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Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetriebenen Kupplungsaktuator zur Erzeugung einer Ausrückkraft für die Betätigung einer Reibkupplung eines Fahrzeuges, insbesondere Nutzfahrzeuges, umfassend einen in einem Aktuatorgehäuse axial verschiebbar untergebrachten Kolben, der mit einem nach außen führenden Übertragungsmittel zur Kupplungsbetätigung in Verbindung steht, wobei zumindest eine Seite des Kolbens eine Druckkammer begrenzt, die über eine Ventilanordnung mit Druckmittel zur Betätigung des Kolbens in Ausrückrichtung beaufschlagbar ist.
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf die Kraftfahrzeugtechnik, vorzugsweise auf die Nutzfahrzeugtechnik. Wie bei Kraftfahrzeugen generell üblich, dient die Fahrzeugkupplung dem Trennen und Unterbrechen des Leistungsflusses zwischen dem Fahrzeugmotor und dem Getriebe, insbesondere beim Anfahren sowie beim Schalten. Hierfür umfasst die Fahrzeugkupplung gewöhnlich eine dem Motor und eine dem Getriebe zugeordnete Kupplungsscheibe. Beide Kupplungsscheiben sind mit Reibbelägen versehen und werden im geschlossenen Zustand der Fahrzeugkupplung durch eine Kupplungsreaktionskraft, die gewöhnlich durch eine Tellerfeder bereitgestellt wird, aneinandergedrückt. Ein Kupplungsaktuator überträgt eine der Kupplungsreaktionskraft entgegengesetzte Ausrückkraft auf die Fahrzeugkupplung. Dadurch können die Kupplungsscheiben voneinander getrennt werden, so dass der Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe unterbrochen wird.
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Stand der Technik
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Die Druckmittelbeaufschlagung des Kupplungsaktuators kann nach dem allgemein bekannten Stand der Technik beispielsweise über einen sogenannten Geberzylinder erfolgen, welcher mit dem Kupplungspedal betätigt wird, um einen hydraulischen Druck auf den als Nehmerzylinder dienenden Kupplungsaktuator auszuüben. Daneben finden sich besonders bei automatisierten Schaltgetrieben, sogenannten AMT-Getrieben, auch technische Lösungen, welche im Sinne einer elektromechanischen Lösung auf einer elektromagnetischen Ventilanordnung zur Druckmittelansteuerung des Kupplungsaktuators basieren. Die Ventilanordnung wird derart von einem elektronischen Getriebesteuergerät ansteuert, dass nach Maßgabe des benötigten Kupplungswegs eine Beaufschlagung oder Entlastung der Druckkammer des Kupplungsaktuators erfolgt. Die vorliegende Erfindung widmet sich einer Verbesserung dieses letztgenannten Betätigungsprinzips.
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Aus der
DE 10 2016 117 091 A1 geht ein gattungsgemäßer druckmittelbetätigbarer Kupplungsaktuator hervor, welcher hier als pneumatisch betätigbarer Zentralausrücker ausgebildet ist. Zur Aufnahme eines Ringkolbens weist das Aktuatorgehäuse eine in etwa topfförmige Gestalt auf und ist mit einer zentralen koaxialen Gehäusehülse versehen, durch welche eine Getriebeeingangswelle verläuft, welche abtriebsseitig an die Fahrzeugkupplung angekoppelt ist. Vom Ringkolben aus verläuft ein aus dem Aktuatorgehäuse hinausführendes Übertragungsmittel, das auf ein Ausrücklager wirkt, welches die Betätigungskraft auf eine Tellerfeder der Fahrzeugkupplung weiterleitet. Die Tellerfeder bringt dabei auch die Rückstellkraft für den Kupplungsaktuator auf. Die Betätigungskraft wird dagegen durch eine Druckmittelbeaufschlagung einer Druckkammer erzeugt, welche von der Innenseite des Aktuatorgehäuses und dem Ringkolben begrenzt wird. Zur Druckmittelbeaufschlagung dient eine aus zwei 2/2-Wegeventilen ausgebildete Ventilanordnung, wobei das eine Wegeventil als Belüftungsventil fungierend nach Maßgabe einer Steuerung nach Umschalten von einer Sperrstellung in eine Durchlassstellung die Druckkammer mit einem von einer Druckluftquelle bereitgestellten Speisedruck befüllt. Das andere Wegeventil fungiert als Entlüftungsventil und dient nach Umschalten aus einer Sperrstellung in eine Durchlassstellung der Entlüftung der Druckkammer, indem die hierin enthaltene Druckluft an die Atmosphäre abgeführt wird. Die abgeführte Druckluft wird bei der in diesem Stand der Technik offenbarten technischen Lösung über eine Reinigungskammer des Kupplungsaktuators nach außen abgeführt.
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Die der Druckmittelbeaufschlagung dienende Ventilanordnung ist gewöhnlich über eine Arbeitsdruckleitung und im vorliegenden Fall über eine weitere Abluftleitung mit dem Aktuatorgehäuse zu verbinden. Dies erfordert einen entsprechenden Bauteil- und Montageaufwand.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen druckmittelbetriebenen Kupplungsaktuator der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass eine zuverlässige Druckmittelbeaufschlagung mit reduziertem Bauteil- und Montageaufwand realisierbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird ausgehend von einem druckmittelbetriebenen Kupplungsaktuator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die der Druckmittelbeaufschlagung der Druckkammer eines Kupplungsaktuators dienende Ventilanordnung aus mindestens einem Einzelventil, beispielsweise ein 3/2-Wegeventil, besteht, das in eine hierzu korrespondierende und von außen her zugängliche Aufnahmeausnehmung des Aktuatorgehäuses zumindest teilweise eingesetzt ist und über mindestens einen im Aktuatorgehäuse ausgebildeten und von der Aufnahmeausnehmung ausgehenden Druckmittelkanal mit der Druckkammer des Kupplungsaktuators verbunden ist.
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Insgesamt ergibt sich hierdurch eine besonders kompakt bauende Anordnung und der Verrohrungsaufwand zwischen einer Ventilanordnung und dem Kupplungsaktuator entfällt. Es ist als einzige fluidische Verbindung lediglich eine Speisedruckleitung an den Kupplungsaktuator anzubringen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Geräteventilanordnung mindestens zwei als 2/2-Wegeventile ausgebildete Einzelventile, wovon mindestens ein erstes Einzelventil als Belüftungsventil und mindestens ein zweites Einzelventil als Entlüftungsventil ausgebildet ist. Wird anstelle von Druckluft ein hydraulisches Betriebsmedium verwendet, so versteht sich das Belüftungsventil als Befüllungsventil und das Entlüftungsventil als Ablassventil.
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Vorzugsweise sind alle Einzelventile der Ventilanordnung in Patronenbauweise ausgeführt, die über Haltemittel, insbesondere einen Haltebügel, lösbar am Aktuatorgehäuse befestigt sind. Hierdurch lassen sich die Einzelventile zügig montieren und demontieren, was insbesondere die Wartung oder einen Austausch im Reparaturfall vereinfacht. Im Rahmen der besagten Patronenbauweise bestehen die Einzelventile jeweils im Wesentlichen aus einem elektromagnetischen Aktuator, an dessen Anker ein Dichtelement zur Ventilsitzbetätigung angeordnet ist. Der Ventilsitz selbst und die zu- und abführenden Druckmittelkanäle sind dagegen seitens des Aktuatorgehäuses ausgebildet, vorzugsweise hieran direkt angeformt.
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Zur Reduzierung der Variantenvielfalt wird ferner vorgeschlagen, dass alle Einzelventile der Ventilanordnung dieselbe Gehäusegeometrie aufweisen. Die Funktionsfestlegung auf Belüftungs- oder Entlüftungsventil erfolgt durch die in die Aufnahmeausnehmungen integrierte fluidische Kanalführung.
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Vorzugsweise sind die Einzelventile der Ventilanordnung am äußeren Mantelbereich des Aktuatorgehäuses angeordnet. Somit stehen die Einzelventile in Radialrichtung vom Aktuatorgehäuse ab und vergrößern dieses nicht in Axialrichtung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Längsachsen der Einzelventile der Ventilanordnung orthogonal zur Längsachse des Aktuatorgehäuses und des hierzu koaxialen Kolbens.
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Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Ventilanordnung neben dem Belüftungsventil und dem Entlüftungsventil mindestens zwei weitere Einzelventile umfasst, welche jeweils als weiteres Belüftungsventil und weiteres Entlüftungsventil ausgebildet sind. Hinsichtlich der Belüftung und der Entlüftung sind die einzelnen Be- und Entlüftungsventile zueinander parallel geschaltet und weisen vorzugsweise unterschiedliche Nennweiten auf. Dies bildet die Voraussetzung dafür, durch koordinierte Ansteuerung der einzelnen Be- und Entlüftungsventile unterschiedliche Strömungsquerschnitte zu realisieren, damit der Kupplungsaktuator je nach Ansteuerung in der Lage ist, die Ausrückkraft unterschiedlich schnell zu erzeugen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Ventilanordnung aus genau vier Einzelventilen, wovon ein Paar Belüftungsventile sowie ein Paar Entlüftungsventile mit paarweise unterschiedlichen Nennweiten drei verschiedene Strömungsquerschnitte realisieren. Werden beispielsweise zwei Belüftungsventile verwendet, wovon ein Belüftungsventil eine kleine Nennweite und das andere Belüftungsventil eine demgegenüber größere Nennweite aufweist, so lässt sich ein kleiner Strömungsquerschnitt bei Betätigung des Belüftungsventils mit der kleinen Nennweite erzielen; wird das Ventil mit der größeren Nennweite einzeln betätigt, so lässt sich hierdurch ein mittlerer Strömungsquerschnitt realisieren und der größte Strömungsquerschnitt entsteht durch gleichzeitige Betätigung beider Belüftungsventile. Dasselbe gilt analog auch für die Entlüftungsventile.
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Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße druckmittelbetriebene Kupplungsaktuator in der Bauform eines Zentralausrückers ausgebildet, um mittels eines zentralen Durchbruchs einen um eine Getriebeeingangswelle angeordneten Kupplungssteller zu betätigen. Der Kupplungsaktuator eignet sich vorzugsweise für die Betätigung einer Nutzfahrzeugkupplung, ist auf dieses Einsatzgebiet jedoch nicht beschränkt.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 einen schematischen Längsschnitt einer Fahrzeugkupplung mit druckmittelbetriebenem Kupplungsaktuator, welcher als Zentralausrücker ausgebildet ist,
- 2 einen Teillängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen druckmittelbetriebenen Kupplungsaktuator mit hieran integrierter Ventilanordnung, und
- 3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Ventilanordnung am Kupplungsaktuator.
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Gemäß 1 besteht die als Tellerfederkupplung ausgebildete Fahrzeugkupplung im Wesentlichen aus einer ringförmigen Druckplatte 1, einer ebenso ringförmigen Gegendruckplatte 2 sowie einer in Axialrichtung auf die Druckplatte 2 einwirkende Tellerfeder 7, die in einem gemeinsamen Kupplungsgehäuse 3 untergebracht sind. Diese Anordnung ist koaxial mit einer - von einem nicht weiter dargestellten - Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs kommenden Kurbelwelle 4 drehsteif verbunden.
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Zwischen der axial mit einer Betätigungs- und Lösekraft beaufschlagbaren Druckplatte 1 und der hiermit korrespondierenden Gegendruckplatte 2 ist eine Kupplungsscheibe 5 angeordnet, die zentral und koaxial mit einer Getriebeeingangswelle 6 des - hier nicht weiter dargestellten - Fahrzeuggetriebes drehsteif verbunden ist. Die Getriebeeingangswelle 6 verläuft koaxial zur Kurbelwelle 4.
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Im eingekuppelten Zustand drückt die Tellerfeder 7 die zugeordnete Druckplatte 1 zur Gegendruckplatte 2 hin, so dass die Kupplungsscheibe 5 zwischen der Druckplatte 1 und der Gegendruckplatte 2 eingeklemmt ist und ein Drehmoment zwischen der Kurbelwelle 4 und der Getriebeeingangswelle 6 reibschlüssig überträgt.
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Zum Auskuppeln wird die Druckplatte 1 mittels Betätigung der Tellerfeder 7 von der Gegendruckplatte 2 weg bewegt, so dass die Kupplungsscheibe 5 freigegeben wird. Die um die gemeinsame Drehachse drehbare Tellerfeder 7 ist über ein Ausrücklager 8 mit einem relativ zum Kraftfahrzeug nicht drehenden druckmittelbetriebenen Kupplungsaktuator 10 verbunden.
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Gemäß 2 umfasst der Kupplungsaktuator 10 einen in einem Aktuatorgehäuse 11 axial verschiebbar untergebrachten ringförmigen Kolben 12, der mit einem nach außen führenden Übertragungsmittel 13 unmittelbar oder mittelbar in Verbindung steht. Das Übertragungsmittel 13 greift an das Ausrücklager 8 an, um hierüber die Kupplung zu betätigen, das heißt zu öffnen. Eine Seite des ringförmigen Kolbens 12 grenzt an eine Druckkammer 14, die über eine Ventilanordnung 15 mit Druckmittel zur Betätigung des ringförmigen Kolbens 12 in Ausrückrichtung beaufschlagbar ist. Ferner beinhaltet die Druckkammer 14 auch eine Vorspannfeder 16 zur Aufbringung einer Vorspannkraft auf die Fahrzeugkupplung, die jedoch so klein ist, dass keine Betätigung hierdurch erfolgt.
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Der ringförmige Kolben 12 wirkt außenradial über einen Führungsring 17 mit der Innenwandung des Aktuatorgehäuses 11 zusammen. Ein axial benachbart hiervon in Richtung Druckmittelkammer 14 angeordneter Dichtring 18 dient der dynamischen Abdichtung zwischen Aktuatorgehäuse 11 und ringförmigem Kolben 12. Radial innenseitig ist der ringförmige Kolben 12 über einen inneren Führungsring 19 mit axial benachbarten innerem Dichtring 22 an einem hülsenförmigen Ansatz des Aktuatorgehäuses 11 geführt und demgegenüber dynamisch abgedichtet, welcher einen zentralen Durchbruch 21 durch das Aktuatorgehäuse 11 schafft, durch welchen die Getriebeeingangswelle 6 verläuft.
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Die Ventilanordnung 5 am Aktuatorgehäuse 11 ist aus mehreren Einzelventilen 15a und 15b zusammengesetzt, die in jeweils hierzu korrespondierende Aufnahmeausnehmungen 23a bis 23b am Aktuatorgehäuse 11 eingesetzt sind. Ein jeweils umgreifender Haltebügel 24a bzw. 24b sorgt für die lösbare Befestigung der Einzelventile 15a und 15b am Aktuatorgehäuse 11.
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Im Aktuatorgehäuse 11 sind außerdem Druckmittelkanäle 25a und 25b ausgebildet, welche eine arbeitsleitungsseitige Verbindung zwischen der hier zugeordneten Aufnahmeausnehmung 23a bzw. 23b und der Druckkammer 14 schaffen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Ventilanordnung 15 zwei 2/2-Wegeventile in Patronenbauweise, wovon das erste dieser Einzelventile 15a als Belüftungsventil und das zweite Einzelventil 15b als Entlüftungsventil ausgebildet ist, um nach Maßgabe einer die Ventilanordnung 15 ansteuernden elektronischen Steuerung entweder eine Belüftung der Druckkammer 14 oder eine Entlüftung derselben vorzunehmen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Einzelventile 15a und 15b der Ventilanordnung 15 am äußeren Mantelbereich 26 des Aktuatorgehäuses 11 angeordnet und erstrecken sich insoweit in Radialrichtung vom Aktuatorgehäuse 11 aus nach außen.
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Die 3 illustriert schematisch eine Abwandlung einer Ventilanordnung, bei der neben den beiden vorstehend erwähnten Einzelventilen 15a und 15b zur Belüftung bzw. zur Entlüftung zwei weitere Einzelventile 15a' und 15b' vorhanden sind, welche als weiteres Belüftungsventil bzw. Entlüftungsventil dienen. Dabei weisen die zueinander parallel geschalteten Einzelventile 15a und 15a' zur Belüftung unterschiedliche Nennweiten auf, um verschiedene Strömungsquerschnitte durch entsprechend koordinierte Ansteuerung zu realisieren. Dasselbe gilt analog auch hinsichtlich der anderen beiden Einzelventile 15b und 15' der Entlüftung.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel mit der auf die Ventilanordnung bezogenen Abwandlung. Es sind vielmehr auch weitere Abwandlungen denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mitumfasst sind. So ist es beispielsweise auch denkbar, dass der Kupplungsaktuator nicht in der Bauform eines Zentralausrückers ausgebildet ist, sondern die Betätigungskraft über ein Gestänge auf die Fahrzeugkupplung überträgt. Ferner kann der Kupplungsaktuator pneumatisch oder hydraulisch betreibbar sein, so dass im Hinblick auf die Ventilanordnung sowohl pneumatische als auch hydraulische Einzelventile zur Erfüllung des erfindungsgemäßen Zwecks zum Einsatz kommen können. Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Kupplungsaktuator bei Nutzfahrzeugen eingesetzt und pneumatisch betrieben, da pneumatische Energie dort in der Regel bereits für den Betrieb der Bremsanlage zur Verfügung steht und insoweit auch für andere Anwendungen nutzbar gemacht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckplatte
- 2
- Gegendruckplatte
- 3
- Kupplungsgehäuse
- 4
- Kurbelwelle
- 5
- Kupplungsscheibe
- 6
- Getriebeeingangswelle
- 7
- Tellerfeder
- 8
- Ausrücklager
- 10
- Kupplungsaktuator
- 11
- Aktuatorgehäuse
- 12
- Kolben
- 13
- Übertragungsmittel
- 14
- Druckkammer
- 15
- Ventilanordnung
- 16
- Vorspannender
- 17
- äußerer Führungsring
- 18
- äußerer dynamischer Dichtring
- 19
- innerer Führungsring
- 20
- Zentralhülse
- 21
- Durchbruch
- 22
- innerer Dichtungsring
- 23
- Aufnahmeausnehmung
- 24
- Haltebügel
- 25
- Druckmittelkanal
- 26
- Mantelfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016117091 A1 [0004]
