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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Ausrückvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für Handschalt- und Doppelkupplungsgetriebe sowie für Trennkupplungen von Hybridantrieben.
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Derartige Ausrückvorrichtungen umfassen im Allgemeinen ein Ausrücklager, welches eine Kontaktstelle zu einer Kupplung darstellt, sowie ein Gehäuse, insbesondere ein ringförmiges Gehäuse, in dem mindestens ein Kolben, insbesondere ein Ringkolben, in Axialrichtung beweglich aufgenommen ist. Viele aktuell auf dem Markt befindliche Ausrückvorrichtungen benötigen darüber hinaus eine sogenannte Vorlastfeder, welche bewirkt, dass in einem drucklosen Zustand, in dem der Kolben nicht mit hydraulischem Druck beaufschlagt ist, das Ausrücklager an die Kupplung gedrückt wird und es keinen Schlupf zwischen Kupplung und Ausrücklager gibt. Damit im drucklosen Zustand das Lager vom Kolben nicht getrennt wird, müssen diese beiden Komponenten miteinander verbunden sein.
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Um diese Funktion zu erfüllen, ist die Vorlastfeder zwischen dem Ausrücklager und dem Gehäuse eingesetzt. Sie ist also zum einen im Ausrücklager (über einen Federhaltering) und zum anderen im Gehäuse montiert. Da die Vorlastfeder das Ausrücklager vom Gehäuse und somit vom Kolben wegdrückt, sind das Ausrücklager und der Kolben üblicherweise über eine formschlüssige Verbindung miteinander verbunden. Der Formschluss kann beispielsweise über eine Schnappgeometrie an einem Kolbenhaltering realisiert.
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Im realen Betrieb kommt es häufig zu natürlichen Schleppleckage an einer Nutdichtring im Gehäuse. Eine derartige Leckage ist bereits an sich problematisch. Zusätzlich kommt es in kälteren Regionen dazu, dass die Schleppleckage gegenüber Normalbedingungen erhöht ist. In diesem Fall kann es passieren, dass eine Verbindungsstelle zwischen Ausrücklager und Kolben nass wird. Sobald dies passiert, kommt es unweigerlich zu einer rotierenden Relativbewegung zwischen Kolben und Kolbenhaltering. Mit der Zeit verschleißt hierdurch die Schnappverbindung. Als Resultat kann sich Ausrücklager nicht mehr am Kolben festhalten. Es kommt zum Ausfall der gesamten Ausrückvorrichtung, weil das Ausrücklager vom Kolben getrennt wird.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine hydraulische Ausrückvorrichtung für eine Kupplung eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei der eine Trennung zwischen Lager und Kolben weitgehen verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine hydraulische Ausrückvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Hydraulische Ausrückvorrichtung zum Betätigen einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, aufweisend ein zylinderförmiges Gehäuse, welches um eine Zentrumsachse Z herum ausgebildet ist und in welchem ein Druckraum für eine Beaufschlagung eines Kolbenmittels mit Hydraulikdruck begrenzt ist, sowie ein Ausrücklager, mit einem stehenden Lagerring und einem rotierenden Lagerring, wobei der rotierende Lagerring dafür ausgelegt ist, mit einer Kupplung in Wirkverbindung zu stehen, wobei das Kolbenmittel als ein Bestandteil des stehenden Lagerrings des Ausrücklagers einstückig mit dem stehenden Lagerring ausgebildet ist.
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Gemäß der Erfindung ist somit das Kolbenmittel in den stehenden Lagerring des Ausrücklagers integriert. Mit anderen Worten erfüllt der stehende Lagerring des eine Doppelfunktion: einerseits bildet er, zusammen mit dem rotierenden Lagerring und einem zwischen stehendem Lagerring und rotierendem Lagerring positionierten Lagerkörper, z.B. einem Wälzkörper, das Ausrücklager und andererseits reicht er bis an die Druckkammer heran, um aus dieser heraus mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden zu können. Auf diese Weise wird verhindert, dass eine Trennung von Kolben und Ausrücklager entsteht, wodurch das Risiko eines Ausfalls der Ausrückvorrichtung verringert wird.
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Im Zusammenhang mit einer Beschreibung der Ausführungsformen sind die Begriffe axial und radial sowie auch die Angaben radial innen und radial außen in Bezug auf die genannte Zentrumsachse Z des zylinderförmigen Gehäuses zu verstehen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der hydraulische Ausrückvorrichtung ist der stehende Lagerring des Ausrücklagers einschließlich des Kolbenmittels aus Stahl und ist das Gehäuse zumindest teilweise aus Kunststoff hergestellt. Bei dem Stahl kann es sich insbesondere um gehärteten Stahl handeln. Da Stahl in Bezug auf Kunststoff gute Gleiteigenschaften aufweist, also einen niedrigeren Reibungskoeffizient aufweist, wird im Betrieb der Ausrückvorrichtung weniger Verschleiß erzeugt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können sowohl Gehäuse als auch das Ausrücklager aus einem geeigneten Metallwerkstoff hergestellt sein.
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In einer Ausführungsform kann das Kolbenmittel einen länglichen Arm umfassen, der sich zumindest abschnittsweise parallel zu der Zentrumsachse Z der Ausrückvorrichtung erstreckt und an einer axialen Wand des Gehäuses anliegt. Mit anderen Worten wird der längliche Arm, der einen Abschnitt des stehenden Lagerrings des Ausrücklagers bildet, an einer axialen Wand des Gehäuses in seiner axialen Bewegung geführt und erfährt so eine Abstützung und Stabilisierung. Hierbei erweist sich das vorgenannte Materialpaar Stahl/Kunststoff als besonders vorteilhaft. Bei der axialen Wand handelt es sich insbesondere um einen Teil einer Wand, die auch den Druckraum in seitlicher Richtung begrenzt. Mit dem Ausdruck länglich ist dabei gemeint, dass eine Ausdehnung des Armes in axialer Richtung ein Mehrfaches, also mehr als das Doppelte einer Stärke d des Armes senkrecht zur Axialrichtung beträgt.
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Bei der hydraulischen Ausrückvorrichtung kann insbesondere ein freies Ende des Kolbenmittels direkt einem Dichtmittel verbunden sein. Das Dichtmittel dient dazu, den Druckraum, in den das Hydraulikfluid zur Beaufschlagung des Kolbenmittels mit Druck eingeleitet werden kann, nach außen abzudichten. Bei dem freien Ende des Kolbenmittels handelt es sich dabei um ein lagerfernes Ende des stehenden Lagerrings des Ausrücklagers, also um dasjenige Ende, das nicht der Lagerung des Lagerkörpers dient. Da das Dichtmittel also direkt am Kolbenmittel und somit am stehenden Lagerring des Ausrücklagers befestigt ist, gleitet es bei Beaufschlagung des Kolbenmittels mit Hydraulikdruck zusammen mit diesem in axialer Richtung.
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Das Dichtmittel kann dabei ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann ein einziges Dichtmittel vorhanden sein, das sowohl an einer radial inneren Wand als auch an einer radial äußeren Wand des Druckraums anliegt, mithin also eine gesamte radiale Dicke der Druckkammer überdeckt. In dieser Ausgestaltung bildet das Dichtmittel gleichsam einen axial beweglichen Deckel für den Druckraum. Gemäß einer Alternative können zwei oder mehr Dichtmittel vorhanden sein, welche das Kolbenmittel jeweils gegen eine Wand des Druckraums abdichten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der hydraulischen Ausrückvorrichtung erstreckt sich das freie Ende des Kolbenmittels unter einem Winkel zwischen 80° und 100° zur Zentrumsachse Z der Ausrückvorrichtung. Dies bedeutet, dass das Kolbenmittel einen Endbereich aufweist, welcher um etwa 90° in Bezug auf die Zentrumsachse Z abgewinkelt ist. Das Kolbenmittel umfasst in dieser Ausführungsform somit einen näherungsweise axialen und einen näherungsweise radialen Bereich. Diese Ausführungsform bietet besonders vielfältige Möglichkeiten zur Befestigung des Dichtmittels, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird. Zudem kann das Dichtmittel in der gesamten radialen Ausdehnung der Druckkammer durch das freie Ende des Kolbenmittels abgestützt werden, was eine besonders stabile Führung des Kolbenmittels bewirkt.
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Des Weiteren kann das Dichtmittel einen Dichtring umfassen. Der Dichtring erstreckt sich in diesem Fall um den gesamten Umfang zumindest einer Wand des Druckraums und ist am Kolbenmittel, insbesondere an dessen freiem Ende befestigt. Dabei ist der Dichtring beispielsweise auf das freie Ende des Kolbenmittels aufvulkanisiert. Wie dies bekannt ist, entsteht bei dieser Verbindungsart eine dichte Verbindung zwischen einem dauerelastischem Profil (Dichtring) und einer glatten, starren Oberfläche (Kolbenmittel). Bei dieser Ausführungsform erfolgt also eine unmittelbare Befestigung des Dichtmittels an dem Kolbenmittel, was zu einer verringerte Anzahl an notwendigen Teilen und einem besonders einfachen Aufbau führt.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung einer hydraulische Ausrückvorrichtung ist der Dichtring in einem Dichtringträger aufgenommen und das freie Ende des Kolbenmittels ist in einer Nut des Dichtringträgers zumindest teilweise aufgenommen. Bei dieser Ausgestaltung ist der Dichtring mittelbar, d.h. unter Zwischensetzung des Dichtringträgers, am Kolbenmittel befestigt. Das freie Ende des Kolbenmittels ist in der Nut aufgenommen und darin festgeklemmt oder festgeklebt, um einen sicheren Halt des Dichtringträgers am freien Ende des Kolbenmittels zu gewährleisten. Dabei befindet sich die Nut vorzugsweise im Bereich einer äußeren Wand des Druckraums. Diese Art der Befestigung bietet sich insbesondere dann an, wenn das freie Ende des Kolbenmittels unter einem Winkel zwischen etwa 80° und etwa 100° in Bezug auf die axiale Richtung gebogen ist, da in diesem Fall das Freie Ende seitlich in die Nut eingefügt werden kann.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der stehende Lagerring des Ausrücklagers über seine gesamte Länge L mit einheitlicher Stärke ausgebildet ist. Dies bedeutet insbesondere, dass der stehende Lagerring aus einer einheitlich dicken Blechbahn ausgebildet sein kann, was die Herstellung vereinfacht.
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Die Erfindung betrifft auch eine Kupplung, welche eine hydraulische Ausrückvorrichtung nach einer der vorstehend angegebenen Ausführungsformen aufweist, wobei die Kupplung weiter eine Kupplungsfeder umfasst, die mit dem Ausrücklager in Wirkverbindung steht. Bei der Kupplungsfeder kann es sich insbesondere um eine Tellerfeder handeln, über die bei einer Bewegung des Kolbenmittels und damit des Ausrücklagers die Kupplung ein- bzw. ausgerückt wird. Aufgrund der verringerten Ausfallwahrscheinlichkeit der erfindungsgemäßen hydraulischen Ausrückvorrichtung wird bezüglich der Funktion der gesamten Kupplung eine erhöhte Zuverlässigkeit erzielt.
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Die Erfindung wird nunmehr anhand eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung detaillierter erörtert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Querschnittsansicht einer Ausrückvorrichtung nach dem Stand der Technik;
- 2 eine Querschnittsansicht einer Ausrückvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3a und 3b jeweils eine Querschnittsansicht verschiedener Ausführungsformen eines Ausrücklagers der erfindungsgemäßen Ausrückvorrichtung;
- 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausrührungsform des Ausrücklagers.
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Mit Bezug auf 1 wird eine übliche hydraulische Ausrückvorrichtung des Standes der Technik, welche in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, beschrieben. Die Ausrückvorrichtung 1 erstreckt sich zylinderförmig um eine Zentrumsachse Z, wobei in der gezeigten Darstellung nur eine Hälfte des Gesamtquerschnitts zu sehen ist. Wie dies in der Figur zu erkennen ist, umfasst die Ausrückvorrichtung 1 ein Gehäuse 10, in dem ein Druckraum 11 ausgebildet ist. Der Druckraum 11 kann, wie hier gezeigt, einen U-förmigen Querschnitt mit einer axialen Innenwand 11a und einer axialen Außenwand 11b aufweisen. Die axiale Innenwand 11a geht hier oberhalb des Druckraums 11 nahtlos in eine axiale Wand 12 über, an welcher in Anlage ein separater Kolben 13 bei Beaufschlagung mit Druck aus dem Druckraum 11 in axialer Richtung, d.h. parallel zur Zentrumsachse Z gleitet.
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An einem oberen Ende ist der separate Kolben 13 mit einem Ausrücklager 20 gekoppelt, das einen stehenden Lagerring 21 und einen rotierenden Lagerring 22 umfasst, welche mindestens einen Lagerkörper 23 einschließen. Wie dies zu erkennen ist, ist der stehende Lagerring 21 mit einer Schnappverbindung 13a mit dem Kolben 13 verbunden.
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In einem lagerfernen Bereich ist der Kolben 13 mit einem Dichtringträger 32 gekoppelt, in welchem ein Dichtring 31 aufgenommen ist. Das Ausrücklager 20 ist über eine Vorlastfeder 40 gegenüber dem Gehäuse 11 in Axialrichtung vorgespannt. Zum Schutz des Gehäuses 10 vor Verschmutzungen ist in bekannter Weise ein Faltenbalg 50 an einem Außenumfang des Gehäuses 10 befestigt.
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Mit nunmehrigem Bezug auf 2 wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausrückvorrichtung 1 beschrieben, welche analog zur Ansicht von 1 in Querschnittsansicht dargestellt ist. Dabei sind gleiche oder entsprechende Elemente wie in 1 mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die erfindungsgemäße hydraulische Ausrückvorrichtung 10 unterscheidet sich von einer herkömmlichen Ausrückvorrichtung dadurch, dass der stehende Lagerring 21 des Ausrücklagers 20 mit einer Verlängerung ausgebildet ist, welche ein integrales Kolbenmittel 21a ausbildet. Das Kolbenmittel 21a ist somit ein Bestandteil des stehenden Lagerrings 21 und somit des Ausrücklagers 20. Der stehende Lagerring 21 mit integriertem Kolbenmittel 21a kann vorzugsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung und insbesondere aus Stahl hergestellt sein.
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Der stehende Lagerring 21 ist ausgehend von einem Lagerbereich 20a des Ausrücklagers 21, in dem der Lagerkörper 23 zwischen stehendem Lagerring 21 und rotierendem Lagerring 22 gelagert ist, zunächst in radialer Richtung nach innen fortgeführt und geht angrenzend an die axiale Wand 12 des Gehäuses 10 in einen länglichen, etwa axial verlaufenden Arm 21 aa über. Die axiale Wand 12 bildet dabei eine Abstützung in radialer Richtung. Wenn das Gehäuse 10 aus Kunststoff gefertigt und der stehende Lagerring 21 des Ausrücklagers 20 aus Stahl, so werden günstige Gleiteigenschaften des Kolbenmittels 21a erzielt und entsprechend eine verschleißarme Ausrückvorrichtung 1 erhalten.
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Wie dies zu erkennen ist, verfügt der Arm 21aa über ein freies Ende 21ab, welches gleichzeitig ein lagerfernes Ende des gesamten stehenden Lagerrings 21 bildet. Dieses freie Ende 21 ab kann, wie hier gezeigt, unter einem Winkel zwischen 80° und 100° in Bezug auf die Axialrichtung abgewinkelt sein, im vorliegenden Fall in Radialrichtung nach außen. Hierdurch entsteht eine verbreiterte Anlagefläche für ein Dichtmittel 30, das in der gezeigten Ausgestaltung aus einem Dichtring 31 und einem Dichtringträger 32 zusammengesetzt ist. Der Dichtring 31 ist im gezeigten Fall zentral im Dichtringträger 32 aufgenommen, wobei eine erste Dichtlippe 31a an der axialen Innenwand 11a und eine zweite Dichtlippe 31b an der axialen Außenwand 11b des Druckraums 11 anliegt.
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Der Dichtringträger 32 weist eine Nut 32a auf, welche sich hier radial außen befindet und der Aufnahme des abgewinkelten freien Endes 21ab dient. Auf diese Weise kann eine lösbare Steckverbindung verwirklicht werden. Von diesem freien Ende 21ab ausgehend bis in den Lagerbereich 20a ist der stehende Lagerring 21 aus einem Stück und vorzugsweise mit einheitlicher Stärke d (in 3a gezeigt) gefertigt. Hierdurch werden die durch Verschiebung des separaten Kolbens 13 des Standes der Technik gegenüber dem Ausrücklager 20 hervorgerufenen Störungen vermieden.
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In den 3a und 3b sind jeweils beispielhafte Ausführungsformen eines Ausrücklagers 20 einer erfindungsgemäßen Ausrückvorrichtung gezeigt. Insbesondere ist wiederum der rotierende Lagerring 22 sowie der stehende Lagerring 21 des Ausrücklagers 20 dargestellt, wobei letzterer den Arm 21aa, der Teil des Kolbenmittels 21a ist, sowie dessen freies Ende 21ab umfasst. In beiden gezeigten Ausführungsformen ist das freie Ende 21ab gegenüber dem Arm 21aa abgewinkelt. Während gemäß 3a der Dichtring 31 direkt auf das freie Ende 21ab aufvulkanisiert ist, wodurch eine dauerhaften Verbindung dieser Bauteile verwirklicht ist, ist das freie Ende 21ab gemäß der Darstellung von 3b auf die schon beschriebene Weise in eine seitliche Nut 32a des Dichtringträgers 32 eingefügt. Der Dichtringträger 32 nimmt hier auf einer Unterseite einen oberen Bereich des Dichtrings 31 formschlüssig auf.
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Eine alternative Ausbildung des freien Endes 21ab ist in 4 in schematischer Querschnittsansicht dargestellt. Anders als in den vorangegangenen Ausführungsformen ist das freie Ende 21ab nicht abgewinkelt, sondern erstreckt sich gerade in axialer Richtung in Bezug auf die Zentrumsachse Z. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Dichtring 31, wie gezeigt, direkt auf das freie Ende 21ab aufvulkanisiert sein. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass sich der Arm 21aa des stehenden Lagerrings 21 hier radial außerhalb des Lagerbereichs 20a und außerhalb des drehenden Lagerrings 22 des Ausrücklagers 20 befindet, was bedeutet, dass sich der stehende Lagerring 21 hier zunächst vom Lagerbereich 20a aus radial nach außen erstreckt, bevor er in den axialen Arm 21aa übergeht.
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Es ist anzumerken, dass der stehende Arm 21aa bei jeder der Ausführungsformen als radialer Innenring oder als radialer Außenring ausgebildet sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ausrückvorrichtung
- 10
- Gehäuse
- 11
- Druckraum
- 11a
- axiale Innenwand
- 11b
- axiale Außenwand
- 12
- axiale Wand
- 13
- separater Kolben
- 20
- Ausrücklager
- 20a
- Lagerbereich
- 21
- stehender Lagerring
- 21a
- Kolbenmittel
- 21aa
- Arm
- 21ab
- freies Ende
- 22
- rotierender Lagerring
- 23
- Lagerkörper
- 30
- Dichtmittel
- 31
- Dichtring
- 31a
- erste Dichtlippe
- 31b
- zweite Dichtlippe
- 32
- Dichtringträger
- 32a
- Nut
- 40
- Vorlastfeder
- 50
- Faltenbalg
