DE102018211703A1

DE102018211703A1 - Druckfluid-Betätigungsanordnung für eine Reibungskupplung

Info

Publication number: DE102018211703A1
Application number: DE102018211703.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Blaß; Philipp Schlichter; Joachim Härtl; Andreas Höchemer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2020-01-16
Also published as: CN110714994B; CN110714994A

Abstract

Eine Druckfluid-Betätigungsanordnung für eine Reibungskupplung umfasst- ein erstes Betätigungselement (12) und ein mit dem ersten Betätigungselement (12) eine Druckfluidkammer (30) begrenzendes zweites Betätigungselement (20),- ein mit dem zweiten Betätigungselement (20) zur gemeinsamen Bewegung in Richtung der Bewegungsachse (A) gekoppeltes Drehentkopplungslager (34),- eine Kompensationsbaugruppe (38) im Axialabstützweg zwischen dem Drehentkopplungslager (34) und dem zweiten Betätigungselement (20), wobei die Kompensationsbaugruppe (38) umfasst:- ein bezüglich des Drehentkopplungslagers (34) axial abgestütztes erstes Kompensationselement (44),- ein bezüglich des zweiten Betätigungselements (20) axial abgestütztes zweites Kompensationselement (48), wobei das zweite Kompensationselement (48) bezüglich des zweiten Betätigungselements (20) um die Bewegungsachse (A) drehbar ist, wobei durch Relativdrehung der Kompensationselemente eine axiale Länge der Kompensationsbaugruppe (38) veränderbar ist,- eine Vorspannanordnung (60) zum Vorspannen des zweiten Kompensationselements (48) zur Drehung bezüglich des zweiten Betätigungselements (20) in einer Vorspann-Drehdichtung, wobei durch eine Drehung des zweiten Kompensationselements (48) eine Zunahme oder Abnahme der Axiallänge der Kompensationsbaugruppe (38) bewirkt,- eine Sperranordnung (70) zum Sperren des zweiten Kompensationselements (48) gegen Drehbewegung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckfluid-Betätigungsanordnung, wie sie beispielsweise in Nutzkraftfahrzeugen genutzt wird, um eine Reibungskupplung zu betätigen.
Derartige Druckfluid-Betätigungsanordnungen umfassen im Allgemeinen einen bezüglich des Fahrzeugs feststehend positionierten Zylinder und einen mit dem Zylinder eine Druckfluidkammer begrenzenden und in Richtung einer Bewegungsachse verlagerbaren Kolben. Der Kolben kann über ein Drehentkopplungslager einen Kraftspeicher, beispielsweise die Federzungen einer Membranfeder, beaufschlagen, um auf diese Art und Weise Kupplungsbetätigungsvorgänge durchzuführen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckfluid-Betätigungsanordnung für eine Reibungskupplung vorzusehen, welche in einfacher und zuverlässiger Art und Weise eine Anpassung an eine verschleißbedingte Änderung der Einbaulage eines Kraftspeichers einer Reibungskupplung zulässt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Druckfluid-Betätigungsanordnung für eine Reibungskupplung, umfassend

- ein erstes Betätigungselement und ein mit dem ersten Betätigungselement eine Druckfluidkammer begrenzendes zweites Betätigungselement; wobei durch Einleitung von Druckfluid in die Druckfluidkammer das zweite Betätigungselement bezüglich des ersten Betätigungselements in Richtung einer Bewegungsachse bewegbarbar ist,
- ein mit dem zweiten Betätigungselement zur gemeinsamen Bewegung in Richtung der Bewegungsachse gekoppeltes Drehentkopplungslager,
- eine Kompensationsbaugruppe im Axialabstützweg zwischen dem Drehentkopplungslager und dem zweiten Betätigungselement,

- ein bezüglich des Drehentkopplungslagers axial abgestütztes erstes Kompensationselement, wobei das erste Kompensationselement bezüglich des zweiten Betätigungselements drehfest und axial verlagerbar ist,
- ein bezüglich des zweiten Betätigungselements axial abgestütztes zweites Kompensationselement, wobei das zweite Kompensationselement bezüglich des zweiten Betätigungselements um die Bewegungsachse drehbar ist, wobei durch Drehung des zweiten Kompensationselements bezüglich des ersten Kompensationselements eine axiale Länge der Kompensationsbaugruppe veränderbar ist,
- eine Vorspannanordnung zum Vorspannen des zweiten Kompensationselements zur Drehung bezüglich des zweiten Betätigungselements in einer Vorspann-Drehdichtung, wobei eine Drehung des zweiten Kompensationselements in der Vorspann-Drehrichtung eine Zunahme der Axiallänge der Kompensationsbaugruppe bewirkt und eine Drehung des zweiten Kompensationselements in einer der Vorspann-Drehrichtung entgegengesetzten Nachstell-Drehrichtung eine Abnahme der Axiallänge der Kompensationsbaugruppe bewirkt,
- eine Sperranordnung zum Sperren des zweiten Kompensationselements gegen Drehbewegung.

Eine derart aufgebaute Druckfluid-Betätigungsvorrichtung ermöglicht die Kompensation einer über die Betriebslebensdauer hinweg verschleißbedingt auftretenden zunehmenden Entspannung einer als Kraftspeicher in einer Reibungskupplung eingesetzten Membranfeder. Diese zunehmende Entspannung kann dadurch kompensiert werden, dass im Einrückzustand, also bei nicht aktivierter Betätigungsvorrichtung, durch die vermittels des Kraftspeichers auf die Kompensationsbaugruppe ausgeübte axiale Last das zweite Kompensationselement sich in der Nachstell-Drehrichtung verdreht und somit eine Abnahme der axialen Länge der Kompensationsbaugruppe in einem der zunehmenden Entspannung des Kraftspeichers entsprechenden Ausmaß zulässt. Bei Durchführung eines Betätigungsvorgang ist das zweite Kompensationselement durch die Sperranordnung gegen Drehbewegung gesperrt, so dass in diesem Zustand eine Längenänderung der Kompensationsbaugruppe nicht auftreten wird.
Für eine baulich einfache Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das erste Betätigungselement ein Zylinder ist und dass das zweite Betätigungselement ein Kolben ist.
Um in einem Antriebsstrang Bauraum für verschiedene Antriebsstrangsystembereiche koppelnde Wellen bereitzuhalten, ist vorzugsweise das erste Betätigungselement ein Ringzylinder und das zweite Betätigungselement ein Ringkolben.
In Anpassung an diese ringartige Formgebung der beiden Betätigungselemente können auch das erste Kompensationselement und das zweite Kompensationselement ringartig ausgebildet sein.
Um in einfacher Art und Weise durch eine Drehbewegung der beiden Kompensationselemente bezüglich einander die Änderung der axialen Länge der Kompensationsbaugruppe erreichen zu können, wird vorgeschlagen, dass das erste Kompensationselement und das zweite Kompensationselement über eine Rampenformation bezüglich einander abgestützt sind, wobei die Rampenformation an dem ersten Kompensationselement oder/und dem zweiten Kompensationselement wenigstens eine in Umfangsrichtung um die Bewegungsachse sich erstreckende Abstützrampe umfasst.
Dabei kann für eine gleichmäßige Lastverteilung vorgesehen sein, dass die Rampenformation an dem ersten Kompensationselement oder/und dem zweiten Kompensationselement eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung um die Bewegungsachse sich erstreckenden Abstützrampen umfasst. Ferner können die Funktionalität möglicherweise beeinträchtigende Reibeffekte minimiert werden, wenn das erste Kompensationselement und das zweite Kompensationselement im Bereich der Rampenformation über Wälzkörper aneinander abgestützt sind.
Um das zweite Kompensationselement zuverlässig zur Bewegung bzw. Drehung in der Vorspann-Drehrichtung belasten zu können, kann die Vorspannanordnung wenigstens eine zwischen dem zweiten Kompensationselement und dem zweiten Betätigungselement wirkende Vorspannfeder umfassen.
Dabei kann eine einfach zu realisierende und stabil wirkende Ausgestaltung vorsehen, dass die Vorspannanordnung wenigstens eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung sich erstreckende Druckfeder umfasst, oder dass die Vorspannanordnung eine Spiralfeder umfasst.
Um das zur Durchführung von Betätigungsvorgängen bereitzustellende Druckfluid auch zu nutzen, um das zweite Kompensationselement bei Durchführung von Betätigungsvorgängen gegen Drehung zu sperren, kann erfindungsgemäß weiter vorgesehen sein, dass die Sperranordnung wenigstens ein durch den Fluiddruck in der Druckfluidkammer beaufschlagbares Druckfluid-Sperrorgan umfasst.
Dieses kann derart ausgelegt sein, dass bei einen Grenzdruck übersteigendem Fluiddruck in der Druckfluidkammer das wenigstens eine Druckfluid-Sperrorgan in seiner das zweite Kompensationselement gegen Drehung sperrenden Sperrstellung ist. Dabei ist vorzugsweise der Grenzdruck derart gewählt, dass das wenigstens eine Druckfluid-Sperrorgan bereits dann in seiner Sperrstellung ist, wenn der Fluiddruck ausreichend hoch ist, um die durch einen Kraftspeicher bereitgestellte und in Richtung Entspannen wirkende Vorspannung zu überwinden.
Um zu gewährleisten, dass nach Beendigung eines Betätigungsvorgangs die Kompensationsbaugruppe wieder zur Durchführung von Kompensationsbewegungen freigegeben wird, wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Druckfluid-Sperrorgan einen durch den Fluiddruck gegen eine Rückstellkraftformation verlagerbaren Sperrschieber umfasst.
Abhängig von dem zur Verfügung stehenden Bauraum kann wenigstens ein Sperrschieber im Wesentlichen radial verlagerbar sein oder/und kann wenigstens ein Sperrschieber im Wesentlichen axial verlagerbar sein.
Zur Herbeiführung einer zuverlässigen Sperrwirkung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Druckfluid-Sperrorgan mit dem zweiten Kompensationselement durch Formschluss in Sperrwechselwirkung steht oder bringbar ist, oder dass das wenigstens eine Sperrorgan mit dem zweiten Kompensationselement durch Reibschluss in Sperrwechselwirkung steht oder bringbar ist.
Zur Erzeugung eines die Sperrwirkung hervorrufenden Formschlusses kann vorzugsweise an dem zweiten Kompensationselement in Zuordnung zu dem wenigstens einen Druckfluid-Sperrorgan eine Sperrverzahnung vorgesehen sein, und an dem wenigstens einen Druckfluid-Sperrorgan kann eine zum Sperren des zweiten Kompensationselements gegen Drehung in Eingriff mit der Sperrverzahnung stehende oder bringbare Gegen-Sperrverzahnung vorgesehen sein.
Um eine zuverlässige Vorspannung des zweiten Betätigungselements gegen einen Kraftspeicher einer Reibungskupplung zu gewährleisten, kann das zweite Betätigungselement über ein Vorspannelement an dem ersten Betätigungselement abstützbar sein.
Ferner ist vorzugsweise dem zweiten Betätigungselement ein Bewegungsanschlag zur Begrenzung der Bewegung des zweiten Betätigungselements bezüglich des ersten Betätigungselements in Richtung der Bewegungsachse zugeordnet. Somit kann auch bei Ausfall einer Sensorik und Betätigung einer Reibungskupplung durch Erzeugung eines Maximaldrucks eine Beschränkung für die Bewegung der beiden Betätigungselemente bezüglich einander sichergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kupplungssystem, umfassend eine Reibungskupplung mit einem durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Druckfluid-Betätigungsanordnung zur Durchführung von Kupplungsbetätigungsvorgängen beaufschlagbaren Kraftspeicher.
Dabei kann beispielsweise die Kupplung eine gedrückte Kupplung sein, und der Kraftspeicher kann eine Membranfeder sein.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:

1 eine Längsschnitt einer Druckfluid-Betätigungsanordnung für eine Reibungskupplung;
2 eine der 1 entsprechende Längsschnittansicht, geschnitten in einer anderen Ebene;
3 eine Querschnittsansicht der Druckfluid-Betätigungsanordnung, geschnitten längs einer Linie III-III in 1;
4 eine vergrößerte Ansicht eines Details IV in 1.

In den Figuren ist eine allgemein auch als Ausrücker bezeichnete Druckfluid-Bbetätigungsanordnung für eine Reibungskupplung eines Kraftfahrzeugs allgemein mit 10 bezeichnet. Die zur Erzeugung einer Betätigungskraft, insbesondere einer Ausrückkraft, aufgebaute Druckfluid-Betätigungsanordnung 10 umfasst ein als Ringzylinder ausgebildetes erstes Betätigungselement 12. Dieses erste Betätigungselement 12 ist mit einem ringartigen Boden 14, einer inneren Umfangswand 16 und einer äußeren Umfangswand 18 aufgebaut und begrenzt mit dem Boden 14, der inneren Umfangswand 16 und der äußeren Umfangswand 18 ein ringartiges Volumen, in welchem ein als Ringkolben ausgebildetes zweites Betätigungselement 20 in Richtung einer Betätigungsachse A bewegbar aufgenommen ist. Das zweite Betätigungselement 20 weist einen dem Boden 14 des ersten Betätigungselements 12 gegenüberliegenden Boden 22 auf, welcher über ein ringartiges Dichtelement 24 bezüglich der äußeren Umfangswand 18 des ersten Betätigungselements 12 fluiddicht angeschlossen ist. Radial innen weist das zweite Betätigungselement 20, ausgehend von dessen Boden 22, eine innere Umfangswand 26 auf, welche über ein ringartiges Dichtelement 28 bezüglich der inneren Umfangswand 16 des ersten Betätigungselements 12 fluiddicht angeschlossen ist. Zwischen dem Boden 14 des ersten Betätigungselements 12, dem Boden 22 des zweiten Betätigungselements 20, der inneren Umfangswandung 16 des ersten Betätigungselements 12 und der äußeren Umfangswand 18 des ersten Betätigungselements 12 ist eine Druckfluidkammer 30 gebildet, in welche über eine Druckfluidleitung Druckfluid, beispielsweise Druckluft, eingespeist werden kann, um auf diese Art und Weise eine das zweite Betätigungselement 20 in Richtung der Betätigungsachse A vom Boden 14 des ersten Betätigungselements 12 weg zu beaufschlagen. In der Druckkammer 30 ist ein beispielsweise als Tellerfeder oder Wellfeder oder dergleichen ausgebildetes Vorspannelement 32 angeordnet, über welches der Boden 22 des zweiten Betätigungselements 20 am Boden 14 des ersten Betätigungselements 12 abstützbar ist.
Die durch das zweite Betätigungselement 20 auf einen Kraftspeicher 94 einer Reibungskupplung ausgeübte Betätigungskraft wird über ein Drehentkopplungslager 34 übertragen. Dieses umfasst einen bezüglich des Kraftspeichers 94 sich abstützenden Lagerinnenring 36, einen über eine Kompensationsbaugruppe 38 bezüglich des zweiten Betätigungselements 20 abgestützten bzw. damit verkoppelten Lageraußenring 40 und eine Mehrzahl von Wälzkörpern 42, beispielsweise Kugeln, über welche der Lagerinnenring 36 bezüglich des Lageraußenrings 40 drehbar abgestützt ist.
Die Kompensationsbaugruppe 38 umfasst ein ringartig ausgebildetes erstes Kompensationselement 44, an welchem der Lageraußenring 40 in Richtung der Betätigungsachse A abgestützt ist bzw. mit welchem das gesamte Drehentkopplungslager 34 in Richtung der Betätigungsachse A verschiebbar ist. Das erste Kompensationselement 44 ist in seinem radial inneren Bereich durch eine allgemein mit 46 bezeichnete Drehsicherungsformation bezüglich des zweiten Betätigungselements 20 drehfest, jedoch in Richtung der Betätigungsachse A bewegbar gehalten. Beispielsweise kann die Drehsicherungsformation 46 an der Innenwand 26 des zweiten Betätigungselements 20 eine Mehrzahl von nach radial außen vorspringenden und in Richtung der Betätigungsachse A sich erstreckenden Führungsvorsprüngen umfassen, welche in entsprechende Führungsausnehmungen des ersten Kompensationselements 44 eingreifen und dieses zur Linearverschiebebewegung bezüglich des zweiten Betätigungselements 20 in Richtung der Betätigungsachse A führen.
Die Kompensationsbaugruppe 38 umfasst ferner ein zweites ringartiges Kompensationselement 48, welches in Richtung der Betätigungsachse A am Boden 14 des ersten Betätigungselements 12 abgestützt ist, grundsätzlich bezüglich des ersten Betätigungselements 12 jedoch um die Betätigungsachse A drehbar ist.
Das erste Kompensationselement 44 und das zweite Kompensationselement 48 sind über eine allgemein mit 50 bezeichnete Rampenformation bezüglich einander abgestützt. Die Rampenformation 50 umfasst am ersten Kompensationselement 44 vorzugsweise mehrere in Umfangsrichtung aufeinander folgende und in Umfangsrichtung sich erstreckende erste Abstützrampen 52 mit dementsprechend in Umfangsrichtung sich erstreckenden ersten Rampenflächen 54. Am zweiten Betätigungselement 48 umfasst die Rampenformation 50 in Zuordnung zu jeder ersten Abstützrampe 52 des ersten Kompensationselements 44 eine zweite Abstützrampe 56 mit einer jeweils in Umfangsrichtung sich erstreckenden zweiten Rampenflächen 58. Die beiden Kompensationselemente 44, 48 liegen im Bereich der ersten bzw. zweiten Rampenflächen 54, 58 aneinander an. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Rampenflächen 54, 58 zueinander jeweils komplementäre Rampensteigungen aufweisen, mit welchen diese in Umfangsrichtung und, entsprechend der Rampensteigung axial ansteigend ausgedehnt sind.
Dem zweiten Kompensationselement 48 ist eine allgemein mit 60 bezeichnete Vorspannanordnung zugeordnet, welche dieses zur Drehung bezüglich des zweiten Betätigungselements 20 in einer Vorspann-Drehrichtung vorspannt. Im dargestellten Ausgestaltungsbeispiel umfasst die Vorspannanordnung 40 beispielsweise zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende und in einem Umfangsendbereich bezüglich des zweiten Betätigungselements 20 und im anderen Umfangsendbereich bezüglich des zweiten Kompensationselements 48 sich abstützende Vorspannfedern 62, 64. Diese sind beispielsweise als Schraubendruckfedern ausgebildet und stützen sich nach radial außen bezüglich des zweiten Betätigungselements 20 in einem Bereich ab, in welchem dieses in seinem Boden 22 radial außen von dem Dichtelement 24 umgeben ist. Hierzu ist im Boden 22 des zweiten Betätigungselements 20 eine ringartige Aussparung 66 vorgesehen, in welcher einerseits die Vorspannfedern 62, 64, und andererseits ein axialer Endbereich des zweiten Kompensationselements 48 aufgenommen ist und sich dort bezüglich des Bodens 22 des zweiten Betätigungselements 20 axial abstützt.
Eine Verdrehung des zweiten Kompensationselements 48 in der Vorspann-Drehrichtung würde, sofern diese im Betrieb der Druckfluid-Betätigungsanordnung 10 tatsächlich auftreten würde, dazu führen, dass die axiale Länge der die beiden Kompensationselemente 44, 48 umfassenden Kompensationsbaugruppe 38 zunehmen würde, das Drehentkopplungslager 34 sich also in Richtung vom Boden 22 des zweiten Betätigungselements 20 weg bewegen würde. Um beispielsweise in einem Zustand, in welchem die Druckfluid-Betätigungsanordnung 10 nicht in einen Antriebsstrang integriert ist und insofern keine Wechselwirkung mit einem eine Reaktionskraft auf das Drehentkopplungslager 34 ausübenden Kraftspeicher vorhanden ist, könnte eine derartige Verdrehung des zweiten Kompensationselements 48 in der Vorspann-Drehrichtung auftreten, mit der Folge, dass bei Abstützung des zweiten Betätigungselements 20 bezüglich des ersten Betätigungselements 12 über das Vorspannelement 32 eine Verdrehung des zweiten Kompensationselements 48 in der Vorspann-Drehrichtung eine axiale Verschiebung des ersten Kompensationselements 44 in Richtung der Betätigungsachse vom Boden 14 des ersten Betätigungselements 12 auslösen kann.
Um zu verhindern, dass eine übermäßig starke axiale Bewegung des ersten Kompensationselements 44 auftritt, ist eine Anschlaganordnung 68, beispielsweise umfassend einen an der äußeren Umfangswandung 18 des ersten Betätigungselements 12 vorgesehenen Sicherungsring 69 vorgesehen, an welchem das erste Kompensationselement 44 in Richtung der Betätigungsachse A zur Anlage kommen kann, so dass durch diese Anschlaganordnung 68 eine maximale Ausfahrposition des ersten Kompensationselements 44 bezüglich des ersten Betätigungselements 12 definiert ist.
Wird das Drehentkopplungslager 34 durch den Kraftspeicher 94, beispielsweise die Federzungen einer Membranfeder einer Reibungskupplung, beaufschlagt, so kann durch die Rampenwirkung der Rampenformation 50 und die auf das erste Kompensationselement 44 durch den Kraftspeicher ausgeübte axiale Last das zweite Kompensationselement 48 sich in einer der Vorspann-Drehrichtung entgegengesetzten Nachstell-Drehrichtung verdrehen, wobei bei dieser Verdrehung die axiale Länge der Kompensationsbaugruppe 38 abnimmt. Ist in diesem Zustand der Druckfluidraum 30 im Wesentlichen druckfrei, beispielsweise weil eine Betätigungskraft für eine Reibungskupplung nicht erzeugt werden soll und somit diese in einen Einrückzustand übergehen soll oder in einem Einrückzustand gehalten werden soll, wird unter der axialen Last des Kraftspeichers 94 sich die Kompensationsbaugruppe 38 zusammen mit dem zweiten Betätigungselement 20 axial in Richtung der Betätigungsachse A verschieben, bis das zweite Betätigungselement 20 über das Vorspannelement 32 am Boden 14 des ersten Betätigungselements 12 abgestützt ist. Es wird dabei sich ein Kräftegleichgewicht einstellen zwischen der durch den Kraftspeicher ausgeübten axialen Kraft und der durch das Vorspannelement 32 ausgeübten axialen Kraft bzw. der durch die Vorspannfedern 62, 64 in Umfangsrichtung wirkenden Kraft. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Vorspannfedern 62, 64 der Vorspannanordnung 60 so dimensioniert sind, dass sie zwar grundsätzlich in einem lastfreien Zustand eine Verdrehung des zweiten Kompensationselements 48 hervorrufen können, bei Auftreten einer durch den Kraftspeicher 94 ausgeübten axialen Last jedoch so weit komprimiert werden, bis der Kraftspeicher sich im Wesentlichen vollständig entspannt hat bzw. seine maximal entspannte Position in der Reibungskupplung eingenommen hat.
Dem zweiten Kompensationselement 48 ist ferner eine allgemein mit 70 bezeichnete Sperranordnung zugeordnet. Die Sperranordnung 70 bewirkt, dass dann, wenn zur Durchführung eines Betätigungsvorgangs der Druckfluidraum 30 mit Druckfluid gefüllt wird bzw. der Fluiddruck im Druckfluidraum 30 zunimmt, eine Verdrehung des zweiten Kompensationselements 48 bezüglich des ersten Betätigungselements 20 verhindert wird und somit bei aktivierter Sperranordnung 70 die axiale Länge der Kompensationsbaugruppe 38 sich nicht ändern kann.
Die Sperranordnung 70 umfasst im dargestellten Ausgestaltungsbeispiel drei mit gleichmäßigem Umfangsabstand im radial inneren Bereich des zweiten Betätigungselements 20 angeordnete Sperrorgane 72. Diese sind als im bzw. bezüglich des zweiten Betätigungselements 20 im Wesentlichen radial verlagerbare Sperrschieber 74 ausgebildet. Radial außen sind die Sperrorgane 72 umgeben von einem an dem zweiten Kompensationselement 48 drehfest gehaltenen Verzahnungsring 76, der an seinem Innenumfangsbereich eine Sperrverzahnung 78 aufweist. In Zuordnung zu der Sperrverzahnung 78 weist jeder Sperrschieber 74 an einem Schieberkörper 80 eine Gegen-Sperrverzahnung 82 auf, die bei Verlagerung eines Sperrschiebers 74 nach radial außen in Eingriff mit der Sperrverzahnung 78 kommt.
In Zuordnung zu jedem Sperrschieber 74 ist im zweiten Betätigungselement 20 eine Schieberöffnung 84 ausgebildet. Diese kann beispielsweise im Übergangsbereich der Innenwandung 26 des zweiten Betätigungselements 20 zum Boden 22 desselben vorgesehen sein. In einer derartigen Schieberöffnung 84 ist ein jeweiliger Sperrschieber 74 bzw. dessen Schieberkörper 80 radial verlagerbar, jedoch in Umfangsrichtung bzw. auch in Axialrichtung nicht bewegbar aufgenommen. Der Schieberkörper 80 kann so geformt sein, dass er mit einer stufenartigen Erweiterung 86 einen Bewegungsanschlag für einen jeweiligen Sperrschieber 74 nach radial innen hin bildet.
Durch einen beispielsweise als Schraubbolzen ausgebildeten Befestigungsbolzen 88 ist am Schieberkörper 80 ein auch als Dichtelement wirksames, verformbares Rückstellelement 90 festgelegt. Dieses ist durch ein in eine jeweilige Schieberöffnung 84 eingesetztes ringartiges Halteelement 92 bezüglich des zweiten Betätigungselements 20 festgehalten, so dass einerseits ein fluiddichter Abschluss im Bereich der Schieberöffnung 84 und andererseits eine das jeweilige Sperrorgan 72 bzw. den Sperrschieber 74 in Richtung nach radial innen, in 4 also nach oben vorspannende Rückstellkraft erzeugt wird, welche bewirkt, dass grundsätzlich die Gegen-Sperrverzahnung 82 des Sperrschiebers 74 nicht in Eingriff mit der Sperrverzahnung 78 ist. Das Rückstellelement 90 kann beispielsweise als Gummi- oder Kunststoffelement ausgebildet sein, welches eine derartige Formgebung hat, dass er bei Ankopplung an einen jeweiligen Sperrschieber 74 einerseits und das zweite Betätigungselement 20 andererseits eine den zugeordneten Sperrschieber 74 nach radial innen, also einen das zweite Kompensationselement 48 freigebenden Zustand vorgespannt ist.
Die jeweils einen Sperrschieber 74 aufnehmenden Schieberöffnungen 84 sind am Innenumfangsbereich des zweiten Betätigungselements 20 grundsätzlich zur Druckfluidkammer 30 offen. Wird in die Druckfluidkammer 30 Druckfluid eingeleitet und steigt somit der Fluiddruck darin an, so wirkt dieser Druck auch auf den nach radial innen hin freiliegenden Oberflächenbereich eines jeweiligen Sperrschiebers 74 und generiert somit eine diesen nach radial außen belastende Kraft. Unter dieser Kraftwirkung verlagert sich jeder Sperrschieber 74 unter Verformung des jeweils zugeordneten Rückstellelements 90 in der diesen aufnehmenden Schieberöffnung 84 nach radial außen, so dass dessen Gegen-Sperrverzahnung 82 in Eingriff mit der Sperrverzahnung 78 am zweiten Kompensationselement 48 kommt und dieses gegen Drehung bezüglich des zweiten Betätigungselements 20 sperrt. Dabei ist die durch das Rückstellelement 90 ausgeübte Rückstellkraft vorzugsweise derart gewählt, dass bereits ein vergleichsweise geringer Anstieg des Fluiddrucks im Druckfluidraum 30 dazu führt, dass die Sperrschieber 74 nach radial außen verlagert werden und das zweite Kompensationselement 48 gegen Drehung sperren. Dieser zum Hervorrufen der Sperrwirkung der Sperrformation 70 erforderliche Sperrdruck ist geringer, als derjenige Druck, der erforderlich ist bzw. wäre, um entgegen der Vorspannwirkung der Vorspannfedern 62, 64 eine Drehung des zweiten Kompensationselements 48 in der Nachstell-Drehrichtung hervorrufen zu können.
Nachfolgend wird die Funktion der Druckfluid-Betätigungsanordnung 10 beschrieben.
Dabei sei angenommen, dass die mit dem in 2 mit seinem radial inneren Bereich prinzipartig dargestellten Kraftspeicher 94 zusammenwirkende Druckfluid-Betätigungsanordnung 10 in einem Zustand ist, in welchem eine Betätigungskraft nicht erzeugt werden soll und dementsprechend der Kraftspeicher 94 in seinem maximal entspannten Zustand in der diesen enthaltenden Reibungskupplung ist. Der Kraftspeicher 94 übt dabei auf das Drehentkopplungslager 34 eine Kraft in einer Entspannrichtung E aus. Unter dieser Kraftwirkung nimmt das Drehentkopplungslager 34 eine der Positionierung des Kraftspeichers 94 entsprechende Positionierung in Richtung der Betätigungsachse A ein. Da das erste Kompensationselement 44 über ein oder mehrere z. B. federartige Kopplungselemente 96 mit dem Lageraußenring 40 des Drehentkopplungslagers 40 verkoppelt ist, nimmt auch das erste Kompensationselement 44 eine entsprechend definierte Axialpositionierung in Richtung der Betätigungsachse A ein. Die Druckfluidkammer 30 ist im Wesentlichen druckfrei, was bedeutet, dass die Sperranordnung 70 das zweite Kompensationselement 48 nicht gegen Drehung sperrt, so dass dieses unter der Wirkung der Vorspannfedern 62, 64 sich in der Vorspann-Drehrichtung verdrehen kann und dabei durch die Rampenwirkung der Rampenformation 50 eine axiale Kraft auf das zweite Betätigungselement 20 ausübt und dieses somit gegen das Vorspannelement 32 presst.
Ist ein Betätigungsvorgang durchzuführen, um eine Reibungskupplung auszurücken, wird der Fluiddruck in der Druckfluidkammer 30 erhöht. Hierzu kann ein in den Figuren nicht dargestelltes Druckfluidsystem, beispielsweise mit einem Geberzylinder oder einer sonstigen Druckfluidquelle, vorgesehen sein. Durch den ansteigenden Fluiddruck in der Druckfluidkammer 30 werden zunächst die Sperrschieber 74 der Sperranordnung 70 nach radial außen beaufschlagt, so dass deren Gegen-Sperrverzahnungen 82 in Eingriff mit der Sperrverzahnung 78 kommen und das zweite Kompensationselement 48 gegen Drehung blockiert ist. Ein weiterer Anstieg des Fluiddrucks führt dazu, dass das zweite Betätigungselement 20 und mit diesem die Kompensationsbaugruppe 38 und das Drehentkopplungslager 34 in Richtung der Betätigungsachse A verschoben werden und auf den radial inneren Endbereich des Kraftspeichers 94 eine der Entspannrichtung E entgegengesetzt orientierte Kraft ausüben. Dabei verschwenkt der beispielsweise als Membranfeder ausgebildete Kraftspeicher 94 und gibt somit eine durch diesen belastete Anpressplatte frei, so dass die Reibungskupplung in einen Ausrückzustand übergeht.
Für einen nachfolgenden Einrückvorgang wird der Fluiddruck in der Druckfluidkammer 30 wieder gesenkt, was dazu führt, dass das zweite Betätigungselement 20 und mit diesem die Kompensationsbaugruppe 38 und das Drehentkopplungslager 34 sich in der entgegengesetzten axialen Richtung entlang der Betätigungsachse A bewegen und der Kraftspeicher 94 mit seinem radial inneren Bereich sich in der Entspannrichtung E bewegt. Dabei kommt in einer Situation, in welcher in einer Reibungskupplung kein Verschleiß aufgetreten ist, das gesamte System wieder in einem Zustand zu liegen, der dem Ausgangszustand entspricht. Am Ende eines Betätigungsvorgangs bei wiedereingerückter Kupplung ist die Sperranordnung 70 wieder inaktiv und somit grundsätzlich das zweite Kompensationselement 48 zur Drehung freigegeben.
Tritt bei der wiederholten Durchführung von Ein- bzw. Auskuppelvorgängen ein Verschleiß in der Reibungskupplung auf, welcher sich im Allgemeinen dadurch manifestiert, dass die axiale Dicke von Reibbelägen einer Kupplungsscheibe abnimmt, hat dies zur Folge, dass bei Übergang in den Einrückzustand, bedingt durch die Dickenabnahme der Reibbeläge, eine Anpressplatte sich stärker in Richtung auf ein Schwungrad oder eine Widerlagerfläche der Reibungskupplung zu verlagert, als in einem nicht mit Verschleiß behafteten Zustand. Dies wiederum hat zur Folge, dass der Kraftspeicher 94 sich über seine dem nicht mit Verschleiß behafteten Zustand entsprechende Einbaulage hinaus entspannen wird und im maximal entspannten Zustand der Radial innere Endbereich des Kraftspeichers 94 in der Entspannrichtung E weiter axial verlagert sein wird, als in einem nicht oder mit weniger Verschleiß behafteten Zustand. Dies hat zur Folge, dass beim Einrücken der Reibungskupplung durch die weitergehende Entspannung des Kraftspeichers 94 das Drehentkopplungslager 34 und mit diesem auch das erste Kompensationselement 44 weiter axial verschoben werden, als in einem nicht mit Verschleiß behafteten Zustand oder einem mit geringerem Verschleiß behafteten Zustand. Dies wiederum führt dazu, dass bei abnehmendem Fluiddruck in der Druckfluidkammer 30 und in einen Freigabezustand übergehender Sperranordnung 70 durch die weitergehende Entspannungsbewegung des Kraftspeichers 94 und die dadurch auf das erste Kompensationselement 44 ausgeübte axiale Last über die Rampenformation 50 eine Drehbewegung des zweiten Kompensationselements 48 in der Nachstell-Drehrichtung hervorgerufen wird. Im Zuge dieser in ihrem Ausmaß dem aufgetretenen Verschleiß entsprechenden Drehbewegung des zweiten Kompensationselements 48 werden die Vorspannfedern 62, 64 zunehmend gespannt und die axiale Länge der Kompensationsbaugruppe 38 nimmt in einem Ausmaß ab, welche dem durch den aufgetretenen Verschleiß hervorgerufenen Ausmaß der zusätzlichen axialen Bewegung des radial inneren Endbereichs des Kraftspeichers 94 bei Übergang in den Einkuppelzustand entspricht.
In diesem Zustand, in welchem im Einrückzustand der Reibungskupplung der Druckfluidraum 30 im Wesentlichen druckfrei ist, verbleibt das System, bis der nächste Auskuppelvorgang durchzuführen ist. Dieser wird durch Erhöhung des Fluiddrucks im Druckfluidraum 30 und Aktivierung der Sperranordnung 70 ausgelöst. Ist die Sperranordnung 70 aktiv und somit das zweite Kompensationselement 48 gegen Verdrehung blockiert, wird bei weiter ansteigendem Fluiddruck wieder eine Axialverlagerung des zweiten Betätigungselements 20 und mit diesem der Kompensationsbaugruppe 38 und des Drehentkopplungslagers 34 hervorgerufen, wobei in diesem Zustand dann die gesamte axiale Länge der Kompensationsbaugruppe entsprechend der zuvor durchgeführten Kompensation geringer ist, als zuvor. Auf diese Art und Weise kann gewährleistet werden, dass, unabhängig von der verschleißbedingt sich ändernden Positionierung des Kraftspeichers 94 in dessen maximal entspanntem Zustand, die Druckfluid-Betätigungsanordnung 10 bei der Durchführung von Betätigungsvorgängen diese Änderung in der Positionierung des Kraftspeichers 94 kompensiert und immer in gleicher Art und Weise angesteuert bzw. aktiviert werden kann. Dies würde auch für eine Situation zutreffen, in welcher eine verschleißbedingte Änderung der Einbaulage des Kraftspeichers 94 nicht eine zunehmende Verlagerung in der Entspannrichtung E, sondern in entgegengesetzter Richtung auslösen würde. In diesem Falle würde eine Kompensation dieser Änderung der Einbaulage vermittels der Kompensationsbaugruppe 38 dadurch hervorgerufen werden, dass bei Übergang in den Ausrückzustand das zweite Kompensationselement 48 sich in der Vorspann-Drehrichtung verdrehen würde und somit die axiale Baulänge der Kompensationsbaugruppe 38 in einem dem aufgetretenen Verschleiß entsprechenden Ausmaß zunehmen würde.
Durch die Anschlaganordnung 68 ist nicht nur eine maximale axiale Bewegung des ersten Kompensationselements 44 begrenzt, sondern die axiale Bewegung der Baugruppe, welche das zweite Betätigungselement 20, die Kompensationsbaugruppe 38 und das Drehentkopplungslager 34 umfasst. Dies ist insbesondere auch dann von Bedeutung, wenn beispielsweise bei Ausfall einer Sensorik, welche bei gesteuerter bzw. geregelter Durchführung von Betätigungsvorgängen Information über die Positionierung dieser Baugruppe liefern kann, Betätigungsvorgänge derart durchzuführen sind, dass zum Ausrücken einer Reibungskupplung der Druck in der Druckfluidkammer 30 auf einen Maximaldruck erhöht wird und insofern eine maximale Bewegung des zweiten Betätigungselements 20 ausgelöst werden soll. Auch für diese Bewegung bildet die Anschlaganordnung 68 einen Bewegungsanschlag, so dass sichergestellt ist, dass nach wie vor die Reibungskupplung betätigt werden kann.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung abzuweichen, bauliche Variationen an der in den Figuren dargestellten Druckfluid-Betätigungsanordnung vorgenommen werden können. So kann beispielsweise die Vorspannanordnung anstelle der in Umfangsrichtung orientierten und als Schraubendruckfedern ausgebildeten Vorspannfedern eine bezüglich des zweiten Kompensationselements einerseits und des zweiten Betätigungselements andererseits sich abstützende Spiralfeder umfassen. Die Anschlaganordnung könnte anstelle des an der äußeren Umfangswand des ersten Betätigungselements festgelegten Sicherungsrings durch Umbördeln der äußeren Umfangswand des ersten Betätigungselements nach radial innen bereitgestellt werden. Die Rampenflächen der Rampenformation können zum Verringern von Reibverlusten über Wälzkörper aneinander abgestützt werden und auch für die Sperrschieber können zur Erlangung der Rückstellwirkung andere Federelemente, beispielsweise Schraubendruckfedern oder dergleichen, eingesetzt werden, so dass die Funktionen der Rückstellwirkung einerseits und der Erzeugung der Abdichtwirkung andererseits baulich voneinander entkoppelt werden können.
Bezugszeichenliste

10: Druckfluid-Betätigungsanordnung
12: erstes Betätigungselement
14: Boden
16: innere Umfangswand
18: äußere Umfangswand
20: zweites Betätigungselement
22: Boden
24: Dichtelement
26: innere Umfangswand
28: Dichtelement
30: Druckfluidraum
32: Vorspannelement
34: Drehentkopplungslager
36: Lagerinnenring
38: Kompensationsbaugruppe
40: Lageraußenring
42: Wälzkörper
44: erstes Kompensationselement
46: Drehsicherungsformation
48: zweites Kompensationselement
50: Rampenformation
52: Abstützrampe
54: Rampenfläche
56: Abstützrampe
58: Rampenfläche
60: Vorspannanordnung
62: Vorspannfeder
64: Vorspannfeder
66: Aussparung
68: Anschlaganordnung
69: Sicherungsring
70: Sperranordnung
72: Sperrorgan
74: Sperrschieber
76: Verzahnungsring
78: Sperrverzahnung
80: Schieberkörper
82: Gegen-Sperrverzahnung
84: Schieberöffnung
86: Erweiterung
88: Befestigungsbolzen
90: Rückstellelement
92: Halteelement
94: Kraftspeicher

Claims

Druckfluid-Betätigungsanordnung für eine Reibungskupplung, umfassend - ein erstes Betätigungselement (12) und ein mit dem ersten Betätigungselement (12) eine Druckfluidkammer (30) begrenzendes zweites Betätigungselement (20); wobei durch Einleitung von Druckfluid in die Druckfluidkammer (30) das zweite Betätigungselement (20) bezüglich des ersten Betätigungselements (12) in Richtung einer Bewegungsachse (A) bewegbarbar ist, - ein mit dem zweiten Betätigungselement (20) zur gemeinsamen Bewegung in Richtung der Bewegungsachse (A) gekoppeltes Drehentkopplungslager (34), - eine Kompensationsbaugruppe (38) im Axialabstützweg zwischen dem Drehentkopplungslager (34) und dem zweiten Betätigungselement (20), wobei die Kompensationsbaugruppe (38) umfasst: - ein bezüglich des Drehentkopplungslagers (34) axial abgestütztes erstes Kompensationselement (44), wobei das erste Kompensationselement (44) bezüglich des zweiten Betätigungselements (20) drehfest und axial verlagerbar ist, - ein bezüglich des zweiten Betätigungselements (20) axial abgestütztes zweites Kompensationselement (48), wobei das zweite Kompensationselement (48) bezüglich des zweiten Betätigungselements (20) um die Bewegungsachse (A) drehbar ist, wobei durch Drehung des zweiten Kompensationselements (48) bezüglich des ersten Kompensationselements eine axiale Länge der Kompensationsbaugruppe (38) veränderbar ist, - eine Vorspannanordnung (60) zum Vorspannen des zweiten Kompensationselements (48) zur Drehung bezüglich des zweiten Betätigungselements (20) in einer Vorspann-Drehdichtung, wobei eine Drehung des zweiten Kompensationselements (48) in der Vorspann-Drehrichtung eine Zunahme der Axiallänge der Kompensationsbaugruppe (38) bewirkt und eine Drehung des zweiten Kompensationselements (48) in einer der Vorspann-Drehrichtung entgegengesetzten Nachstell-Drehrichtung eine Abnahme der Axiallänge der Kompensationsbaugruppe (38) bewirkt, - eine Sperranordnung (70) zum Sperren des zweiten Kompensationselements (48) gegen Drehbewegung.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Betätigungselement (12) ein Zylinder ist, und dass das zweite Betätigungselement (20) ein Kolben ist.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, dass das erste Betätigungselement (12) ein Ringzylinder ist, und dass das zweite Betätigungselement (20) ein Ringkolben ist.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kompensationselement (44) und das zweite Kompensationselement (48) ringartig ausgebildet sind.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kompensationselement (44) und das zweite Kompensationselement (48) über eine Rampenformation (50) bezüglich einander abgestützt sind, wobei die Rampenformation (50) an dem ersten Kompensationselement (44) oder/und dem zweiten Kompensationselement (48) wenigstens eine in Umfangsrichtung um die Bewegungsachse sich erstreckende Abstützrampe (52, 56) umfasst.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenformation (50) an dem ersten Kompensationselement (44) oder/und dem zweiten Kompensationselement (48) eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung um die Bewegungsachse sich erstreckenden Abstützrampen (52, 56) umfasst, oder/und dass das erste Kompensationselement (44) und das zweite Kompensationselement (48) im Bereich der Rampenformation (50) über Wälzkörper aneinander abgestützt sind.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannanordnung (60) wenigstens eine zwischen dem zweiten Kompensationselement (48) und dem zweiten Betätigungselement (20) wirkende Vorspannfeder (62, 64) umfasst.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannanordnung (60) wenigstens eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung sich erstreckende Druckfeder umfasst, oder dass die Vorspannanordnung eine Spiralfeder umfasst.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperranordnung (70) wenigstens ein durch den Fluiddruck in der Druckfluidkammer (30) beaufschlagbares Druckfluid-Sperrorgan (72) umfasst.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einen Grenzdruck übersteigendem Fluiddruck in der Druckfluidkammer (30) das wenigstens eine Druckfluid-Sperrorgan (72) in seiner das zweite Kompensationselement (48) gegen Drehung sperrenden Sperrstellung ist.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Druckfluid-Sperrorgan (72) einen durch den Fluiddruck gegen eine Rückstellkraftformation verlagerbaren Sperrschieber (74) umfasst.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sperrschieber (74) im Wesentlichen radial verlagerbar ist, oder/und dass wenigstens ein Sperrschieber (74) im Wesentlichen axial verlagerbar ist.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Druckfluid-Sperrorgan (72) mit dem zweiten Kompensationselement (48) durch Formschluss in Sperrwechselwirkung steht oder bringbar ist, oder dass das wenigstens eine Sperrorgan (72) mit dem zweiten Kompensationselement (48) durch Reibschluss in Sperrwechselwirkung steht oder bringbar ist.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Kompensationselement (48) in Zuordnung zu dem wenigstens einen Druckfluid-Sperrorgan (72) eine Sperrverzahnung (78) vorgesehen ist, und dass an dem wenigstens einen Druckfluid Sperrorgan (72) eine zum Sperren des zweiten Kompensationselements (48) gegen Drehung in Eingriff mit der Sperrverzahnung (78) stehende oder bringbare Gegen-Sperrverzahnung (82) vorgesehen ist.
Druckfluid-Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Betätigungselement (20) über ein Vorspannelement (32) an dem ersten Betätigungselement (12) abstützbar ist.
Druckfluid-Betätigungsanordnungen einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Betätigungselement (20) ein Bewegungsanschlag (68) zur Begrenzung der Bewegung des zweiten Betätigungselements (20) bezüglich des ersten Betätigungselements (12) in Richtung der Bewegungsachse (A) zugeordnet ist.
Kupplungssystem, umfassend eine Reibungskupplung mit einem durch eine Druckfluid-Betätigungsanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Durchführung von Kupplungsbetätigungsvorgängen beaufschlagbaren Kraftspeicher (94).
Kupplungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine gedrückte Kupplung ist, oder/und, dass der Kraftspeicher (94) eine Membranfeder ist.