DE102020203822A1

DE102020203822A1 - Hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung eines Lamellenschaltelementes

Info

Publication number: DE102020203822A1
Application number: DE102020203822.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Stammberger; Peter Streipardt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-09-30

Abstract

Es wird eine hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung mit einem Lamellenschaltelement mit einem mit einer Hydraulik- oder Pneumatikversorgung verbundenen Betätigungszylinder (8) zum Betätigen eines Lamellenpaketes des Lamellenschaltelementes vorgeschlagen, wobei ein doppeltwirkender Betätigungszylinder (8) mit einem ersten, einer ersten Kolbenfläche (9) zugeordneten Druckraum (10) und einem zweiten, einer zweiten Kolbenfläche (11) zugeordneten Druckraum (12) vorgesehen ist, wobei die beiden Kolbenflächen (9, 11) unterschiedliche Wirkflächen aufweisen, wobei der erste Druckraum (10) und der zweite Druckraum (12) während einer ersten Betätigungsphase zum Überwinden eines Lüftspieles bei dem Lamellenpaket miteinander verbunden sind und wobei der erste Druckraum (10) und der zweite Druckraum (12) während einer zweiten Betätigungsphase zum Schließen des Lamellenschaltelementes voneinander getrennt sind. Zudem wird ein Verfahren zum Betätigen der hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung vorgeschlagen. Ferner wird ein Fahrantrieb mit der hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung vorgeschlagen. Schließlich wird ein Flurförderfahrzeug oder Baumaschinenfahrzeug mit dem Fahrantrieb vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung eines Lamellenschaltelementes. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betätigen der Betätigungsanordnung und einen Fahrantrieb mit der hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung sowie ein Flurförderfahrzeug oder eine Baumaschine mit dem Fahrantrieb.
Eine derartige hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung ist beispielsweise in einem Getriebe oder einer Achse eines Fahrzeuges verbaut, wobei ein Lamellenpaket des Lamellenschaltelementes durch Öl geschmiert und gekühlt wird. Das vorhandene Öl zwischen den Lamellen des Lamellenpaketes verursacht Schleppverluste, die durch Scherung des zwischen den Reibpartnern befindlichen Öls der Lamellen des Lamellenpaketes entstehen. Das Lamellenpaket besteht aus Außenlamellen und Innenlamellen, die axial verschiebbar angeordnet sind und durch entsprechende axiale Betätigung gegeneinander verpresst werden, sodass eine reibschlüssige bzw. kraftschlüssige Verbindung im geschalteten Zustand des Lamellenschaltelementes bewirkt wird. Im geöffneten Zustand des Lamellenschaltelementes ist zwischen den Lamellen ein axiales Spiel vorgesehen, welches als Lüftspiel bezeichnet wird. Dennoch wirkt, sobald eine Differenzdrehzahl zwischen den Lamellen des Lamellenpaketes vorhanden ist, ein unerwünschtes Schleppmoment. Um das Schleppmoment zu reduzieren, sind vielerlei Möglichkeiten denkbar. Insbesondere kann das Schleppmoment durch die Vergrößerung des Lüftspieles bei dem Lamellenpaket verringert werden, indem die Scherkräfte zwischen den Lamellen des Lamellenpaketes verringert werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass durch die Erhöhung des Lüftspieles auch der Betätigungsweg des Lamellenschaltelementes zum Schalten bzw. Schließen erhöht wird, wodurch auch das Betätigungsvolumen des Hydraulikmittels bzw. Pneumatikmittels in unerwünschter Weise vergrößert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Betätigungsanordnung und ein Verfahren zum Betätigen der Betätigungsanordnung sowie ein Fahrantrieb mit der Betätigungsanordnung sowie ein Flurförderfahrzeug oder ein Baumaschinenfahrzeug mit dem Fahrantrieb zu schaffen, bei denen ein möglichst geringes Betätigungsvolumen bei möglichst geringem Schleppmoment realisiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 11 bzw. 13 bzw. 14 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
Somit wird eine hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung eines Lamellenschaltelementes mit einem mit einer Hydraulik- oder Pneumatikversorgung verbundenen Betätigungszylinder zum Betätigen eines Lamellenpaketes des Lamellenschaltelementes vorgeschlagen. Die Betätigungsanordnung umfasst einen doppelt wirkenden Betätigungszylinder mit einem ersten, einer Kolbenfläche zugeordneten Druckraum und einem zweiten, einer zweiten Kolbenfläche zugeordneten Druckraum, wobei die beiden Kolbenflächen unterschiedliche Wirkflächen aufweisen, wobei der erste Druckraum und der zweite Druckraum während einer ersten Betätigungsphase zum Überwinden eines Lüftspieles bei dem Lamellenpaket miteinander verbunden sind und wobei der erste Druckraum und der zweite Druckraum während einer zweiten Betätigungsphase zum Schließen des Lamellenschaltelementes voneinander getrennt sind.
Auf diese Weise wird ein Differentialzylinder als doppelwirkender Betätigungszylinder vorgeschlagen, bei dem der Differentialeffekt, d. h. das Beaufschlagen zweier Kolbenflächen abschaltbar ist. Aufgrund der unterschiedlich dimensionierten Wirkflächen ist es möglich, bei einem geringen ersten Betätigungsdruck, der ausreichend zur Überwindung des Lüftspieles bei dem Lamellenpaket ist, beide miteinander verbundenen Druckräume des Differentialzylinders bzw. des Betätigungszylinders mit Hydraulik- oder Pneumatikmittel zu beaufschlagen. Mit einem geringen Betätigungsvolumen kann ein großer Kolbenweg bzw. Betätigungsweg zurückgelegt werden und somit das Lüftspiel überwunden werden. Die Kolbenkraft ist gering, aber zur Überwindung des Lüftspieles ausreichend. Wird beispielsweise ein definierter Betätigungsdruck bzw. ein definierter Betätigungsweg überschritten, so können die beiden Druckräume voneinander getrennt werden. Einer der Druckräume wird weiter mit einem zweiten Betätigungsdruck beaufschlagt, der höher als der erste Betätigungsdruck ist. Während der andere Druckraum drucklos geschaltet oder mit einem deutlich geringeren Druck als den Betätigungsdruck beaufschlagt wird. Dadurch steht die volle Kolbenfläche für die Betätigung zur Verfügung. Die Betätigungskraft ist entsprechend groß. Der Kolbenweg je Betätigungsvolumen ist gering, da das Lüftspiel aber bereits überwunden ist, ist in diesem Betriebszustand nur ein sehr kleiner Kolbenweg bzw. Betätigungsweg zurückzulegen, um z. B. Nachgiebigkeiten der Betätigung auszugleichen.
Demzufolge kann bei gleicher Kolbenkraft mit der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung das erforderliche Hydraulikmittel- oder Pneumatikmittelvolumen um einen Faktor > 10 reduziert werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei Bedarf das Lüftspiel zum Reduzieren des Schleppmomentes erhöht werden kann. Des Weiteren ist es möglich auftretenden Verschleiß bei dem Lamellenschaltelement auszugleichen, indem der Betätigungsweg entsprechend erhöht wird, da die vorgeschlagene Betätigungsanordnung entsprechende Reserven durch das eingesparte Betätigungsvolumen ermöglicht. Des Weiteren kann bei der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung ohne zusätzliche Betätigungsdruckverstärker oder anderweitige zusätzliche Bauteile die Betätigung sichergestellt werden. Insgesamt können durch das reduzierte Schleppmoment Verluste und Erwärmungen sowie der Verschleiß bei dem Lamellenschaltelement verringert werden.
Bei der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung kann in der ersten Betätigungsphase der erste Druckraum und der zweite Druckraum mit einem ersten Betätigungsdruck beaufschlagt werden, um das Lüftspiel zu überwinden, und in einer zweiten Betätigungsphase der erste Druckraum mit einem zweiten höheren Betätigungsdruck beaufschlagt und der zweite Druckraum drucklos geschaltet werden.
Eine konstruktiv einfache Ausführung des doppelt wirkenden Betätigungszylinders bei der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung wird dadurch realisiert, dass die erste Kolbenfläche einer ersten Stirnseite des Kolbens entspricht und dass die zweite Kolbenfläche an einer zweiten Stirnseite des Kolbens vorgesehen ist, wobei sich die Wirkfläche der zweiten Kolbenfläche um eine Fläche einer mit dem Lamellenpaket in Wirkverbindung stehenden Kolbenstange verringert. Dadurch ergibt sich als zweite Kolbenfläche eine Ringfläche aufgrund der zentral angeordneten Kolbenstange, während die erste Kolbenfläche der kompletten Stirnseite des Kolbens entspricht. Somit wird bei gleicher Druckbeaufschlagung der beiden Kolbenflächen aufgrund der größeren ersten Kolbenfläche eine Bewegung des Kolbens zum Überwinden des Lüftspieles ermöglicht.
Um das bereits beschriebene Umschalten bei dem doppelt wirkenden Betätigungszylinder bzw. bei dem Differentialzylinder vorzusehen, um zwischen der ersten Betätigungsphase und der zweiten Betätigungsphase umzuschalten, ist vorgesehen, dass die vorgeschlagene Betätigungsanordnung zumindest ein druck- oder betätigungswegabhängig schaltbares Wegeventil aufweist. Auf diese Weise kann die Verbindung zwischen den beiden Druckräumen hergestellt oder die beiden Druckräume voneinander getrennt werden, indem das Wegeventil bei Erreichen eines vorbestimmten Betätigungsdruckes bzw. bei Erreichen eines vorbestimmten Betätigungsweges entsprechend geschaltet werden.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird vorgesehen, dass als Lamellenschaltelement eine Lamellenbremse eines Fahrantriebes vorgesehen ist. Zum Betätigen der Lamellenbremse wird die Hydraulik- oder Pneumatikversorgung mit einem Bremszylinder bzw. einem Hauptbremszylinder zum Aufbringen eines Betätigungsdruckes bzw. eines Bremsdruckes verbunden. Mit Hilfe des Betätigungsdruckes kann dann die vorbeschriebene Beaufschlagung der Druckräume zum Betätigen der Lamellenbremse eingesetzt werden.
Die Hydraulik- oder Pneumatikversorgung kann als Betätigungsmittel ein Fluid oder ein Gas aufweisen, wobei das Betätigungsmittel von dem Bremszylinder zum Betätigungszylinder befördert wird. Hierzu kann der erste Druckraum über eine erste Druckleitung mit dem Bremszylinder zur Druckbeaufschlagung verbunden sein. Demzufolge wird der erste Druckraum bei Betätigung des Bremszylinders mit entsprechendem Betätigungsdruck beaufschlagt. Um den zweiten Druckraum bei der ersten Betätigungsphase mit Betätigungsdruck beaufschlagen zu können, ist der zweite Druckraum beispielsweise entweder über eine zweite Druckleitung und über das schaltbare Wegeventil mit dem Bremszylinder zur Druckbeaufschlagung oder mit einem Vorratsbehälter verbindbar. Demzufolge kann bei entsprechend geschaltetem Wegeventil eine Verbindung des zweiten Druckraumes mit dem ersten Druckraum und dem Bremszylinder geschaffen werden. In der zweiten Betätigungsphase wird durch entsprechende Schaltung des Wegeventils die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum getrennt und der zweite Druckraum beispielsweise zum Druckausgleich mit einem Vorratsbehälter verbunden.
In einer möglichen Variante bei der Gestaltung der Hydraulik- oder Pneumatikversorgung kann vorgesehen sein, dass die zweite Druckleitung des zweiten Druckraumes mit einem Druckspeicher verbunden ist. Auf diese Weise kann bei der zweiten Betätigungsphase ein Druckausgleich des zweiten Druckraumes realisiert werden.
Es ist jedoch auch denkbar, dass die zweite Druckleitung direkt oder über das Wegeventil mit dem Vorratsbehälter verbindbar ist. Somit sind verschiedene Möglichkeiten im Rahmen der konstruktiven Gestaltung der Hydraulik- oder Pneumatikversorgung bei der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung denkbar, um die Betätigung bei der Betätigungsanordnung zu realisieren.
Ein nächster Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Betätigen der vorbeschriebenen hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung des Lamellenschaltelementes zu beanspruchen, wobei sich die vorbeschriebenen und weitere Vorteile ergeben.
Hierbei ist vorgesehen, dass zum Betätigen des Lamellenpaketes des Lamellenschaltelementes der doppeltwirkende Betätigungszylinder zum Betätigen eines Lamellenpaketes des Lamellenschaltelementes ein doppeltwirkender Betätigungszylinder mit unterschiedlichen Wirkflächen aufweisenden Kolbenflächen derart angesteuert wird, dass während einer ersten Betätigungsphase zum Überwinden eines Lüftspieles bei dem Lamellenpaket ein erster Druckraum und ein zweiter Druckraum miteinander verbunden werden und dass während einer zweiten Betätigungsphase zum Schließen des Lamellenschaltelementes der erste Druckraum und der zweite Druckraum voneinander getrennt werden.
Somit werden bei dem vorgeschlagenen Verfahren in der ersten Betätigungsphase der erste Druckraum und der zweite Druckraum mit dem ersten Betätigungsdruck der Hydraulik- oder Pneumatikversorgung beaufschlagt und in der zweiten Betätigungsphase der erste Druckraum mit dem zweiten höheren Betätigungsdruck der Hydraulik- oder Pneumatikversorgung beaufschlagt und der zweite Druckraum drucklos geschaltet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Fahrantrieb mit der vorbeschriebenen hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung zu beanspruchen. Hierbei ist beispielsweise vorgesehen, dass der Fahrantrieb für beliebige Fahrzeuge einsetzbar ist, bei denen beispielsweise in einem Getriebegehäuse das Lamellenschaltelement bzw. die Lamellenbremse zum Abbremsen des Fahrzeuges eingesetzt wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass ein Flurförderfahrzeug oder ein Baumaschinenfahrzeug mit dem vorgenannten Fahrantrieb ausgerüstet wird. Demzufolge können beispielsweise Stapler oder Baumaschinen entsprechend abgebremst werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen:

1 eine geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrantriebes mit einer erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung für einen Gabelstapler;
2 eine schematische geschnittene Ansicht einer ersten Ausführungsvariante einer hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung in einer ersten Betätigungsphase zum Überwinden eines Lüftspieles;
3 eine schematische geschnittene Ansicht der ersten Ausführungsvariante der hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung in einer zweiten Betätigungsphase;
4 eine schematische geschnittene Detailansicht eines doppelwirkenden Betätigungszylinders der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung;
5 eine schematische geschnittene Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung in der ersten Betätigungsphase;
6 eine schematische geschnittene Ansicht der zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung in der zweiten Betätigungsphase;
7 eine schematische geschnittene Ansicht einer dritten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung in der ersten Betätigungsphase; und
8 eine schematische geschnittene Ansicht der dritten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung in der zweiten Betätigungsphase.

In 1 ist beispielhaft ein Fahrantrieb mit einer erfindungsgemäßen hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung einer Lamellenbremse 1 eines Gabelstaplers dargestellt. Der Fahrantrieb wird üblicherweise paarweise an der Vorderachse in Gegengewicht-Gabelstaplers eingesetzt. Der Fahrantrieb umfasst ein Getriebe und einen nicht weiter dargestellten Antriebsmotor, z. B. einen Elektromotor. Das Getriebe umfasst wiederum eine Stirnradstufe 2, die ein Antriebsritzel 3 und ein Stirnrad 4 aufweist. Ein Innenlamellenträger 5 der Lamellenbremse 1 ist mit dem Stirnrad 4 fest verbunden. Das Stirnrad 4 und der Innenlamellenträger 5 der Lamellenbremse 1 drehen um eine gemeinsame Achse und sind mit Hilfe einer Lagerung gelagert. Der Innenlamellenträger 5 besitzt eine Verzahnung als Sonnenrad 6 einer Planetenradstufe. Die Antriebsleistung wird von einem nicht weiter dargestellten Elektromotor auf das Antriebsritzel 3 und von dort auf das Stirnrad 4 übertragen. Von dort aus fließt die Antriebsleistung über den Innenlamellenträger 5 und die Planetenradstufe zum Abtriebsflansch 7, an dem ein nicht weiter dargestelltes Fahrzeugrad befestigt ist.
In 2 ist ein Ausschnitt des Getriebes mit der erfindungsgemäßen hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung der Lamellenbremse 1 dargestellt. Die Betätigungsanordnung umfasst einen mit einer Hydraulik- oder Pneumatikversorgung verbundenen Betätigungszylinder 8 zum Betätigen eines Lamellenpaketes des Lamellenschaltelementes bzw. der Lamellenbremse 1. Der Betätigungszylinder 8 ist als Differentialzylinder bzw. als doppelwirkender Betätigungszylinder 8 mit einem ersten, einer ersten Kolbenfläche 9 zugeordneten Druckraum 10 und einem zweiten, einer zweiten Kolbenfläche 11 zugeordneten Druckraum 12 vorgesehen. Die beiden Kolbenflächen 9, 11 weisen unterschiedlich dimensionierte Wirkflächen auf. Der erste Druckraum 10 und der zweite Druckraum 12 sind während einer ersten Betätigungsphase zum Überwinden eines Lüftspieles s bei dem Lamellenpaket der Lamellenbremse 1 miteinander verbunden, wobei der erste Druckraum 10 und der zweite Druckraum 12 während einer zweiten Betätigungsphase zum Schließen der Lamellenbremse 1 voneinander getrennt sind.
In 2 ist der erste Betätigungszustand dargestellt, während 3 den zweiten Betätigungszustand zeigt. Bei dem zweiten Betätigungszustand kann der Fahrantrieb mit Hilfe des Lamellenpaketes der Lamellenbremse 1 mechanisch gebremst werden. Das Lamellenpaket besteht aus stehenden Lamellen 13, die drehfest aber axial beweglich mit dem gehäusefesten Hohlrad 14 der Planetenstufe verbunden sind und aus rotierenden Lamellen 15, die drehfest aber axial bewegbar mit dem rotierenden Innenlamellenträger 5 verbunden sind. Die stehenden Lamellen 13 und die rotierenden Lamellen 15 sind zueinander koaxial und abwechselnd angeordnet. Die stehenden Lamellen 13 sind auf beiden Stirnseiten mit einem Reibbelag versehen. Der Außendurchmesser der rotierenden Lamellen 15 ist größer als der Innendurchmesser der stehenden Lamellen 13. Außerdem ist der Außendurchmesser der stehenden Lamellen 13 größer als der Innendurchmesser der rotierenden Lamellen 15. Damit ergibt sich in axialer Richtung je eine gemeinsame Reibfläche zwischen jeweils benachbarten, stehenden Lamellen 13 und rotierenden Lamellen 15. Außerdem ergibt sich eine Reibfläche zwischen der Druckscheibe 16 und der benachbarten stehenden Lamellen 13. Das Lamellenpaket befindet sich zwischen den Druckscheiben 16, 17. Die nicht axial bewegliche Druckscheibe 17 ist mit dem Hohlrad 14 verbunden und damit gehäusefest. Die Druckscheibe 16 ist axial beweglich. Sie rotiert gemeinsam mit dem Stirnrad 4, dem Innenlamellenträger 5 und den rotierenden Lamellen 15 um die gemeinsame Achse. Der lichte Abstand zwischen den Druckscheiben 16, 17 ist größer als die Summe der Dicke aller Lamellen 13, 15. Die Differenz ist das Lüftspiel s. Die Druckfedern 18 drücken die Druckscheibe 16 in axialer Richtung gegen das Stirnrad 4, um das Lüftspiel s aufrecht zu halten, wenn die Lamellenbremse 1 geöffnet ist.
Im Getriebegehäuse befindet sich Öl, welches auch zwischen die stehenden Lamellen 13 und die rotierenden Lamellen 15 gelangt. Im geöffneten Zustand können sich die rotierenden Lamellen 15 gegenüber den stehenden Lamellen 13 frei drehen. Aufgrund der im Öl wirksamen Scherkräfte in den Lüftspalten zwischen den Lamellen 13, 15 entstehen jedoch ein Schleppmoment, welches zu Übertragungsverlusten bei der Leistungsübertragung führt. Das Lüftspiel s kann bei Verwendung der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung größer eingestellt werden, als bei einer herkömmlichen Betätigungsanordnung, ohne dass dafür mehr Betätigungsvolumen für die Betätigung der Bremse bereitgestellt werden muss.
Wie bereits beschrieben, besteht der Betätigungsvorgang der hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung der Lamellenbremse 1 unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten aus zwei Betätigungsphasen. Die erste Betätigungsphase ermöglicht die Überwindung des Lüftspieles s. In der ersten Betätigungsphase wird ein langer Kolbenweg bzw. Betätigungsweg, aber nur eine geringe Betätigungskraft erforderlich. Bei der z. B. in 2, 5 und 7 gezeigten ersten Betätigungsphase erzeugt der dargestellte Hauptbremszylinder bzw. Bremszylinder 19 einen ersten Betätigungsdruck P1 und einen entsprechenden Volumenstrom, der in beiden Druckräumen 10, 12 anliegt. Der erste Betätigungsdruck P1 wird über eine Versorgungsleitung 20 in die Hydraulikversorgung bzw. Pneumatikversorgung übertragen. Je nachdem, ob ein Fluid oder ein Gas als Betätigungsmittel verwendet wird, handelt es sich um eine Hydraulik- oder Pneumatikversorgung. Solange ein Volumenstrom fließt, ist der erforderliche Betätigungsdruck gering. Über ein Wegeventil 21 werden eine erste Druckleitung 22, die mit dem ersten Druckraum 10 verbunden ist und eine zweite Druckleitung 23, die mit dem zweiten Druckraum 12 verbunden ist, miteinander kurzgeschlossen, d. h. verbunden, sobald die erste Betätigungsphase vorliegt. In Folge dessen liegt der erste Betätigungsdruck P1 sowohl im ersten Druckraum 10 als auch im zweiten Druckraum 12 an.
Gemäß 4 wird deutlich, dass die erste Kolbenfläche 9 des ersten Druckraumes 10 der ersten Stirnseite des Kolbens 24 entspricht, wobei die zweite Kolbenfläche 11 des zweiten Druckraumes 12 an der zweiten Stirnseite des Kolbens 24 vorgesehen ist. Demzufolge entspricht die erste Kolbenfläche 9 der kompletten ersten Stirnseite des Kolbens 24 mit dem Durchmesser D. Die zweite Kolbenfläche 11 des zweiten Druckraumes 12 entspricht dagegen der zweiten Stirnseite abzüglich der Fläche der Kolbenstange 25 mit dem Durchmesser d. Demzufolge ergibt sich als Wirkfläche der ersten Kolbenfläche 9 die komplette Stirnseite des Kolbens 24, während die Wirkfläche der zweiten Kolbenfläche 11 einer Ringfläche entspricht, die um die Fläche der Kolbenstange 25 verringert ist. Demzufolge ist die erste Kolbenfläche 9 des ersten Druckraumes 10 größer als die zweite Kolbenfläche 11 des zweiten Druckraumes 12. Somit bewegt sich der Kolben 24 aufgrund des in beiden Druckräumen 10, 12 anliegenden ersten Betätigungsdruckes P1 in Richtung des zweiten Druckraumes 12, da die Wirkfläche der zweiten Kolbenfläche 11 kleiner ist. Über die Kolbenstange 25 des Kolbens 24 des Betätigungszylinders 8 wird ein Axialgleitlager 33 und damit die Druckscheibe 16 in Richtung der Lamellen 13, 15 bewegt, bis das Lüftspiel überwunden ist.
Im Rahmen der zweiten Betätigungsphase, welche beispielsweise in 3, 6 und 8 dargestellt ist, wird nach überwundenem Lüftspiel s das Schließen der Lamellenbremse 1 eingeleitet. Das Wegeventil 21 schaltet bei Erreichen eines bestimmten Betätigungsdruckes oder bei Erreichen eines bestimmten Betätigungsweges, sodass die erste Druckleitung 22 mit dem ersten Druckraum 10 von der zweiten Druckleitung 23 mit dem zweiten Druckraum abgetrennt ist, sodass ein zweiter höherer Betätigungsdruck P2 nur in dem ersten Druckraum 10 anliegt, während der zweite Druckraum 12 drucklos ist, da dieser von der Versorgungsleitung 20 des Bremszylinders 19 abgetrennt ist. Der Kolbenweg bzw. der Betätigungsweg ist in der zweiten Betätigungsphase sehr gering, da nur noch Nachgiebigkeiten des Systems ausgeglichen werden. Demzufolge wird das Lamellenpaket der Lamellenbremse 1 geschlossen und ein Bremsmoment zwischen dem Innenlamellenträger 5 und dem gehäusefesten Hohlrad 14 aufgebaut.
Der zweite Druckraum 12 ist bei der ersten Ausführungsvariante gemäß 2 und 3 mit einem Druckspeicher 26 verbunden. Der Druckspeicher 26 kann das Volumen des Betätigungsmittels aus dem zweiten Druckraum 12 während der zweiten Betätigungsphase aufnehmen, sodass der aus der ersten Betätigungsphase anliegende erste Betätigungsdruck P1 bei der zweiten Betätigungsphase abgebaut wird.
In 4 ist eine Detailansicht des Betätigungszylinders 8 dargestellt, aus dem der bereits beschriebene Aufbau verdeutlicht wird. Hieraus sind die beiden Druckräume 10 und 12 mit den unterschiedlich dimensionierten Kolbenflächen 9, 11 ersichtlich.
In 5 und 6 ist eine zweite Ausführungsvariante der hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung dargestellt. 5 zeigt die erste Betätigungsphase, während 6 die zweite Betätigungsphase zeigt.
Bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß 5 und 6 ist an die zweite Druckleitung 23 kein Druckspeicher 26 angeschlossen. Stattdessen ist die zweite Druckleitung 23 über ein erstes Rückschlagventil 27 und eine dritte Druckleitung 28 mit einem Vorratsbehälter 29 verbunden. Des Weiteren unterscheidet sich das Wegeventil 21A in seiner Funktion von dem Wegeventil 21 gemäß 2 und 3.
In der ersten Betätigungsphase werden über das Wegeventil 21A die erste Druckleitung 22 und die zweiten Druckleitung 23 kurzgeschlossen, sodass der erste Druckraum 10 und der zweite Druckraum 12 mit der Versorgungsleitung 20 des Bremszylinders 19 verbunden ist und in beiden Druckräumen 10, 12 der erste Betätigungsdruck P1 anliegt. Bei der in 6 dargestellten zweiten Betätigungsphase wird die zweite Druckleitung 23 über das Wegeventil 21A nach Erreichen des vorbestimmten Grenzwertes beim Betätigungsdruck bzw. bei dem Betätigungsweg derart geschaltet, dass die zweite Druckleitung 23 über das geschaltete Wegeventil 21A über ein zweites Rückschlagventil 31 und über eine vierte Druckleitung 30 mit dem Vorratsbehälter 29 verbunden ist. Das zweite Rückschlagventil 31 verhindert das Eindringen von Luft in das System. Die vierte Druckleitung 30 kann das Öl bzw. die Luft, welches bzw. welche bei der zweiten Betätigungsphase noch aus dem zweiten Druckraum 12 verdrängt wird, z. B. in den Vorratsbehälter 29 ableiten. Wird der Betätigungsdruck reduziert, bewegt sich der Kolben 24 etwas zurück. Um sicherzustellen, dass kein Unterdruck im zweiten Druckraum 12 entsteht, wenn der Betätigungsdruck reduziert wird, ist das erste Rückschlagventil 27 in der dritten Druckleitung 28 vorgesehen, welches über die dritte Druckleitung 28 Öl oder Luft vom Vorratsbehälter 29 in die zweite Druckleitung 23 einspeisen kann. Ein Unterdruck im zweiten Druckraum 12 wird damit verhindert.
In den 7 und 8 ist eine dritte Ausführungsvariante der hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung gezeigt. In 7 ist die erste Betätigungsphase und in 8 die zweite Betätigungsphase dargestellt. Das Wegeventil 21 entspricht dem Wegeventil 21 bei der ersten Ausführungsvariante gemäß 2 und 3. Das Betätigungsmittel kann bei der dritten Ausführungsvariante aus dem zweiten Druckraum 12 beispielsweise über ein federbelastetes Rückschlagventil 32 in den Vorratsbehälter 29 geleitet werden. Der Öffnungsdruck des federbelasteten Rückschlagventils 32 muss größer sein als der Schaltdruck des Wegeventils 21. Denn das federbelastete Rückschlagventil 32 darf erst öffnen, wenn der erste Druckraum 10 von dem zweiten Druckraum 12 über das Wegeventil 21 getrennt ist. Um einen Unterdruck im zweiten Druckraum 12 beim Reduzieren des Betätigungsdruckes zu vermeiden, kann auch bei dieser dritten Ausführungsvariante ein erstes Rückschlagventil 27 in einer dritten Druckleitung 28 vorgesehen werden, die mit dem Vorratsbehälter 29 verbunden ist. Das federbelastete Rückschlagventil 32 ist über die vierte Druckleitung 30 mit dem Vorratsbehälter 29 verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Lamellenbremse
2: Stirnradstufe
3: Antriebsritzel
4: Stirnrad
5: Innenlamellenträger
6: Sonnenrad
7: Abtriebsflansch
8: Betätigungszylinder
9: erste Kolbenfläche
10: erster Druckraum
11: zweite Kolbenfläche
12: zweiter Druckraum
13: stehende Lamellen
14: Hohlrad
15: rotierende Lamellen
16: Druckscheibe
17: Druckscheibe
18: Druckfeder
19: Bremszylinder
20: Versorgungsleitung
21, 21A: Wegeventil
22: erste Druckleitung
23: zweite Druckleitung
24: Kolben
25: Kolbenstange
26: Druckspeicher
27: erstes Rückschlagventil
28: dritte Druckleitung
29: Vorratsbehälter
30: vierte Druckleitung
31: zweites Rückschlagventil
32: federbelastetes Rückschlagventil
33: Axialgleitlager
s: Lüftspiel der Lamellenbremse
d: Durchmesser der Kolbenstange
D: Durchmesser des Kolbens
P1: erster Betätigungsdruck in der ersten Betätigungsphase
P2: zweiter höherer Betätigungsdruck in der zweiten Betätigungsphase

Claims

Hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung mit einem Lamellenschaltelement mit einem mit einer Hydraulik- oder Pneumatikversorgung verbundenen Betätigungszylinder (8) zum Betätigen eines Lamellenpaketes des Lamellenschaltelementes, wobei ein doppeltwirkender Betätigungszylinder (8) mit einem ersten, einer ersten Kolbenfläche (9) zugeordneten Druckraum (10) und einem zweiten, einer zweiten Kolbenfläche (11) zugeordneten Druckraum (12) vorgesehen ist, wobei die beiden Kolbenflächen (9, 11) unterschiedliche Wirkflächen aufweisen, wobei der erste Druckraum (10) und der zweite Druckraum (12) während einer ersten Betätigungsphase zum Überwinden eines Lüftspieles (s) bei dem Lamellenpaket miteinander verbunden sind und wobei der erste Druckraum (10) und der zweite Druckraum (12) während einer zweiten Betätigungsphase zum Schließen des Lamellenschaltelementes voneinander getrennt sind.
Hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betätigungsphase der erste Druckraum (10) und der zweite Druckraum (12) mit einem ersten Betätigungsdruck (P1) der Hydraulik- oder Pneumatikversorgung beaufschlagt sind und dass in der zweiten Betätigungsphase der erste Druckraum (10) mit einem zweiten höheren Betätigungsdruck (P2) der Hydraulik- oder Pneumatikversorgung beaufschlagt ist und der zweite Druckraum (12) drucklos geschaltet ist.
Hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kolbenfläche (9) einer ersten Stirnseite des Kolbens (24) entspricht und dass die zweite Kolbenfläche (11) an einer zweiten Stirnseite des Kolbens (24) vorgesehen ist, wobei sich die Wirkfläche der zweiten Kolbenfläche (11) um eine Fläche einer mit dem Lamellenpaket in Wirkverbindung stehenden Kolbenstange (25) verringert.
Hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten zwischen der ersten Betätigungsphase und der zweiten Betätigungsphase ein druck- oder betätigungswegabhängig schaltbares Wegeventil (21, 21A) vorgesehen ist.
Hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lamellenschaltelement eine Lamellenbremse (1) eines Fahrantriebes vorgesehen ist.
Hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulik- oder Pneumatikversorgung mit einem Bremszylinder (19) zum Aufbringen des Betätigungsdruckes verbunden ist.
Hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckraum (10) über eine erste Druckleitung (22) mit dem Bremszylinder (19) zur Druckbeaufschlagung verbunden ist.
Hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druckraum (12) über eine zweite Druckleitung (23) und über das Wegeventil (21, 21A) mit dem Bremszylinder (19) zur Druckbeaufschlagung oder mit einem Vorratsbehälter (29) verbindbar ist.
Hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckleitung (23) mit einem Druckspeicher (26) verbunden ist.
Hydraulische oder pneumatische Betätigungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckleitung (23) direkt oder über das Wegeventil (21,21A) mit dem Vorratsbehälter (29) verbindbar ist.
Verfahren zum Betätigen einer hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung eines Lamellenschaltelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betätigen eines Lamellenpaketes des Lamellenschaltelementes ein doppeltwirkender Betätigungszylinder (8) mit unterschiedlichen Wirkflächen aufweisenden Kolbenflächen (9, 11) derart angesteuert wird, dass während einer ersten Betätigungsphase zum Überwinden eines Lüftspieles (s) bei dem Lamellenpaket ein erster Druckraum (10) und ein zweiter Druckraum (12) miteinander verbunden werden und dass während einer zweiten Betätigungsphase zum Schließen des Lamellenschaltelementes der erste Druckraum (10) und der zweite Druckraum (12) voneinander getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betätigungsphase der erste Druckraum (10) und der zweite Druckraum (12) mit einem ersten Betätigungsdruck der Hydraulik- oder Pneumatikversorgung beaufschlagt werden und dass in der zweiten Betätigungsphase der erste Druckraum (10) mit einem zweiten höheren Betätigungsdruck einer Hydraulik- oder Pneumatikversorgung beaufschlagt werden und der zweite Druckraum (12) drucklos geschaltet wird.
Fahrantrieb mit einer hydraulischen oder pneumatischen Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Flurförderfahrzeug oder Baumaschinenfahrzeug mit einem Fahrantrieb nach Anspruch 13.