-
Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung,
insbesondere für
eine Fahrzeugkupplung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Aus der
DE 197 16 600 A1 ist eine
Betätigungseinrichtung
für eine
Fahrzeugkupplung bekannt, die innerhalb eines Zylinders einen axial
verschiebbaren Kolben aufweist, der in Abhängigkeit einer Druckmittelversorgung
einen Verschiebeweg in Verbindung mit einer Ausrückkraft ausführt. Der
maximale Verschiebeweg des Kolbens wird von einem Anschlag (s.
5, Bez. 197d) begrenzt,
wobei als Anschlag ein einfacher Sicherungsring verwendet wird.
Im drucklosen Zustand muss der Anschlag lediglich der von einer
Vorspannfeder erzeugte Kraft auf den Kolben standhalten. Während der
Ausrückbewegung
der Kupplung wirkt von der Kupplung eine der Ausrückbewegung
entgegengerichtete Zuhaltekraft auf den Kolben, der vom Druck im
Arbeitsraum wiederum einer Öffnungskraft
ausgesetzt ist. Die Zuhaltekraft und die Öffnungskraft in Verbindung
mit dem Ausrückweg
sind der art aufeinander abgestimmt, dass der Kolben den Anschlag
während
der gewöhnlichen
Benutzung nie erreicht oder zumindest nur mit einer geringen Kraft
belastet. Es gibt aber theoretisch Fälle, bei denen die Abstimmung
der Zuhaltekraft und der Öffnungskraft
nicht mehr gegeben ist. Man stelle sich z. B. einen Reparaturfall
vor, bei dem die Kupplung demontiert wurde und jemand die Kupplung
versehentlich ausrücken
lässt.
Dann steht der Ausrückkraft
keine Gegenkraft an und der Anschlag würde mit der vollen Ausrückkraft
belastet. Es könnte
auch der Fall eintreten, dass z. B. die Schließfeder, in der Regel als Membranfeder
ausgeführt,
der Kupplung beschädigt
ist. Dann würden
u. U. auch die Kraft-Wegverhältnisse
am Kolben des Zylinders nicht mehr den vorbestimmten Verhältnissen
entsprechen.
-
Vielfach werden die Betätigungseinrichtungen
auch in Verbindung mit einer Kupplungsregelungssystem verwendet.
Der Fahrer löst
nur noch einen Kuppelbefehl aus und die Ausrückbewegung von dem Kolben wird
vom System gelenkt. Dabei wird häufig
ein Wegsensor für
den Ausrückweg
des Kolbens eingesetzt. Der Wegsensor könnte z. B. ein Fehlsignal an
das Kupplungsregelungssystem senden, so dass die Ansteuerung der
Betätigungseinrichtung
z. B. einen überhöhten Versorgungsdruck für den Arbeitsraum
der Betätigungseinrichtung
vorsehen würde.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Sicherheitseinrichtung zu schaffen, die eine interne Überbelastung
der Betätigungseinrichtung
verhindert.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
die Betätigungseinrichtung
für das Druckmittel
eine Notabströmeinrichtung
aufweist, die ab einem dem maximalen Arbeitsweg sich anschließenden Schaltweg
freigegeben wird.
-
Es liegt damit eine sehr einfache
Wegsteuerung vor, die unabhängig
von einer aufwändigen
Sensierung den Arbeitsweg der Betätigungseinrichtung begrenzt,
ohne dass eine große
Belastung auf die Einzelteile der Betätigungseinrichtung einwirken.
-
Bei einer Ausführungsvariante wird die Notabströmeinrichtung
von mindestens einer Ablassöffnung
des Zylinders gebildet, die mit einer Dichtfläche des Kolbens zusammenwirkt.
Letztlich besteht der fertigungstechnische Mehraufwand im Vergleich
zu einer konventionellen Betätigungseinrichtung
lediglich in der Einbringung der Ablassöffnung.
-
Alternativ kann der Kolben auf einer
Führungshülse axial
beweglich gelagert sein, wobei die Führungshülse einen Bestandteil der Notabströmeinrichtung
bildet. Es wird die Relativbewegung zwischen der Führungshülse und
dem Kolben ausgenutzt und in die Führungshülse die Ablassöffnung eingearbeitet.
-
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch
aus, dass die Notabströmeinrichtung
von einer Dichtungsstelle zwischen dem Kolben und der Schiebehülse gebildet
wird.
-
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch wird
die Ablassöffnung
von mindestens einer in Arbeitswegrichtung des Kolbens verlaufenden
Nut gebildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die in Arbeitswegrichtung
verlaufende Nut einen mit zunehmendem Arbeitsweg größeren Querschnitt
aufweist. Es wird eine gedämpfte
Verzögerung
der Arbeitsbewegung des Kolbens erreicht.
-
Bei einer weiteren Variante ist der
Kolben auf einer Schiebehülse
axial beweglich gelagert, die sich bis zum maximalen Arbeitsweg
synchron mit dem Kolben bewegt und dann an einem Anschlag zum Stillstand
kommt, wobei der Kolben ab diesem Arbeitsweg eine zusätzliche Öffnungsbewegung
für die Notabströmeinrichtung
relativ zur Schiebehülse
ausführt.
-
Dabei kann die Notabströmeinrichtung
von einer Dichtungsstelle zwischen dem Kolben und der Schiebehülse gebildet
werden. Es wird eine Trennung der Dichtungen für den Arbeitsraum von der Notabströmeinrichtung
erreicht, so dass bei der Montage keine Vorbeschädigung der Dichtungen des Arbeitsraums
auftreten können.
-
Um im Fall einer Arbeitsbewegung
des Kolbens über
den maximalen Arbeitsweg hinaus keinen oder nur einen sehr geringen
Druckmittelverlust in Kauf nehmen zu müssen, steuert das aus dem Zylinder
entweichende Druckmittel über
eine Steuerleitung ein innerhalb der Druckmittelversorgung der Betätigungseinrichtung
angeordnetes Sperrventil in eine Sperrstellung an. Man kann dem
Sperrventil noch ein Druckbegrenzungsventil parallel schalten, um
im Arbeitsraum keinen Überdruck
einzuspannen.
-
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll
die Erfindung näher
erläutert
werden.
-
Es zeigt:
-
1 Betätigungseinrichtung
mit maximalem Arbeitsweg
-
2 Betätigungseinrichtung
nach der 1 mit geöffneter
Notabströmeinrichtung
-
3 Detaildarstellung
des Zylinders nach 1 und. 2
-
4 Betätigungseinrichtung
mit einem Anschluss der Notabströmeinrichtung
an eine Steuerleitung für
ein Sperrventil innerhalb der Druckmittelversorgung
-
5 Betätigungseinrichtung
mit einer Öffnungsbewegung
für die
Notabströmeinrichtung
zwischen dem Kolben und einer Schiebehülse
-
Die 1 zeigt
eine Betätigungseinrichtung 1 mit
einem Zylinder 3, in dem ein Kolben 5 eine axiale
Arbeitsbewegung ausführt.
Der Zylinder, der Kolben, der mit einer Schiebehülse 7 festverbunden
ist, bilden mit einer Führungshülse 9 einen
Arbeitsraum 11, der willkürlich über eine nicht dargestellte
Versorgungsleitung mit einem Druckmittel, Öl oder Gas, gefüllt werden
kann, wobei der Kolben in Abhängigkeit des
Volumens im Arbeitsraum eine Arbeitsbewegung in Verbindung mit einer
Betätigungskraft
ausübt,
die auf ein Lager 13 übertragen
wird, so dass eine symbolisch dargestellte Fahrzeugkupplung 15,
hier eine Membranfederzunge, eine Öffnungsbewegung durchführt. Es
besteht auch die Möglichtkeit,
dass der Kolben und die Schiebehülse
einteilig ausgeführt sind.
Der Arbeitsraum 11 wird von einer Kolbendichtung 17 mit
einer Dichtfläche 19 und
einer Führungshülsendichtung 21 mit
einer Dichtfläche 23 gegen
Leckagen abgedichtet. In der Schiebehülse 7 sind Gleitringe 25; 27 angeordnet,
die die Schiebehülse
zur Führungshülse zentrieren.
Innerhalb des Arbeitsraums kann eine Vorspannfeder 29 angeordnet
sein.
-
Die 1 zeigt
den Schaltzustand der Betätigungseinrichtung,
nach dem ein definierter maximaler Arbeitsweg 29 zurückgelegt
und die Fahrzeugkupplung gegen die Kraft der Membranfeder geöffnet ist.
Dazu ist im Arbeitsraum 11 ein Mindestdruck in Arbeitswegrichtung
projiziert auf den Kolben und auf die Schiebehülse notwendig, dessen Druckkraft
größer ist
als die Gegenkraft der Membranfeder, wobei die Membranfeder nur
beispielhaft genannt und dargestellt ist. Der Druck in der Versorgung
des Arbeitsraums resultiert aus einem ebenfalls nicht dargestellten
Speicher (s. 5), z.
B. einer zentralen Druckversorgung des Fahrzeugs. Das im Speicher üblicherweise
vorliegende Druckniveau wird bei der Auslegung der Betätigungseinrichtung
zugrunde gelegt.
-
Es besteht zumindest die theoretische
Möglichkeit,
dass die von der Membranfeder üblicherweise
erzeugte Gegenkraft im Moment Arbeitsbewegung des Kolbens nicht
vorliegt, z. B. bei demontierter Kupplung und Auslösen der
Druckversorgung der Betätigungseinrichtung.
In diesem Fall führt
der Kolben zusammen mit der Schiebehülse ab dem maximalen Arbeitsweg 29 einen
zusätzlichen
Schaltweg 31 aus, so dass eine Notabströmeinrichtung 33 freigegeben
wird. Die Notabströmeinrichtung
wird von einer Ablassöffnung 35 des
Zylinders in Verbindung mit der Dichtfläche 19 gebildet. In
diesem Zustand liegt die Schiebehülse 7 mit ihrer Stirnfläche an einem
Anschlag 37 der Führungshülse 9 an.
Das im Arbeitsraum befindliche Druckmittel kann entweichen, so dass
der Anschlag 37 von der Schiebehülse 7 nur mit der
Kraft der Vorspannfeder 39 belastet wird. Der Arbeitsdruck
hat sich dann bereits über
die Ablassöffnung
abgebaut. In 2 ist die
Stellung des Kolbens bei geöffneter
Notabströmeinrichtung
dargestellt. Die Ablassöffnung
muss nicht unbedingt von einer radialen Bohrung gebildet werden, sondern
es besteht auch die Möglichkeit,
mindestens eine in der Arbeitswegrichtung des Kolbens verlaufende
Nut gebildet wird. Diese Nut kann einen mit zunehmendem Arbeitsweg
größeren Querschnitt
aufweisen, so dass eine gedämpfte
Kolbenverzögerung
erreicht wird. In 3 ist
ein entsprechender Teilausschnitt des Zylinders dargestellt.
-
Die 1 und 2 zeigen als Alternative
mindestens eine Notabströmeinrichtung 33,
die Bestandteil der Führungshülse 9 ist.
In diesem Fall übernimmt die
Führungshülsendichtung 21 mit
ihrer Dichtfläche 23 die
Schaltfunktion für
die Freigabe der Notabströmeinrichtung 33.
-
Die 4 zeigt
eine Betätigungseinrichtung 1,
deren wesentlicher Grundaufbau der Variante nach der 1 entspricht. Ein Unterschied
zur 1 besteht darin,
dass der Kolben 5 zwischen einem Flansch 41 der
Schiebehülse 7 und
einem zweiten Anschlag 43 axial beweglich gelagert ist.
Der zweite Anschlag 43 dient dazu, einen Schaltweg 31 zu
begrenzen, wenn ein Teilbereich 5a des Bodens von dem Kolben 5 von
einer Stirnfläche 43a abhebt
und damit eine Flanschdichtung 45 freigibt, die im Bereich zwischen
dem Flansch 41 und dem Teilbereich 5a den Arbeitsraum 11 verschließt.
-
Der maximale Arbeitsweg 29 erstreckt
sich von der vorderen Stirnfläche 7a der
Schiebehülse
bis zum Anschlag 37 in der Führungshülse, ausgehend von einer Position
der Schiebehülse
an der Rückwand 3r des
Zylinders. Bei einem bestimmungsgemäßen Zustand der Betätigungseinrichtung
werden sowohl der Kolben 5 wie auch die Schiebehülse 7 vom
Druck innerhalb des Arbeitsraums 11 in der Arbeitsbewegungsrichtung
nach links geschoben, da auch auf die Schiebehülse mit ihrer druckbeaufschlagten
Fläche 47 eine
Verschiebekraft wirkt. Bis zum Anschlag 37 werden die Schiebehülse und
der Kolben eine synchrone Arbeitsbewegung ausführen. Man kann vorsehen, dass
zwischen dem Kolben und der Schiebehülse eine leichte Presspassung
vorliegt.
-
Wie bereits vorstehend beschrieben,
endet der maximale Arbeitsweg der Schiebehülse an dem Anschlag 37 in
der Führungshülse 9.
Wenn der Arbeitsdruck im Arbeitsraum aufgrund eines Fehlers oder
eines Schadens im Bereich der Druckversorgung zu groß oder die
Gegenkraft der Kupplung zu klein ist, dann kann der Kolben den zusätzlichen Schaltweg 31 ausführen, wodurch
die Notabströmeinrichtung,
die von dem Teilbereich 5a des Kolbens und der Stirnfläche 43a der
Schiebehülse 7 sowie
der Flanschdichtung 45 gebildet wird, freigegeben werden,
in dem die funktionsbedingte Vorspannung des Teilbereichs 5a auf
die Flanschdichtung aufgehoben wird. Am Ende des Schaltwegs 31 liegt
der Kolben am zweiten Anschlag 43 an. Der zweite Anschlag muss
nicht unbedingt im Hinblick auf die Notabströmeinrichtung verwendet werden.
Es besteht aber der Vorteil, das der Kolben bei der Montage oder
auch im Notfall nicht von der Schiebehülse 7 bewegt werden kann.
-
In der 5 wird
die Betätigungseinrichtung nach
den 1, 2 und 4 mit
einem Kupplungsregelungssystem 49 im Zusammenhang. Symbolisch
ist ein Speicher 51 für
die Druckmittelversorgung und ein Pedal 53 für das Signal
zur Arbeitsbewegung der Betätigungseinrichtung 1 dargestellt.
Das Kupplungsregelungssystem umfasst ein Sperrventil 55 innerhalb
der Druckmittelversorgung der Betätigungseinrichtung, das über eine
Steuerleitung 57, die von der Ablassöffnung der Notabströmeinrichtung
ausgeht. Sobald die Notabströmeinrichtung
freigegeben ist, kann aus dem Arbeitsraum 11 des Zylinders 3 entweichendes
Druckmittel über
die Steuerleitung 57 das Sperrventil 55 in eine
Sperrstellung ansteuern, so dass die Betätigungseinrichtung von der
weiteren Druckmittelversorgung getrennt ist.
-
Je nach Art des Druckmittels, ob
Luft oder hydraulisches Medium, kann das unter Druck stehende Druckmittel
in einen Vorratsbehälter 59 oder
ins Freie entweichen. Ein Druckbegrenzungsventil 61 sorgt
für eine
gezielte Ansteuerung des Sperrventils, wobei sicherlich auf die
Verwendung des Druckbegrenzungsventils verzichtet werden kann, wenn
man z. B. ein impulsgesteuertes Sperrventil verwendet, das nur einmal
einen kurzen Druckstoß über die Steuerleitung
benötigt.
-
Die Beispiele nach den 1 bis 5 zeigen jeweils eine Betätigungseinrichtung
mit einer axialen Arbeitsbewegung des Kolbens. Die Erfindung ist aber
auch bei einer Betätigungseinrichtung
anwendbar, wenn der Kolben eine rotatorische Arbeitsbewegung ausführt.