DE102018132633A1

DE102018132633A1 - Zentralausrücker zur pneumatischen Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zur Montage eines solchen Zentralausrückers

Info

Publication number: DE102018132633A1
Application number: DE102018132633.5A
Authority: DE
Inventors: Frank-Peter Klück; Tobias Schulz
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Zentralausrücker (2) zur pneumatischen Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, welcher ein ringzylindrisches, axial einseitig offenes Gehäuse (22) und einen darin axial verschiebbar angeordneten ringförmigen Ausrücklagerträger (32) aufweist, zwischen denen ein Druckraum (42) ausgebildet ist, bei dem der Ausrücklagerträger (32) ein Ausrücklager (44) trägt, welches an einer Kupplungsfeder (50) axial anliegt, bei dem zum Betätigen der Kupplung durch eine Beaufschlagung des Druckraumes (42) mit einem Druckfluid der Ausrücklagerträger (32) entgegen der Federkraft (F_k) der Kupplungsfeder (50) in Richtung zur Kupplungsfeder (50) axial verschiebbar angeordnet ist, und bei dem mindestens eine Vorspannfeder (17) vorhanden ist, welche den Ausrücklagerträger (32) in Richtung zur Kupplungsfeder (50) mit einer Federkraft (F_v') entgegen der Federkraft (F_k) der Kupplungsfeder (50) vorspannt. Hierbei ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse ein Ringkolben (4) axial verschiebbar angeordnet ist, welcher den Druckraum (42) in zwei Druckkammern (12, 14) druckdicht unterteilt, wobei eine erste Druckkammer (12) mit einem hydraulischen Fluid zur Erzeugung eines permanent an dem Ausrücklagerträger (32) anliegenden Vorspanndruckes (p_v) befüllbar ist, und wobei eine zweite Druckkammer (14) mit einem pneumatischen Druckfluid zum axialen Verschieben des Ringkolbens (4) in Wirkverbindung mit dem Ausrücklagerträger (32) zum Betätigen der Kupplung beaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zentralausrücker zur pneumatischen Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, welcher ein ringzylindrisches, axial einseitig offenes Gehäuse und einen darin axial verschiebbar angeordneten ringförmigen Ausrücklagerträger aufweist, zwischen denen ein Druckraum ausgebildet ist, bei dem der Ausrücklagerträger mit einem Ausrücklager verbunden ist, welches an einer Kupplungsfeder zur Verstellung derselben aus einer Nichtbetätigungsstellung in eine Betätigungsstellung axial anliegt, bei welchen die Kupplung geschlossen beziehungsweise geöffnet ist, bei dem zum Betätigen der Kupplung durch eine Beaufschlagung des Druckraumes mit einem Druckfluid der Ausrücklagerträger entgegen der Federkraft der Kupplungsfeder in Richtung zur Kupplungsfeder axial verschiebbar angeordnet ist, und bei dem mindestens eine Vorspannfeder vorhanden ist, welche den Ausrücklagerträger in Richtung zur Kupplungsfeder mit einer Federkraft entgegen der Federkraft der Kupplungsfeder vorspannt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines solchen Zentralausrückers.
Derartige Zentralausrücker dienen dazu eine Fahrzeugkupplung einzurücken beziehungsweise auszurücken, um hierdurch den Kraftschluss zwischen einer Antriebswelle einer Brennkraftmaschine und einer Getriebeeingangswelle eines Fahrzeuggetriebes herzustellen beziehungsweise zu unterbrechen. Ein solcher Zentralausrücker kann beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Lastkraftwagens angeordnet sein und mittels dessen Druckluftanlage betrieben werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Zentralausrücker zum Öffnen einer Fahrzeugkupplung vom Typ „Normal geschlossen“ handeln, die in der nichtbetätigten Stellung mittels einer Kupplungsfeder zugedrückt beziehungsweise geschlossen ist.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Zentralausrücker zur pneumatischen Betätigung von Kraftfahrzeugkupplungen bekannt. Bei einem solchen Zentralausrücker ist ein ringförmiger Ausrücklagerträger axial verschiebbar in einem axial einseitig offenen ringzylindrischen Gehäuse unter Schaffung eines Druckraums aufgenommen. Der Ausrücklagerträger weist einen kupplungsnahen Bereich auf, an dem das Ausrücklager angeordnet ist. Dessen drehbarer Lagerring ist mit einer beispielsweise als Membranfeder beziehungsweise Tellerfeder ausgebildeten Kupplungsfeder zur Verstellung derselben aus einer Nichtbetätigungsstellung in eine Betätigungsstellung in Kontakt. Zum Betätigen beziehungsweise Ausrücken der Kupplung wird der Druckraum mit Druckluft beaufschlagt, wodurch der Ausrücklagerträger entgegen der Federkraft der Kupplungsfeder in Richtung zur Kupplungsfeder einen axialen Hub ausführt.
Auf der dem kupplungsnahen Bereich axial gegenüberliegenden kupplungsfernen Seite des Ausrücklagerträgers ist der erwähnte Druckraum ausgebildet. In dem Druckraum ist üblicherweise ein Vorspannmittel in Form von wenigstens einer Schraubendruckfeder angeordnet. Diese Schraubendruckfeder liegt mit ihrem einen axialen Ende an dem Boden des Gehäuses sowie mit ihrem anderen axialen Ende an einem den Druckraum und den kupplungsnahem Bereich des Ausrücklagerträgers trennenden Boden des Ausrücklagerträgers an. Die Federkraft des Vorspannmittels ist so gewählt, dass dieses das Ausrücklager, in einem Kräftegleichgewicht mit der Federkraft der Kupplungsfeder, an die Kupplungsfeder in deren unbetätigten Stellung bei überdrucklosem Druckraum andrückt. Das Vorspannmittel sorgt also dafür, dass der Ausrücklagerträger im unbetätigten Zustand des Zentralausrückers an der Kupplungsfeder axial anliegt, ohne diese wegen des beschriebenen Kräftegleichgewichts in deren Kupplungsbetätigungsrichtung auszulenken.
Vielfach weisen derartige Zentralausrücker jedoch konstruktions- und/oder montagebedingt ein relativ großes Totraumvolumen auf. Dies führt zu einem unvorteilhaften Ansprech- und Betätigungsverhalten des Zentralausrückers. Beispielsweise kann es aufgrund vorgegebener Einbautoleranzen für die Montage des Zentralausrückers im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem automatisierten Getriebe notwendig beziehungsweise vorgegeben sein, eine Hublänge des Zentralausrückers vorzuhalten, welche einen eigentlich zum Ausrücken der Kupplung ausreichenden Betätigungshub erheblich übersteigt. Dadurch entsteht ein relativ großes Totraumvolumen innerhalb des Zentralausrückers. Die wenigstens eine Vorspannfeder ist dementsprechend lang dimensioniert. Dies hat einen nachteiligen Einfluss auf die Leistung des Zentralausrückers in Bezug auf die Ansprechzeit und die Schaltzeit der Kupplung. Durch ein großes Totraumvolumen erhöht sich zudem der Druckluftverbrauch zum Schalten der Kupplung. Durch häufige Schaltvorgänge der Kupplung, wie sie beispielsweise bei automatisierten Schaltgetrieben die Regel sind, kann sich in der Folge der Kraftstoffverbrauch merklich erhöhen.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Zentralausrücker vorzuschlagen, der ein schnelles Ansprechverhalten aufweist und günstig im Energieverbrauch ist. Insbesondere soll der Zentralausrücker flexibel an bauliche Gegebenheiten anpassbar sein und zugleich soll das bisher übliche Totraumvolumen weitgehend beseitigt sein. Insbesondere soll ein solcher Zentralausrücker für den Einsatz im Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem automatisierten Getriebe geeignet sein. Eine weitere Aufgabe bestand darin, ein Verfahren zur Montage eines solchen Zentralausrückers anzugeben, welches unabhängig von aufgrund baulicher Vorgaben unterschiedlicher Hublängen des Zentralausrückers ein geringes Totraumvolumen des Zentralausrückers gewährleistet.
Die Lösung dieser Aufgaben wird mit einem Zentralausrücker beziehungsweise einem Montageverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, dass bei Zentralausrückern, welche für pneumatisch betätigte Kupplungen an einem Getriebesystem wie einem automatisierten Getriebe eingesetzt werden, abhängig von dem jeweiligen Aufbau ein sehr großes funktionsloses Totraumvolumen im Zentralausrücker für einen möglichen Toleranzausgleich vorhanden sein kann, welches zu einem unvorteilhaften großen Betätigungshub führt. Eine effektive Toleranzkompensation kann bei der Montage des Zentralausrückers überraschenderweise durch die Ausbildung eines hydraulischen Bereiches in demselben erreicht werden, welcher durch einfache konstruktive Maßnahmen in den Zentralausrücker integriert wird. Dieser hydraulische Bereich wirkt als einstellbares Toleranzausgleichselement, welches lediglich einmal direkt bei der Montage an die baulichen Gegebenheiten angepasst wird. Das Totraumvolumen wird dadurch nahezu vollständig beseitigt und der Betätigungshub auf ein Minimum verkürzt, welches das Ansprechverhalten des Zentralausrückers entsprechend verbessert.
Die Erfindung geht daher aus von einem Zentralausrücker zur pneumatischen Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, welcher ein ringzylindrisches, axial einseitig offenes Gehäuse und einen darin axial verschiebbar angeordneten ringförmigen Ausrücklagerträger aufweist, zwischen denen ein Druckraum ausgebildet ist. Der Ausrücklagerträger ist mit einem Ausrücklager verbunden, welches an einer Kupplungsfeder zur Verstellung derselben aus einer Nichtbetätigungsstellung in eine Betätigungsstellung axial anliegt, bei welchen die Kupplung geschlossen beziehungsweise geöffnet ist. Zum Betätigen der Kupplung ist bei diesem Zentralausrücker der Ausrücklagerträger durch eine Beaufschlagung des Druckraumes mit einem Druckfluid entgegen der Federkraft der Kupplungsfeder in Richtung zur Kupplungsfeder axial verschiebbar. Zudem ist mindestens eine Vorspannfeder vorhanden, welche den Ausrücklagerträger in Richtung zur Kupplungsfeder mit einer Federkraft entgegen der Federkraft der Kupplungsfeder vorspannt.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe hinsichtlich der Schaffung eines Zentralausrückers sieht die Erfindung vor, dass in dem Gehäuse ein Ringkolben axial verschiebbar angeordnet ist, welcher den Druckraum in zwei Druckkammern unterteilt und diese druckdicht voneinander trennt, wobei eine erste, kupplungsnahe Druckkammer als eine Vorspanndruckkammer ausgebildet ist, welche mit einem hydraulischen Fluid zur Erzeugung eines permanent an dem Ausrücklagerträger anliegenden Vorspanndruckes befüllbar ist, und wobei eine zweite, kupplungsferne Druckkammer als eine Steuerdruckkammer ausgebildet ist, welche mit einem pneumatischen Druckfluid zum axialen Verschieben des Ringkolbens in Wirkverbindung mit dem Ausrücklagerträger zum Betätigen der Kupplung beaufschlagbar ist.
Durch die Erfindung ist ein Zentralausrücker geschaffen, der nahezu kein Totraumvolumen aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass der bisherige pneumatische Druckraum durch einen in dem Gehäuse axial verschiebbaren Ringkolben auf ein geringes Maß verkleinert wird, und der überwiegende Teil des bisherigen Druckraums in eine mit einem hydraulischen Fluid befüllbare und nach dem Befüllen hermetisch verschließbare Hydraulikkammer umgewandelt wird. Durch den Hydraulikdruck beziehungsweise das Hydraulikfluid in dieser Hydraulikkammer, beziehungsweise der ersten, kupplungsnahen Druckkammer, wird der Ringkolben in Richtung zu dem von dem Ringkolben abgetrennten Steuerdruckraum axial von der Kupplung weg verdrängt. Auf der axial gegenüberliegenden Seite drängt der Hydraulikdruck beziehungsweise das Hydraulikfluid den Ausrücklagerträger und damit das Ausrücklager permanent gegen die Kupplungsfeder.
Die Hydraulikkammer wirkt dadurch als eine Vorspanndruckkammer, derart, dass der hydraulische Vorspanndruck das Ausrücklager in einem Kräftegleichgewicht mit der Federkraft der Kupplungsfeder an diese Kupplungsfeder in deren unbetätigten Stellung bei überdruckloser Steuerdruckkammer drückt. Demnach sorgt der Vorspanndruck dafür, dass der Ausrücklagerträger im unbetätigten Zustand des Zentralausrückers an der Kupplungsfeder axial anliegt, ohne diese wegen des beschrieben Kräftegleichgewichtes in deren Kupplungsbetätigungsrichtung auszulenken.
Zum Betätigen beziehungsweise zum Ausrücken der Kupplung muss dann nur noch ein kurzer Betätigungshub auf den Ringkolben ausgeführt werden. Der Betätigungshub beziehungsweise die entsprechende Axialverschiebung des Ringkolbens in Richtung zur Kupplung wird durch die Druckbeaufschlagung der Steuerdruckkammer mit einer lediglich geringen Druckluftmenge erzeugt und über den Vorspanndruck in der ersten, kupplungsnahen Druckkammer unmittelbar auf den Ausrücklagerträger übertragen, wodurch dieser axial verschoben wird, so dass die Kupplungsfeder betätigt und die Kupplung ausrückt wird. Durch diese Anordnung wird ein sehr spontanes Ansprechverhalten und damit eine kurze Schaltzeit der Kupplung erreicht. Der geringe Druckluftverbrauch wirkt sich auch durch einen geringeren Kraftstoffverbrauch zum Betreiben der Druckluftanlage des Fahrzeugs vorteilhaft aus.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in der zweiten, kupplungsfernen Druckkammer zumindest eine Vorspannfeder angeordnet ist, dass diese Vorspannfeder mit ihrem einen axialen Ende an einem Gehäuseboden sowie mit ihrem anderen axialen Ende an einem die kupplungsferne zweite Druckkammer und die kupplungsnahe erste Druckkammer trennenden Boden des Ringkolbens anliegt, und dass die Federkraft dieser Vorspannfeder so gewählt ist, dass diese zusammen mit dem in der ersten Druckkammer herrschenden fluidischen Vorspanndruck das Ausrücklager in einem Kräftegleichgewicht mit der Federkraft der Kupplungsfeder an diese Kupplungsfeder in deren unbetätigten Stellung bei überdruckloser zweiter Druckkammer drückt, derart dass in der zweiten Druckkammer ein vorbestimmter axialer Abstand größer Null zwischen dem Boden des Ringkolbens und dem Gehäuseboden des Gehäuses vorhanden ist.
Demnach ist bevorzugt zumindest eine Vorspannfeder vorgesehen, welche verhindert, dass der Ringkolben beim Befüllen der ersten Druckkammer beziehungsweise des Vorspanndruckraums gegen den Boden des Gehäuses gedrückt wird. In dessen Folge bleibt ein geringes Totraumvolumen in der zweiten Druckkammer beziehungsweise im Steuerdruckraum erhalten. Der axial verschiebbare Ringkolben ist dadurch zur kupplungsnahen sowie zur kupplungsfernen Seite hin quasi angefedert gelagert. Im unbetätigten Zustand der Kupplung befindet sich der Ringkolben in einer definierten axialen Ausgangslage. Die zumindest eine Vorspannfeder ist im Vergleich zu Vorspannfedern herkömmlicher Zentralausrücker allerdings klein in ihrer axialen Länge und kann beispielsweise besonders platzsparend in einer Nut des Bodens des Ringkolbens angeordnet sein, wo sie sich zwischen dem Boden dieser Nut und dem Boden des Gehäuses innerhalb des Steuerdruckraums beziehungsweise der zweiten Druckkammer abstützt.
Gemäß anderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse eine radial innen angeordnete Gehäuseinnenwand aufweist, welche koaxial von einer radialen außen angeordneten Gehäuseaußenwand umgeben ist, dass der Ausrücklagerträger eine radial außen angeordnete Ausrücklagerträgeraußenringwand aufweist, dass der Ausrücklagerträger eine radial innen angeordnete hohlzylindrische Ausrücklagerträgerinnenringwand aufweist, dass der Ausrücklagerträger mittels eines ersten Dichtelements gegenüber der radialen Gehäuseinnenwand sowie mittels eines zweiten Dichtelements gegenüber der radialen Gehäuseaußenwand abgedichtet ist, und dass der Ringkolben mittels eines dritten Dichtelements gegenüber der radialen Gehäuseaußenwand sowie mittels eines vierten Dichtelements gegenüber der radialen Ausrücklagerträgerinnenringwand abgedichtet ist. Hierdurch sind die hydraulische Vorspanndruckkammer und die pneumatische Steuerdruckkammer einerseits gegeneinander und andererseits nach außen hermetisch dicht abgeschlossen.
Weiter kann vorgesehen sein, dass zur Gleitführung des Ausrücklagerträgers zwischen der radialen Ausrücklagerträgerinnenringwand und der radialen Gehäuseinnenwand mindestens ein erstes Führungselement und ein zweites Führungselement angeordnet sind, und dass zur Gleitführung des Ringkolbens zwischen dem Ringkolben und der radialen Gehäuseaußenwand mindestens ein drittes Führungselement angeordnet ist. Dadurch ist eine leichtgängige und zugleich verkippungssichere axiale Verschiebbarkeit des Ringkolbens sowie des Ausrücklagerträgers gewährleistet.
Um ein Einfüllen sowie Einsperren von Hydraulikfluid in der ersten, kupplungsnahen Druckkammer zu ermöglichen, ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Gehäuseaußenwand eine verschließbare Zuführungsöffnung zum Anschluss einer Hydraulikleitung aufweist, durch welche ein hydraulisches Fluid in die erste, kupplungsnahe Druckkammer leitbar ist.
Zur Einleitung von Druckluft in die zweite, kupplungsferne Druckkammer ist bevorzugt vorgesehen, dass der Gehäuseboden des Zentralausrückers eine Zuführungsöffnung zum Anschluss einer Pneumatikleitung aufweist, durch welche ein pneumatisches Fluid in diese zweite Druckkammer leitbar ist. Auch die Ableitung der Druckluft beim Schließen der Kupplung erfolgt vorzugsweise durch diese Öffnung.
Zur Montage eines erfindungsgemäßen Zentralausrückers ist ein besonderes Verfahren notwendig. Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Montage eines Zentralausrückers zur pneumatischen Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs.
Zur Lösung der verfahrensbezogenen Aufgabe sieht die Erfindung vor,

- dass der Zentralausrücker zunächst vorspanungsfrei in einen vorgegebenen Bauraum eingefügt und befestigt wird,
- dass anschließend eine als Vorspanndruckkammer ausgebildete erst Druckkammer, welche durch einen in einem Gehäuse des Zentralausrückers axial verschiebbar angeordneten Ringkolben und einen Boden des Ausrücklagerträgers begrenzt ist, mit einem hydraulischen Fluid über eine hydraulische Zuführungsöffnung befüllt wird, und zwar derart, dass in der unbetätigten Stellung der Kupplung ein Kräftegleichgewicht zwischen einem in der ersten Druckkammer herrschenden Vorspanndruck und der Federkraft der Kupplungsfeder eingestellt ist, und
- dass abschließend die erste Druckkammer gegenüber der hydraulischen Zuführungsöffnung druckdicht verschlossen wird.

Demnach wird im zusammengebauten Zustand des Zentralausrückers die Vorspanndruckkammer beziehungsweise die erste Druckkammer mit Hydraulikfluid gefüllt, bis die axiale Länge des kompletten Zentralausrückers in den vorgesehenen Bauraum eingepasst ist. Nach der Befüllung der Vorspanndruckkammer wird die Öffnung zur derselben Befüllung verschlossen. Dies kann beispielsweise mittels eines Absperrventils erfolgen. Anschließend ist der Zentralausrücker betriebsbereit. Die endgültige axiale Länge der Vorspanndruckkammer ergibt sich durch die axiale Lage des Ausrücklagers einerseits und des Ringkolbens andererseits nach der Befüllung. Die axiale Länge der Vorspanndruckkammer passt sich demnach bei der hydraulischen Befüllung der Vorspanndruckkammer variabel an vorhandene Einbautoleranzen an. Bei unbetätigter Kupplung ist ein Kräftegleichgewicht zwischen der Federkraft der Kupplungsfeder und der durch den Vorspanndruck auf den Ausrücklagerträger wirkenden Kraft, welche der Federkraft der Kupplungsfeder entgegenwirkt, eingestellt.
Der Zentralausrücker wird bei der Montage mittels eines Vorspanndruckes gegen die Kupplungsfeder gedrückt und dabei axial nach außen vorgespannt. Der Vorspanndruck kann durch Befüllen der ersten Druckkammer beziehungsweise der Vorspanndruckkammer mit einem hydraulischen Fluid mit Überdruck erzeugt werden. In diesem Fall wirkt der Vorspanndruckraum als ein aktives Vorspannmittel. Alternativ dazu kann jedoch der Ringkolben mittels zumindest einer Vorspannfeder gegen die Vorspanndruckkammer beziehungsweise gegen das Hydraulikfluid in dieser vorgespannt sein. In diesem Fall genügt es, die Vorspanndruckkammer drucklos hydraulisch zu befüllen. Die Vorspanndruckkammer wirkt dann als ein passives Vorspannmittel, welches die Federkraft der Vorspannfeder als Vorspanndruck auf die Angriffsfläche des Ausrücklagerträgers in der Vorspanndruckkammer überträgt. Bei einer dritten Variante kann eine Kombination aus zumindest einer Vorspannfeder im Steuerdruckraum und einem hydraulischen Überdruck im Vorspanndruckraum vorgesehen sein, um die gewünschte Vorspannung zu erzeugen.
Zum Betätigen der Kupplung ist lediglich eine relativ kleine Menge an pneumatischem Druckfluid, beispielsweise Druckluft aus einer vorhandenen Druckluftanlage des Fahrzeugs, zur Erzeugung eines Überdruckes im Steuerdruckraum erforderlich. Durch deren Einleitung in die zweite Druckkammer führt der Ringkolben einen Hub aus, dessen Stellkraft beziehungsweise Stellweg über das in guter Näherung als inkompressible anzunehmende Hydraulikfluid in der Vorspanndruckkammer auf den Ausrücklagerträger und über das Ausrücklager auf die Kupplungsfeder übertragen wird. Der Zentralausrücker zeigt bei dieser Anordnung ein sehr spontanes Ansprechverhalten und ermöglicht kurze Schaltzeiten der Kupplung. Der Druckluftverbrauch ist dabei sehr gering. Der Zentralausrücker ist flexibel an verschiedene axiale Einbaulängen ohne Vergrößerung des pneumatischen Steuerdruckraumes beziehungsweise des Totraumvolumen anpassbar, da der Vorspanndruckraum mittels einer Befüllung desselben mit einer jeweils erforderlichen Menge an Hydraulikfluid in seiner axialen Länge entsprechend anpassbar ist.
Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Kupplung eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs, mit einem Zentralausrücker zur pneumatischen Betätigung der Kupplung, welcher gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut und zur Durchführung eines Verfahrens nach dem Verfahrensanspruch betreibbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 einen schematischen axialen Teilschnitt durch einen unbetätigten Zentralausrücker gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
2 einen schematischen axialen Teilschnitt durch einen unbetätigten Zentralausrücker gemäß dem Stand der Technik.

Einige Bauelemente in den Figuren stimmen überein, so dass sie mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.
Die 2, auf die im weiteren Verlauf der Beschreibung zunächst Bezug genommen wird, zeigt einen schematischen axialen Teilschnitt durch einen unbetätigten Zentralausrücker 20 gemäß dem eingangs erwähnten bekannten Stand der Technik.
Demnach weist der bekannte Zentralausrücker 20 ein ringförmiges, axial einseitig offenes Gehäuse 22 mit einer hohlzylindrischen Gehäuseinnenwand 24 und eine diese Gehäuseinnenwand 24 koaxial umgebende hohlzylindrische Gehäuseaußenwand 26 auf, welche axial endseitig und kupplungsfern durch einen sich radial erstreckenden Gehäuseboden 28 verbunden sind. In dem Gehäuseboden 28 ist eine pneumatische Zuführungsöffnung 30 zur Durchleitung von einem pneumatischen Druckmittel, beispielsweise von Druckluft, ausgebildet, an die eine Pneumatikleitung 31 angeschlossen ist. Die Mantelfläche der zylindrischen Gehäuseinnenwand 24 ist auf einer schematisch angedeuteten Getriebeeingangswelle 52 angeordnet.
Radial zwischen der hohlzylindrischen Gehäuseaußenwand 26 und der Gehäuseinnenwand 24 ist ein ringförmiger Ausrücklagerträger 32 angeordnet. Der Ausrücklagerträger 32 besteht im Wesentlichen aus einer hohlzylindrischen Innenringwand 34, einer diese Innenringwand 34 radial umgebenden hohlzylindrischen Außenringwand 36, und einen diese beiden verbindenden, sich kreisförmig und radial erstreckenden Ausrücklagerträgerboden 38. Durch den Ausrücklagerträgerboden 38 und der Außenringwand 36 des Ausrücklagerträgers 32 sind ein kupplungsnaher ringförmiger Ausrücklagerraum 40 und ein kupplungsferner ringförmiger Druckraum 42 ausgebildet und abgedichtet voneinander getrennt.
In dem kupplungsnahen Ausrücklagerraum 40 ist ein Ausrücklager 44 angeordnet, welches einen drehbar gelagerten Außenring 44b, einen mit dem Ausrücklagerträger 32 fest verbundenen Innenring 44a sowie radial dazwischen angeordnete kugelförmige Wälzkörper 44c aufweist. Der drehbare Außenring 44b liegt mit seiner kupplungsnahen Stirnseite an einer als Membranfeder ausgebildeten Kupplungsfeder 50 sowohl im unbetätigten als auch im betätigten Zustand des Zentralausrückers 20 an.
Der Ausrücklagerträger 32 ist mittels eines ersten Führungselements 54 und eines zweiten Führungselements 56 axial verschiebbar an der Gehäuseinnenwand 24 geführt sowie gegenüber dieser mittels eines ersten Dichtelements 58 abgedichtet. Der Ausrücklagerträger 32 ist ferner mittels eines zweiten Dichtelements 60 gegenüber der Gehäuseaußenwand 26 abgedichtet. Zudem ist der Ausrücklagerträger 32 an seinem kupplungsnahen Ende gegenüber der Gehäuseinnenwand 24 mit einem Staubschutzelement 62 versehen, welches dem Abstreifen von Schmutzpartikeln dient und den Ausrücklagerträger 32 vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln zu den ersten und zweiten Führungselemente 54, 56 schützt.
Die erwähnten Führungselemente 54, 56 sind bevorzugt aus einem mechanisch hochbelastbaren und einen geringen Gleitreibungskoeffizienten aufweisenden Kunststoffmaterial hergestellt, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon^®) oder Polyethylen (PE), während die erwähnten Dichtelemente 58, 60 aus einem geeigneten Elastomer, zum Beispiel aus Gummi oder dergleichen, hergestellt sind.
Zur Begrenzung eines maximalen axialen Betätigungshubs des Zentralausrückers 20 beziehungsweise dessen Ausrücklagerträgers 32 ist im Bereich eines freien, kupplungsnahen Endes 46 der Gehäuseinnenwand 24 ein Anschlagelement 48 befestigt. Das Anschlagelement 48 kann zum Beispiel ein Sicherungsring sein. Der Ausrücklagerträgerboden 38 des Ausrücklagerträgers 32 dient als axiales Widerlager für das Ausrücklager 44 beziehungsweise für die auf das Ausrücklager 44 wirkenden Axialkräfte.
In dem Druckraum 42 ist zumindest eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Vorspannfeder 64 angeordnet, welche sich mit ihrem kupplungsnahen axialen Ende an dem Ausrücklagerträgerboden 38 des Ausrücklagerträgers 32 und mit ihrem kupplungsfernen axialen Ende an dem Gehäuseboden 28 abstützt. Durch diese Vorspannfeder 64 ist das Ausrücklager 44 gegen die Kraft der Kupplungsfeder 50 axial vorgespannt. In dem in 2 dargestellten unbetätigten Zustand befindet sich die Vorspannkraft F_v der Vorspannfeder 64 in einem Kräftegleichgewicht mit der Federkraft F_k der Kupplungsfeder 50. Der Betätigungshub des Ausrücklagerträgers 32 hat also den Wert Null.
Durch das Beaufschlagen des Druckraumes 42 mit Druckluft durch die Zuführungsöffnung 30 im Gehäuseboden 28 wird der Zentralausrücker 20 in den betätigten Zustand versetzt. Im Zuge dieses Vorgangs wird der Ausrücklagerträger 32 um einen axialen Betätigungshub in Richtung zu der Kupplungsfeder 50 und entgegen der Federkraft F_k derselben aus dem Gehäuse 22 herausgeschoben, wodurch die Kupplung des Kraftfahrzeugs mittels des im Ausrücklagerträger 32 aufgenommenen Ausrücklagers 44 betätigt beziehungsweise geöffnet wird, und somit der Kraftfluss zwischen der Brennkraftmaschine und dem weiteren Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs temporär unterbrochen ist.
Aufgrund des relativ großen Volumens des Druckraumes 42, welches zur Kompensation von Toleranzen bei der Montage benötigt wird, erfordert die Erzeugung des Betätigungshubes zum Ausrücken der Kupplung allerdings einen entsprechend großen Volumenstrom an Druckluft durch die Pneumatikleitung 31 und die Zuführungsöffnung 30 in den Druckraum 42, um einen Überdruck zum axialen Verschieben des Ausrücklagerträgers 32 zu erzeugen. In Folge dieses großen Totraumvolumens im drucklosen Zustand des Zentralausrückers 20 sind ein eher träges Ansprechverhalten des Zentralausrückers 20, also ein relativ langsames Schalten sowie ein relativ hoher Druckluftverbrauch zu erwarten.
Die 1 zeigt hingegen einen Zentralausrücker 2 mit den Merkmalen der Erfindung, welcher ein verbessertes Ansprechverhalten bei geringerem Druckluftverbrauch aufweist. Dieser Zentralausrücker 2 weist zwar ebenfalls einen großen Druckraum 42* auf, welcher eine Kompensation von Einbautoleranzen erlaubt. Zusätzlich ist jedoch ein Ringkolben 4 in dem Druckraum 42* angeordnet. Dieser Ringkolben 4 ist mittels eines dritten Führungselements 6 axial verschiebbar an der Gehäuseaußenwand 26 geführt sowie gegenüber dieser mittels eines dritten Dichtelements 8 abgedichtet. Der Ringkolben 4 ist außerdem mittels eines vierten Dichtelements 10 gegenüber der Innenringwand 34 des Ausrücklagerträgers 32 abgedichtet. Durch einen scheibenförmigen Boden 5 des Ringkolbens 4 ist der Druckraum 42* in eine kupplungsnahe erste Druckkammer 12 und eine kupplungsferne zweite Druckkammer 14 unterteilt. Diese beiden Druckkammern 12, 14 sind durch die beiden Dichtelemente 8, 10 druckdicht gegeneinander abgedichtet.
Die kupplungsnahe erste Druckkammer 12 ist als eine hydraulische Vorspanndruckkammer ausgebildet. Die erste Druckkammer 12 weist eine hydraulische Zuführungsöffnung 16 zum Befüllen mit einem hydraulische Fluid auf. An diese Zuführungsöffnung 16 ist eine Hydraulikleitung 15 angeschlossen, die zur Zuführung von Hydrauliköl vorzugsweise mit einem Getriebeölsumpf 70 eines Getriebes oder mit einem Ölvorratsbehälter 71 verbunden ist. In der Hydraulikleitung 15 ist eine Drossel 19 oder ein Ventil angeordnet, welche im Kupplungsbetrieb einen Rückstrom von Hydrauliköl aus der kupplungsnahen ersten Druckkammer 12 in den Getriebeölsumpf 70 oder in den Ölvorratsbehälter 71 stark erschwert oder vorzugsweise sogar verhindert. Die kupplungsferne zweite Druckkammer 14 ist als eine pneumatische Steuerdruckkammer ausgebildet. Diese zweite Druckkammer 14 erfüllt nun die Funktion des bisherigen pneumatischen Druckraumes 42 gemäß 2. Das Volumen der zweiten Druckkammer 14 ist jedoch wesentlich kleiner.
Der mit diesen Komponenten zusammengebaute Zentralausrücker 2 wird in einem nicht dargestellten jedoch vorgegebenen Bauraum eingebaut und befestigt. Dann wird die erste Druckkammer 12 über die hydraulische Zuführungsöffnung 16 mit einem hydraulischen Fluid solange befüllt, bis der Ausrücklagerträger 32 beziehungsweise das Ausrücklager 44 an der Kupplungsfeder 50 mit geringer axialer Vorspannung anliegt, ohne die Kupplungsfeder 50 jedoch auszulenken. Anschließend wird die hydraulische Zuführungsöffnung 16 druckdicht verschlossen.
Die genannte, benötigte Vorspannung wird durch einen geeigneten Vorspanndruck p_v in der hydraulischen ersten Druckkammer 12 erzeugt. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen. Gemäß einer ersten Variante erfolgt die hydraulische Befüllung der kupplungsnahen ersten Druckkammer 12, bis ein bestimmter hydraulischer Überdruck in dieser ersten Druckkammer 12 erzeugt ist. Dadurch würde der Ringkolben 4 vollständig gegen den Gehäuseboden 28 gedrückt, so dass ein Totraumvolumen gänzlich vermieden würde. Der hydraulische Überdruck entspräche einem Vorspanndruck p_v auf den Ausrücklagerträger 32, welcher folglich über das Ausrücklager 44 eine Vorspannkraft auf die Kupplungsfeder 50 ausüben würde.
In dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Ringkolben 4 allerdings mittels wenigstens einer Vorspannfeder 17, welche in einer Ringnut 18 im Ringkolben 4 angeordnet ist, axial federnd gelagert. Diese Vorspannfeder 17 stützt sich innerhalb der zweiten Druckkammer 14, also innerhalb der pneumatischen Steuerdruckkammer, mit einem axialen Ende am Boden der Ringnut 18 und mit ihrem anderen axialen Ende am Gehäuseboden 28 ab. Bei dieser zweiten Variante wird die kupplungsnahe ersten Druckkammer 12 mit dem hydraulischen Fluid ohne Überdruck gefüllt. Die Federkraft F_v' der Vorspannfeder 17 ist so gewählt, dass ein axialer Abstand 7 zwischen dem Gehäuseboden 28 und dem Boden 5 des Ringkolbens 4 besteht, welcher größer als Null ist. Hierdruck bleibt ein geringes Totraumvolumen in der zweiten, pneumatischen Druckkammer 14 erhalten. Da das Hydraulikfluid in der verschlossenen ersten Druckkammer 12 als inkompressibel angenommen werden kann, entspricht die durch den Vorspanndruck p_v erzeugte Axialkraft der Federkraft F_v' der wenigstens einen Vorspannfeder 17 in der zweiten Druckkammer 14.
Gemäß einer dritten Variante kann sich aus einem hydraulischen Überdruck in der ersten Druckkammer 12 und einer Federkraft F_v' der wenigstens einen Vorspannfeder 17 in der zweiten Druckkammer 14 ein resultierender Vorspanndruck p_v ergeben.
Der in der ersten Druckkammer 12 wirkende Vorspanndruck p_v ist in jedem Fall so eingestellt, dass die über das Ausrücklager 44 auf die Kupplungsfeder 50 wirkende Kraft in einem Kräftegleichgewicht mit der Federkraft F_k der Kupplungsfeder 50 in deren unbetätigten Stellung bei überdruckloser pneumatischen Druckkammer 14 ist. Dies derart, dass das Ausrücklager 44 im unbetätigten Zustand des Zentralausrückers 2 an der Kupplungsfeder 50 axial anliegt, ohne diese wegen des beschriebenen Kräftegleichgewichtes in deren Kupplungsbetätigungsrichtung auszulenken.
Durch das Beaufschlagen der zweiten Druckkammer 14, also der pneumatischen Steuerdruckklammer, mit einem im Vergleich zum beschriebenen Stand der Technik wesentlich geringeren Volumenstrom an Druckluft wird der Zentralausrücker 20 in den betätigten Zustand versetzt. Im Zuge dieses Vorgangs wird der Ausrücklagerträger 32 in Wirkverbindung mit einer Axialverschiebung des Ringkolbens 4 um einen axialen Betätigungshub in Richtung zu der Kupplungsfeder 50 und entgegen der Federkraft F_k derselben aus dem Gehäuse 22 herausgeschoben. Hierdurch wird die Kupplung des Kraftfahrzeugs über das am Ausrücklagerträger 32 befestigte Ausrücklager 44 geöffnet und somit der Kraftfluss zwischen der Brennkraftmaschine sowie dem weiteren Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs temporär unterbrochen.
Bezugszeichenliste

2: Zentralausrücker (Ausführungsform der Erfindung)
4: Ringkolben
5: Boden des Ringkolbens 4
6: Drittes Führungselement
7: Axialer Abstand
8: Drittes Dichtelement
10: Viertes Dichtelement
12: Erste Druckkammer, Vorspanndruckkammer
14: Zweite Druckkammer, Steuerdruckkammer
15: Erste Druckmittelleitung (Hydraulikleitung)
16: Hydraulische Zuführungsöffnung
17: Vorspannfeder in der zweiten Druckkammer 14
18: Ringnut im Ringkolben
19: Drossel, Ventil
20: Zentralausrücker (Stand der Technik)
22: Gehäuse
24: Gehäuseinnenwand
26: Gehäuseaußenwand
28: Gehäuseboden
30: Pneumatische Zuführungsöffnung
31: Zweite Druckmittelleitung (Pneumatikleitung)
32: Ausrücklagerträger
34: Innenringwand des Ausrücklagerträgers 32
36: Außenringwand des Ausrücklagerträgers 32
38: Boden des Ausrücklagerträgers 32
40: Ausrücklagerraum
42: Druckraum (Stand der Technik)
42*: Zweiteiliger Druckraum
44: Ausrücklager
44a: Innenring des Ausrücklagers 44
44b: Außenring des Ausrücklagers 44
44c: Wälzkörper des Ausrücklagers 44
46: Kupplungsnahes Ende der Gehäuseinnenwand 24
48: Anschlagelement
50: Kupplungsfeder
52: Getriebeeingangswelle
54: Erstes Führungselement
56: Zweites Führungselement
58: Erstes Dichtelement
60: Zweites Dichtelement
62: Staubschutzelement
64: Vorspannfeder des Druckraums 42 (Stand der Technik)
70: Getriebeölsumpf
71: Ölvorratsbehälter
F_k: Federkraft der Kupplungsfeder 50
F_v: Federkraft zumindest einer Vorspannfeder 64
F_v': Federkraft zumindest einer Vorspannfeder 17
p_v: Vorspanndruck

Claims

Zentralausrücker (2) zur pneumatischen Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, welcher ein ringzylindrisches, axial einseitig offenes Gehäuse (22) und einen darin axial verschiebbar angeordneten ringförmigen Ausrücklagerträger (32) aufweist, zwischen denen ein Druckraum (42) ausgebildet ist, bei dem der Ausrücklagerträger (32) mit einem Ausrücklager (44) verbunden ist, welches an einer Kupplungsfeder (50) zur Verstellung derselben aus einer Nichtbetätigungsstellung in eine Betätigungsstellung axial anliegt, bei welchen die Kupplung geschlossen beziehungsweise geöffnet ist, bei dem zum Betätigen der Kupplung durch eine Beaufschlagung des Druckraumes (42) mit einem Druckfluid der Ausrücklagerträger (32) entgegen der Federkraft (F_k) der Kupplungsfeder (50) in Richtung zur Kupplungsfeder (50) axial verschiebbar angeordnet ist, und bei dem mindestens eine Vorspannfeder (17) vorhanden ist, welche den Ausrücklagerträger (32) in Richtung zur Kupplungsfeder (50) mit einer Federkraft (F_v') entgegen der Federkraft (F_k) der Kupplungsfeder (50) vorspannt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (22) ein Ringkolben (4) axial verschiebbar angeordnet ist, welcher den Druckraum (42) in zwei Druckkammern (12, 14) unterteilt und diese druckdicht voneinander trennt, wobei eine erste, kupplungsnahe Druckkammer (12) als eine Vorspanndruckkammer ausgebildet ist, welche mit einem hydraulischen Fluid zur Erzeugung eines permanent an dem Ausrücklagerträger (32) anliegenden Vorspanndruckes (p_v) befüllbar ist, und wobei eine zweite, kupplungsferne Druckkammer (14) als eine Steuerdruckkammer ausgebildet ist, welche mit einem pneumatischen Druckfluid zum axialen Verschieben des Ringkolbens (4) in Wirkverbindung mit dem Ausrücklagerträger (32) zum Betätigen der Kupplung beaufschlagbar ist.
Zentralausrücker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten, kupplungsfernen Druckkammer (14) zumindest eine Vorspannfeder (17) angeordnet ist, dass diese Vorspannfeder (17) mit ihrem einen axialen Ende an einem Gehäuseboden (28) sowie mit ihrem anderen axialen Ende an einem die kupplungsferne zweite Druckkammer (14) und die kupplungsnahe erste Druckkammer (12) trennenden Boden (5) des Ringkolbens (4) anliegt, und dass die Federkraft (F_v') dieser Vorspannfeder (17) so gewählt ist, dass diese zusammen mit dem in der ersten Druckkammer (12) herrschenden fluidischen Vorspanndruck (p_v) das Ausrücklager (44) in einem Kräftegleichgewicht mit der Federkraft (F_k) der Kupplungsfeder (50) an diese Kupplungsfeder (50) in deren unbetätigten Stellung bei überdruckloser zweiter Druckkammer (14) drückt, derart dass in der zweiten Druckkammer (14) ein vorbestimmter axialer Abstand (7) größer Null zwischen dem Boden (5) des Ringkolbens (4) und dem Gehäuseboden (28) vorhanden ist.
Zentralausrücker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) eine radial innen angeordnete Gehäuseinnenwand (24) aufweist, welche koaxial von einer radialen außen angeordneten Gehäuseaußenwand (26) umgeben ist, dass der Ausrücklagerträger (32) eine radial außen angeordnete Ausrücklagerträgeraußenringwand (36) aufweist, dass der Ausrücklagerträger (32) eine radial innen angeordnete hohlzylindrische Ausrücklagerträgerinnenringwand (34) aufweist, dass der Ausrücklagerträger (32) mittels eines ersten Dichtelements (58) gegenüber der radialen Gehäuseinnenwand (24) sowie mittels eines zweiten Dichtelements (60) gegenüber der radialen Gehäuseaußenwand (26) abgedichtet ist, und dass der Ringkolben (4) mittels eines dritten Dichtelements (8) gegenüber der radialen Gehäuseaußenwand (26) sowie mittels eines vierten Dichtelements (10) gegenüber der radialen Ausrücklagerträgerinnenringwand (34) abgedichtet ist.
Zentralausrücker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gleitführung des Ausrücklagerträgers (32) zwischen der radialen Ausrücklagerträgerinnenringwand (34) und der radialen Gehäuseinnenwand (24) mindestens ein erstes Führungselement (54) und ein zweites Führungselement (56) angeordnet sind, und dass zur Gleitführung des Ringkolbens (4) zwischen dem Ringkolben (4) und der radialen Gehäuseaußenwand (26) mindestens ein drittes Führungselement (6) angeordnet ist.
Zentralausrücker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseaußenwand (26) eine verschließbare Zuführungsöffnung (16) zum Anschluss einer Hydraulikleitung (15) aufweist, durch welche ein hydraulisches Fluid in die erste, kupplungsnahe Druckkammer (12) leitbar ist.
Zentralausrücker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (28) eine Zuführungsöffnung (30) zum Anschluss einer an Pneumatikleitung (31) aufweist, durch welche ein pneumatisches Fluid in die zweite, kupplungsferne Druckkammer (14) leitbar ist.
Verfahren zur Montage eines Zentralausrückers (2) zur pneumatischen Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen wenigstens eines der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, - dass der Zentralausrücker (2) zunächst vorspanungsfrei in einen vorgegebenen Bauraum eingefügt und befestigt wird, - dass anschließend eine als Vorspanndruckkammer ausgebildete erst Druckkammer (12), welche durch einen in einem Gehäuse (22) des Zentralausrückers (2) axial verschiebbar angeordneten Ringkolben (4) und einen Boden (38) des Ausrücklagerträgers (32) begrenzt ist, mit einem hydraulischen Fluid über eine hydraulische Zuführungsöffnung (16) befüllt wird, derart, dass in der unbetätigten Stellung der Kupplung ein Kräftegleichgewicht zwischen einem in der ersten Druckkammer (12) herrschenden Vorspanndruck (p_v) und der Federkraft (F_k) der Kupplungsfeder (50) eingestellt ist, und - dass abschließend die erste Druckkammer (12) gegenüber der hydraulischen Zuführungsöffnung (16) druckdicht verschlossen wird.
Kupplung eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs, mit einem Zentralausrücker (2) zur pneumatischen Betätigung der Kupplung, welcher gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut und zur Durchführung eines Verfahrens nach dem Verfahrensanspruch betreibbar ist.