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Die Erfindung betrifft einen Aktor für eine Kupplungsbetätigungsvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder sonstigen Nutzfahrzeuges, mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse verschiebbar aufgenommenen Hauptkolben, wobei auf dem Hauptkolben wiederum ein schwimmender Kolben relativverschieblich aufgenommen ist und der Hauptkolben mit dem Gehäuse sowie dem schwimmenden Kolben einen Druckraum begrenzt, wobei ein Nehmerzylinderanschluss des Gehäuses in den Druckraum mündet sowie ein Geberzylinderanschluss des Gehäuses in Abhängigkeit der Verschiebestellung des Hauptkolbens und/oder des schwimmenden Kolbens über den Druckraum mit dem Nehmerzylinderanschluss verbindbar ist, einem verschiebend auf den Hauptkolben einwirkenden Motor und einem mit dem Geberzylinderanschluss über einen Verbindungskanal verbundenen Speicherkammer, wobei das die Speicherkammer mit einem ein Volumen des Geberzylinders verstellenden / einstellenden Speicherkolben ausgestattet ist. Zudem betrifft die Erfindung eine Kupplungsbetätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend diesen Aktor, einen Nehmerzylinder und einen Geberzylinder.
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Gattungsgemäßer Stand der Technik ist bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise offenbart die
DE 10 2016 217 826 B3 eine Betätigungsvorrichtung einer Reibkupplung mit einem Aktor. Weiterer Stand der Technik ist aus der
DE 10 2016 217 828 A1 bekannt.
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Somit sind prinzipiell bereits verschiedene gattungsgemäße Aktoren bekannt, die im Betrieb in einer hydraulischen Strecke zwischen einem Geberzylinder und einem Nehmerzylinder eingesetzt sind. Diese Aktoren werden insbesondere für das so genannte „Segeln“ des Fahrzeuges eingesetzt. Rollt / „Segelt“ das Kraftfahrzeug bspw. ohne Betätigung des Beschleunigungs- / Gaspedals vor sich hin, wird der jeweilige Aktor derart angesteuert, dass der Nehmerzylinder durch die aktorinduzierte Verschiebung eines Hydraulikmittels von dem Aktor in den Nehmerzylinder die Kupplung öffnet. Dadurch wirkt wiederum ein geringeres Schleppmoment auf die Räder des Kraftfahrzeuges. Wird während dieses Zustandes, in dem der Aktor selbsttätig (über den Hauptkolben sowie den Elektromotor) den Nehmerzylinder mit Druck beaufschlagt, das entsprechende mit dem Geberzylinder verbundene Kupplungspedal betätigt, wird auch das entsprechende Hydraulikmittel in der hydraulischen Strecke zwischen dem Geberzylinder und dem Aktor verschoben. Hierfür ist letztendlich die Speicherkammer vorhanden, das das aus dem Geberzylinder abgegebene Hydraulikmittel aufnimmt und dazu dient, dem Bediener des Fahrzeuges gleichzeitig eine möglichst originalgetreue Ausrückkraft an dem Kupplungspedal entgegen zu setzen. Demnach erzeugt die Speicherkammer eine simulierte Pedalkraftkennlinie, die der tatsächlichen Pedalkraftkennlinie zum Ausrücken der Kupplung, d.h. zum Betätigen der Tellerfeder der Kupplung, weitestgehend gleich kommt / entspricht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin solch einen Aktor so anzupassen, dass seine Funktionsfähigkeit möglichst verbessert wird, der Bauraumbedarf verringert wird, oder Probleme aus dem Stand der Technik wenigstens verringert werden.
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Gelöst wird die Aufgabe durch einen gattungsgemäßen Aktor nach Anspruch 1 und eine Kupplungsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 9.
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Vorteilhafte Ausführungsformen, bzw. alternative Lösungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, welche auch ohne das Kennzeichen des Anspruchs 1 jeweils Grundlage für ein eigenständiges Schutzbegehren sein können.
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Eine Ausführungsform der Erfindung, bzw. der Erfindungen ist in der einzigen Figur gezeigt:
- Figur: Aktor für eine Kupplungsbetätigung mit Nehmerzylinder- und Geberzylinderanschluss
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In der einzigen Figur ist ein erfindungsgemäßer Aktor
1 in seinem prinzipiellen Aufbau veranschaulicht. Der Aktor
1 ist in dieser Ausführung als so genannter MTplus-Aktor ausgeführt und im Betrieb entlang einer hydraulischen Strecke zwischen einem Geberzylinder und einem Nehmerzylinder einer Betätigungsvorrichtung eingesetzt. Die Betätigungsvorrichtung ist eine Kupplungsbetätigungsvorrichtung und wirkt auf eine Kupplung, nämlich eine Reibkupplung, verstellend ein. Demnach weist der Aktor
1 auf typische Weise an seinem Gesamtgehäuse
8 einen Geberzylinderanschluss
11 auf, an dem im Betrieb der Geberzylinder fluidisch, hier hydraulisch, angebunden ist. Des Weiteren weist das Gesamtgehäuse
8 einen Nehmerzylinderanschluss
15 auf, der fluidisch / hydraulisch mit dem Nehmerzylinder im Betrieb verbunden ist. Somit ist der Aktor
1 im Betrieb entlang der hydraulischen Strecke gesehen in Reihe zu dem Geberzylinder und dem Nehmerzylinder, nämlich zwischen dem Geberzylinder und dem Nehmerzylinder, angeordnet. In diesem Zusammenhang sei auch auf die Funktionsweise der in der
DE 10 2017 122 840 A1 gezeigten Betätigungsvorrichtung verwiesen, welche im Wesentlichen der Funktionsweise des vorliegenden Aktors
1 entspricht. Die
DE 10 2017 122 840 A1 gilt somit für den Aktor
1 als hierin integriert. Nachfolgend werden der Kürze wegen die wesentlichen Unterschiede zu dieser Betätigungsvorrichtung beschrieben.
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Wie in der einzigen Figur erkennbar, ist in dem Gesamtgehäuse 8 des Aktors 1 ein Druckraum 9 ausgebildet. Der Druckraum 9 ist einerseits durch das Gesamtgehäuse 8, andererseits durch einen Zwischenkolben 42 und einen auf ihm verschiebbar aufgenommenen schwimmenden Kolben 43 begrenzt / in seiner Größe einstellbar. Der Zwischenkolben 42 ist mittels eines Spindeltriebes 16 mit dem Motor 22 in Form eines Elektromotors gekoppelt / wirkverbunden. Neben dem Spindeltrieb 16 ist eine Getriebeeinrichtung 17 vorhanden, die ein durch den Motor 22 ausgegebenes Drehmoment wandelt und an eine Spindelmutter, bzw. Mutter 3 überträgt. Mittels der Mutter 3 und der in Eingriff mit der Mutter 3 befindlichen Spindelstange, bzw. Spindel 2 wird das Drehmoment des Motors 22 in eine Verschiebekraft übertragen. Somit wirkt die Mutter 3 durch ihre Verdrehung verschiebend auf die Spindel 2 ein. Die Spindel 2 ist mit dem Zwischenkolben 42 verschiebefest weiter verbunden, sodass durch die Verschiebung der Spindel 2 eine entsprechende Verschiebung des Zwischenkolbens 42 bewirkt wird.
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Der Druckraum 9 ist im Betrieb dauerhaft mit dem Nehmerzylinder verbunden. Hierfür ist im Bereich des Druckraums 9 ein Nehmerzylinderanschluss 15 in dem Gesamtgehäuse 8, insbesondere in dem Geberzylindergehäuse 32, welcher Teil des Gesamtgehäuses 8 ist angeordnet, wobei der Nehmerzylinderanschluss 15 dauerhaft mit dem Druckraum 9 verbunden ist. Ein Geberzylinderanschluss 11 ist über einen in dem Speichergehäuse 33 des Gesamtgehäuses 8 entsprechend eingebrachten / ausgestalteten Verbindungskanal 12 mit dem Druckraum 9 verbindbar. Der Geberzylinderanschluss 11 ist im Betrieb in Abhängigkeit der Verschiebestellung des Zwischenkolbens 42 sowie des schwimmenden Kolbens 43 mit dem Druckraum 9 verbunden. In der einzigen Figur ist der Aktor 1 in einem Ruhezustand (einer Ausgangs(-verschiebe-)stellung) dargestellt. In diesem Ruhezustand ist der schwimmende Kolben 43 in einer Ausgangslage an dem Zwischenkolben 42 angeordnet. Der Zwischenkolben 42 ist in einer solchen Verschiebestellung / Position angeordnet, dass der Geberzylinderanschluss 11 über den Verbindungskanal 12 mit dem Druckraum 9 hydraulisch verbunden ist. Hierüber ist ein Strömungsweg des Druckmittels von dem Geberzylinderanschluss 11 über den Druckraum 9 hin zu dem Nehmerzylinder gut zu erkennen. Erkennbar sind weiter der Zwischenkolben 42 und der schwimmende Kolben 43, wobei der schwimmende Kolben 43 dem Zwischenkolben 42 zuzuordnen ist, so angeordnet, dass ein Druckmittel / -fluid über eine zwischen dem schwimmenden Kolben 43 und dem Geberzylindergehäuse 32 gebildete Schnüffelöffnung 34 in den Druckraum 9 hinein bzw. aus diesem hinaus strömen kann. Insbesondere kann der Zwischenkolben 43 in einen Grundkörper / Kolbengrundkörper sowie dem darauf verschiebbar angeordneten schwimmenden Kolben 43 aufgeteilt werden.
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In einer Verschiebestellung des Aktors 1 ist der Zwischenkolben 42 (zusammen mit dem schwimmenden Kolben 43) derart in Richtung des Nehmerzylinderanschlusses 15 verschoben, dass der Geberzylinderanschluss 11 / Verbindungskanal 12 von dem Druckraum 9 abgetrennt ist. Auch sei darauf hingewiesen, dass sich bei einem Verschieben des schwimmenden Kolbens 43 relativ zu dem Zwischenkolben 42 der Druckraum 9 von dem Geberzylinderanschluss 11 / Verbindungskanal 12 abtrennt. Ein Zwischenraum zwischen einer dem Druckraum 9 abgewandten Seite des schwimmenden Kolbens 43 und dem Zwischenkolben 42 dient dann als zusätzlicher Speicherraum / Aufnahmeraum zum Ausgleich des von dem Geberzylinder hin zu dem Druckraum 9 strömenden Druckmittel. In diesen beiden ersten und zweiten Verschiebestellungen wirkt lediglich der Zwischenkolben 42 (Stirnseite des Zwischenkolbens 42 und des schwimmenden Kolbens 43) auf das zwischen dem Zwischenkolben 42 und dem Nehmerzylinder befindliche Hydraulikmittel ein.
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Es ist auch erkennbar, dass, um dem Fahrer bei Betätigung eines auf den Geberzylinder einwirkenden Kupplungspedals eine möglichst originalgetreue Simulation einer idealen Pedalkraftkennlinie entgegenzubringen / darzubieten, erfindungsgemäß eine Speicherkammer 13 vorhanden ist. Die Speicherkammer 13 ist mit einem Speicherkolben 14 ausgestattet. Die Speicherkammer 13 ist über einen Verbindungskanal 12a mit dem Geberzylinderanschluss 11 verbunden. Da der Verbindungskanal 12a zudem mit dem Verbindungskanal 12 verbunden ist, ist das die Speicherkammer 13 ebenfalls mit dem Druckraum 9 bzw. dem Zwischenraum (je nach Verschiebestellung des Zwischenkolbens 42 und/oder des schwimmenden Kolbens 43) verbunden. Die Speicherkammer 13 dient insbesondere dazu, dass, wenn der Zwischenkolben 42 den Druckraum 9 zu dem Geberzylinderanschluss 11 abtrennt und der Fahrer dennoch das Kupplungspedal betätigt, das sich zwischen Geberzylinder und Aktor 1 verschiebende Hydraulikmittel in der Speicherkammer 13 zwischengespeichert wird, wobei am Kupplungspedal möglichst die gleiche Pedalkraftkennlinie simuliert wird, wie sie bei geöffnetem Druckraum 9 hin zum Geberzylinderanschluss 11 umgesetzt wird (entsprechend der Kraft-Weg-Kennlinie eines Ausrückelementes, wie einer Tellerfeder, der Kupplung). Der Speicherkolben 14 ist mittels einer Federeinrichtung 25 (Druckfeder / Schraubendruckfeder) in eine Einfahrrichtung (in einen Zustand, in dem ein Volumen des Druckmittelreservoirs 9 minimal ist) vorgespannt.
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Nach der Übernahme der Kupplungsbetätigung seitens des Kupplungspedals durch den Fahrer und Zurückfahren der Antriebseinheit 30 mit Spindel 2, erfolgt nur das Zurückstellen des Zwischenkolbens 42 in seine Ausgangsstellung. Der schwimmende Kolben 43 bleibt weiterhin durch die Kupplungsbetätigung des Fahrers verschoben, bis dieser die Kupplung einrückt. Daher bleibt auch weiterhin die direkte hydraulische Verbindung zwischen Geberzylinder / Geberzylinderanschluss 11 und Druckraum 9 verschlossen. Die Speicherkammer 13 entleert sich und verkleinert durch das Einfahren des Speicherkolbens 14 sein Volumen, indem das Druckmittel / Fluid entweder in den entsprechenden Bereich der hydraulischen Strecke zwischen Geberzylinder und Aktor 1 oder in den Zwischenraum, der sich nach der Fahrerübernahme durch die Trennung von Zwischenkolben 42 und schwimmendem Kolben 43 bildet, strömt.
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In Abhängigkeit der Verschiebestellung des Zwischenkolbens 42 sowie des schwimmenden Kolbens 43 wird das aus der Speicherkammer 13 ausgeströmte Druckmittel je nach Betätigung des Geberzylinders entweder dem Geberzylinderanschluss 11 bzw. dem zwischen dem schwimmenden Kolbens 43 und dem Zwischenkolben 42 ausgebildeten Zwischenraum über den Verbindungskanal 12 zugeführt. Das vor der Fahrerübernahme durch den Aktor 1 über den Zwischenkolben 42 und schwimmenden Kolben 43 (nach dem Schließen der Schnüffelöffnung 34 durch die Dichtung des schwimmenden Kolbens 43) zwischen dem Aktor 1 und dem Nehmerzylinder eingeschlossene Fluid wird solange gleich bleiben, bis der schwimmende Kolben 43 die Schnüffelöffnung 34 wieder frei gibt. Der schwimmende Kolben 43 dient dazu, ein Überdrücken der Kupplung zu verhindern.
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Zum Betrieb des MT+-Aktors sind die Wirkungsgrade und die Reibung der an der Funktion beteiligten Bauteile so ausgelegt, dass der MT+-Aktor 1 mit der Kupplungskraft passiv selbstöffnend ist, d.h. ohne Bestromung fährt der MT+-Aktor 1 in seine Ruheposition zurück.
Axialen Bauraumoptimierend ist der Motor 22 der Antriebseinheit 30 parallel versetzt zur Spindel 2 angeordnet.
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Die Motorwelle 50 des Motors 22 überträgt über eine Verzahnung 41 der Mutter 3 der Spindel 2 Drehmoment auf die Spindel 2 zum axialen Verschieben von Kolben 42,43 zum Betätigen eines hier nicht dargestellten Nehmerzylinders.
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Der Schweißring 7 sichert das Lager 5 axial spielfrei. Die Axialkraft wird über die Spindel 2 auf den Schweißring 7 und weiter über das Lager 5 auf das Gehäuse 6 übertragen. Der Schweißring 7 sichert das Lager 5 axial. Der Schweißring 7 ist ultraschallgeschweißt mit der Mutter 3 verbunden.
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Zur Gewährleistung der translatorischen Bewegung der Spindel 2 ist eine Drehmomentabstützung 10 vorgesehen. Diese besteht aus einem Stift und zwei Gleitsteinen, welche sich im Gehäuse abstützen. Die Gleitsteine sind aus Kunststoff, während das Gehäuse 6 aus Aludruckguss besteht. Mittels dieser Gleitpaarung kann eine geräuscharme und verschleißarme Abstützung realisiert werden. Hierbei wird außerdem ein kurzer Kraftfluss ermöglicht.
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Bei Krafteintrag in die Spindel 2 wird diese über die Verzahnung 41 der Mutter 3 und die Drehmomentabstützung 10 ausgerichtet. Die Spindel 2 weist an ihrem, der Drehmomentabstützung 10 gegenüberliegendem Ende eine kugelförmige Kontaktstelle 40 auf. Hierdurch wirkt die Kontaktstelle 40 wie ein Kardangelenk auf den Zwischenkolben 42. Dadurch kann eine überbestimmte Lagerung der Spindel 2 vermieden werden, da ein zusätzlicher Freiheitsgrad erzeugt wird.
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Es ist ein Lagerträger 20 für das Festlager 21 des Motors 22 vorgesehen. Der Lagerträger 20 ist aus Aluminium, insbesondere Druckguss hergestellt und gewährleistet die axiale Sicherung des Festlagers 21 ohne zusätzliches Bauteil. Der Lagerträger 20 ist mittels einer Presspassung im Gehäuse 6 eingebracht. Der Lagerträger 20 ermöglicht eine geringe Abschirmung des durch den Sensormagneten/Rotorlagemagneten 23 erzeugten Magnetfeldes und stellt gleichzeitig eine Wärmesenke und Zentrierung für die Platine 24 dar.
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Bei der Montage ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit 30 zusammengebaut wird, bevor das Gehäuse 6 mit dem Hydraulikkopf 31 verbunden wird. Hierbei werden alle Bestandteile der Antriebseinheit 30 einseitig in das Gehäuse 6 eingeführt. Dieses gilt insbesondere für den Motor 22, der als Unterzusammenbau in Verbindung mit dem Gehäuse (6) vorliegt. Die so aufgebaute Antriebseinheit 30 ist einzeln prüfbar. Die Antriebseinheit 30 ist als Unterzusammenbau aufbaubar und einzeln prüfbar. Hierdurch können Montagekosten eingespart werden, eine Wendeoperation ist nicht notwendig, da die Montage, inklusive aller Klebeprozesse nur von einer Seite erfolgt. Durch die Prüfungsmöglichkeit dieser Antriebseinheit 30 alleine, kann der Gesamtausschuss reduziert werden.
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Der Hydraulikkopf 31 besteht aus dem Geberzylindergehäuse (AMC-Gehäuse) 32 und einem Speichergehäuse 33, welches axial zwischen dem Gehäuse 6 und dem Geberzylindergehäuse 32 angeordnet ist. Gehäuse 6, Speichergehäuse 33 und Geberzylindergehäuse 32 bilden dann zusammengesetzt das Gesamtgehäuse 8.
Zwischen dem schwimmenden Kolben 43 und dem Geberzylindergehäuse 32 ist eine Dichtung 44 vorgesehen. Diese Primärdichtung 44 dichtet beidseitig mit nur einer Dichtlinie ab (in 2D-Darstellung mit nur einem Dichtpunkt). Unabhängig von der genauen Ausführungsform der Dichtung ist vorgesehen, dass ein Abstützring ein geberseitiges Überströmen der Dichtung 44 verhindert. Die Dichtung 44 kann z.B. zweiteilig mit einem zusätzlichen O-Ring oder einteilig als massive Lippendichtung aufgebaut sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktor
- 2
- Spindel
- 3
- Mutter
- 4
- Zahnrad
- 5
- Lager
- 6
- Gehäuse
- 7
- Schweißring
- 8
- Gesamtgehäuse
- 9
- Druckraum
- 10
- Drehmomentstütze
- 11
- Geberzylinderanschluss
- 12, 12a
- Verbindungskanal
- 13
- Speicherkammer
- 14
- Speicherkolben
- 15
- Nehmerzylinderanschluss
- 16
- Spindeltrieb
- 17
- Getriebeeinrichtung
- 20
- Lagerträger
- 21
- Festlager
- 22
- Motor
- 23
- Rotorlagemagnet
- 24
- Platine
- 25
- Federeinrichtung
- 30
- Antriebseinheit
- 31
- Hydraulikkopf
- 32
- Geberzylindergehäuse
- 33
- Speichergehäuse
- 34
- Schnüffelöffnung
- 40
- Kontaktstelle
- 41
- Verzahnung
- 42
- Zwischenkolben
- 43
- schwimmender Kolben
- 44
- Dichtung
- 45
- Abstützring
- 50
- Motorwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016217826 B3 [0002]
- DE 102016217828 A1 [0002]
- DE 102017122840 A1 [0008]
