abgerundet und mittig plan ausgestaltet ist, um eine effiziente Flächenanpressung an der Kupplung zu ermöglichen. In 5b ist der Haltering 6 erkennbar, welcher ein Herausfallen des Kolbens 5 verhindert.
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Die Zusammensetzung des Kupplungsaktors 1 ist in 6 in einer Teilschnittansicht dargestellt. Der linke Teil aus 6 zeigt das Ausrücklager 2, in das mithilfe des Stückrings 15 bereits der sich selbst ausrichtende Ring 7 eingesetzt wurde. Um als nächstes den sich selbst ausrichtenden Ring 7 zu fixieren, wird entlang des Pfeils P1 der Haltering 6 eingesetzt. Anschließend wird entlang des Pfeils P2 der Kolben 5 eingesetzt, welcher dann auf dem Kupplungsaktorgehäuse 11 (in 6 nicht dargestellt) aufliegt.
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Somit erhält man den in 7 zusammengebaut dargestellten Kupplungsaktor 1. Um den für die Funktion des Kupplungsaktors 1 erforderlichen Fluidraum zu erhalten, ist letztlich noch das in den 1 bis 3b dargestellte Kupplungsaktorgehäuse 11 erforderlich. Für das erfindungsgemäße Kontaktieren ist dieser Fluidraum nicht erforderlich. Zur Vermeidung von Wiederholungen sind die bereits beschriebenen Komponenten in einem Zusammenhang mit 7 nicht nochmals erläutert.
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8 stellt die drei Komponenten Ausrücklager 2, Haltering 6 und Kolben 5 in einer perspektivischen Ansicht da. Hierbei ist erkennbar, dass der Haltering 6 in Umfangsrichtung beabstandete, separat zueinander ausgeformte Halteabschnitte 25 ausgeformt. Diese halten den Kolben 5 sobald dieser eingesetzt ist, in der axialen Position gemäß dem vorstehend beschriebenen Funktionsprinzip.
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9 zeigt den Haltering 6, der in das Ausrücklager 2 eingesetzt ist, perspektivisch. Rechts in 9 ist der Kolben 5 dargestellt. Dieser formt die konvex ausgeformte Kolbenfläche 9 an dem der Kupplung zugewandten Abschnitt aus (wie vorstehend beschrieben). Die Krümmung der konvex ausgeformten Kolbenfläche 9 ist geringer als die Krümmung der konkaven Ausrichtfläche 8 des Rings 7. Dies ermöglicht ein effizientes Abrollen des Kolbens 5 auf dem sich selbst ausrichtenden Ring 7.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsaktor
- 2
- Ausrücklager
- 3
- Außenring
- 4
- Innenring
- 5
- Kolben
- 6
- Haltering
- 7
- sich selbst ausrichtender Ring
- 8
- Ausrichtfläche
- 9
- konvexausgeformte Kolbenfläche
- 10
- Außenfläche
- 11
- Kupplungsaktorgehäuse
- 12
- Radius
- 13
- Spiralfeder
- 14
- erster Abschnitt des sich selbst ausrichtenden Rings
- 15
- Stützring
- 16
- sich selbst zentrierende Feder
- 17
- zweiter Abschnitt des sich selbst ausrichtenden Rings
- 18
- dritter Abschnitt des sich selbst ausrichtenden Rings
- 19
- vierter Abschnitt des sich selbst ausrichtenden Rings
- 20
- erster Versatz
- 21
- zweiter Versatz
- 22
- erste Linie
- 23
- Axiallinie
- 24
- zweite Linie
- 25
- Halteabschnitt
- P1
- erster Pfeil
- P2
- zweiter Pfeil
