DE112009002410B4

DE112009002410B4 - Kupplungsbetätigungseinheit mit hydraulischer Ausrückvorrichtung

Info

Publication number: DE112009002410B4
Application number: DE112009002410.6T
Authority: DE
Inventors: Markus Heitbaum
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: US20110233025A1; DE102009043241A1; WO2010048915A1; DE112009002410A5

Abstract

Kupplungsbetätigungseinheit (200) für eine Kraftfahrzeugkupplung mit einer hydraulischen Ausrückvorrichtung, umfassend einen konzentrisch zu einer Getriebeeingangswelle (4) angeordneten Nehmerzylinder (15) mit einer Arbeitskammer (16), einen im Nehmerzylinder (15) angeordneten axialbeweglichen Ringkolben (12) und einen Lagerflansch (9), der den Nehmerzylinder (15) aufnimmt und abstützt, wobei die Getriebeeingangswelle (4) über ein Wälzlager (6) an dem Lagerflansch (9) abgestützt ist und der Nehmerzylinder (15) in den Lagerflansch (9) integriert und einteilig mit ihm ausgebildet ist, wobei zur Ansteuerung des Nehmerzylinders (15) im Lagerflansch (9) wenigstens ein Strömungskanal ausgebildet ist, der sich von radial außen zur Arbeitskammer (16) hin erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal im Lagerflansch (9) von radial außen durch wenigstens eine Hauptbohrung (9a) und zwei sich hieran anschließende Querbohrungen (9e, 9f) gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsbetätigungseinheit mit einer hydraulischen Ausrückvorrichtung für eine Kraftfahrzeugkupplung.
Eine Kupplungsbetätigungseinheit dient der mechanischen Trennung der Kupplungsbeläge einer Kraftfahrzeugkupplung, um einen Schaltvorgang im Getriebe vornehmen zu können. Zunehmend werden die konventionellen mechanischen Ausrücksysteme von hydraulischen Ausrücksystemen bzw. Ausrückvorrichtungen ersetzt. Solche hydraulischen Ausrückvorrichtungen für Kraftfahrzeugkupplungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, wozu stellvertretend auf die Patentschriften WO 2007/147378 A1 und EP 1 645 767 A1 derselben Anmelderin verwiesen wird.
Die 2 zeigt eine Kupplungsbetätigungseinheit 100 mit einer hydraulischen Ausrückvorrichtung gemäß einer aktuellen Serien-Ausführungsform in einer Schnittansicht. Die Kupplungsbetätigungseinheit 100 ist um eine rotierende Getriebeeingangswelle 4 angeordnet und im Wesentlichen von einem Kupplungsgehäuse bzw. einer Kupplungsglocke 7 umgeben. Das Motordrehmoment wird von der Kurbelwelle des Motors auf das Schwungrad 1 aufgebracht und von dort mittels Reibbelägen über die Kupplungsscheibe 2 unter Zwischenschaltung eines Zweimassenschwungrades 14 auf die zentrale Getriebeeingangswelle 4 übertragen. Um den Kraftfluss bzw. Drehmomentfluss zwischen dem Schwungrad 1 und der Getriebeeingangswelle 4 unterbrechen zu können, ist eine hydraulische Ausrückvorrichtung vorgesehen. Diese umfasst einen konzentrisch zur Getriebeeingangswelle 4 angeordneten Nehmerzylinder (CSC - Concentric Slave Cylinder) 15 mit einer Arbeitskammer 16, in dem ein Ringkolben 12 axialbeweglich gelagert ist. Wird die Arbeitskammer 16 mittels einer hydraulischen Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt, so fährt der Ringkolben 12 aus dem Nehmerzylinder 15 aus, d. h. der Ringkolben 12 wird gemäß der Darstellung in 2 nach links bewegt und betätigt eine als Hebel wirkende Kupplungsmembranfeder 18, wodurch sich die Reibbeläge von der Kupplungsscheibe 2 lösen und diese freigeben. Nach Druckentlastung der Arbeitskammer 16 bewegt sich der Ringkolben 12 wieder nach links zurück, wodurch in der Folge die Reibbeläge wieder in Kontakt mit der Kupplungsscheibe 2 gebracht werden. Die Bewegung des Ringkolbens 12 wird durch eine Feder 17 unterstützt. In 2 ist die obere Hälfte der Kupplungsbetätigungseinheit 100 mit einem maximal ausgefahrenen Ringkolben 12 dargestellt (max. Extension), wobei sich dieser Ringkolben 12 in der unteren Hälfte der Kupplungsbetätigungseinheit 100 in der entgegengesetzten eingefahrenen Stellung befindet (min. Extension).
Der Nehmerzylinder bzw. der CSC 15 ist an einem Lagerflansch 9 befestigt, bspw. dort aufgeschraubt oder angeschraubt, und stützt sich gleichfalls gegen diesen Lagerflansch 9 ab. Der Lagerflansch 9 ist seinerseits an dem Kupplungsgehäuse 7 befestigt. Die Getriebeeingangswelle 4 ist über ein Wälzlager 6 an dem Lagerflansch 9 abgestützt.
Der Druckanschluss bzw. die Ansteuerung des Nehmerzylinders 15 erfolgt über eine Druckleitung 19. Die Druckleitung 19 ist zu einem Ende mittels eines steckbaren Anschlusses 20 mit dem Nehmerzylinder 15 verbunden und weist zum anderen Ende einen Konnektor 21 auf, der die Konnektivität der Druckleitung 19 am Kupplungsgehäuse 7 bewerkstelligt.
Nachteilig an der zuvor beschriebenen Kupplungsbetätigungseinheit gemäß Stand der Technik ist der hohe Montageaufwand.
In der JP S53-60 300 U ist eine Ausrückvorrichtung eines Kupplungsmechanismus mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dieser Erfindung offenbart. Die dort beschriebene hydraulische Ausrückvorrichtung weist einen Lagerflansch auf, in den der Nehmerzylinder der Ausrückvorrichtung integriert ist. Zur Zuführung von Hydraulikflüssigkeit ist eine Leitung vorhanden, die durch den Lagerflansch geführt ist.
Weiterer Stand der Technik ist in der US 4 620 625 A , der US 2002/0157917 A1 , der JP 2002-364 673 A sowie der DE 100 49 459 A1 bekannt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Kupplungsbetätigungseinheit mit einer hydraulischen Ausrückvorrichtung bereitzustellen, die sich insbesondere einfach montieren lässt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kupplungsbetätigungseinheit für eine Kraftfahrzeugkupplung mit einer hydraulischen Ausrückvorrichtung, umfassend einen konzentrisch zu einer Getriebeeingangswelle angeordneten Nehmerzylinder mit einer Arbeitskammer, einen im Nehmerzylinder angeordneten axial beweglichen Ringkolben und einen Lagerflansch, der den Nehmerzylinder aufnimmt und abstützt, wobei der Nehmerzylinder in den Lagerflansch integriert ist. Insbesondere ist der Nehmerzylinder einteilig mit dem Lagerflansch ausgebildet. Dies bedeutet, dass sowohl die Arbeitskammer des Nehmerzylinders als auch die Laufflächen des Kolbens bzw. Ringkolbens direkt im Lagerflansch ausgebildet sind.
Die erfindungsgemäße Kupplungsbetätigungseinheit hat viele Vorteile. Bei der Montage der erfindungsgemäßen Kupplungsbetätigungseinheit kann der Lagerflansch mit dem integral ausgebildeten Nehmerzylinder quasi als ein Bauteil montiert werden, wodurch bisherige Montagearbeitsgänge entfallen. Als ein erfreulicher Nebeneffekt ist auch eine nicht unerhebliche Einsparung von Einzelteilen gegeben. So entfallen beispielsweise die Befestigungsschrauben für den Nehmerzylinder am Lagerflansch. Aufgrund des Wegfalls der Befestigungsschrauben kann die Arbeitskammer des Nehmerzylinders mit größerem Durchmesser ausgebildet werden, womit bei gleichem hydraulischem Druck am Ringkolben höhere Stellkräfte erzeugt werden können.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass für den Druckanschluss bzw. zur Ansteuerung des Nehmerzylinders im Lagerflansch wenigstens ein Strömungskanal ausgebildet ist, der sich von radial außen zur Arbeitskammer des Nehmerzylinders hin erstreckt.
Aufgrund dieser quasi integralen Ausbildung des Druckanschlusses für den Nehmerzylinder kann auf die oben beschriebene separate Druckleitung und deren Anschluss am Nehmerzylinder verzichtet werden, was weiterhin zur Einsparung von Einzelteilen beiträgt. Ein weiterer Vorteil dieser integralen Ausbildung des Druckanschlusses ist, dass damit wesentlich höherer Stellgeschwindigkeiten und kürzere Stellzeiten für die hydraulische Ausrückvorrichtung ermöglicht werden. Demgegenüber sind imstand der Technik aufgrund der geringen Querschnitte in der Druckleitung und deren Anschlüsse nur verhältnismäßig geringe Stellgeschwindigkeiten und damit einhergehende verhältnismäßig lange Stellzeiten gegeben, wobei die Verwendung von Druckleitungen und/oder Anschlüssen mit einem größeren Querschnitt daran scheitert, dass in axialer Richtung nicht genügend Bauraum zur Verfügung steht. Hingegen kann ein integral ausgebildeter Strömungskanal mit einem wesentlich größeren Querschnitt ausgebildet werden, wobei hier der „hydraulische Querschnitt“ maßgeblich ist. Aufgrund dieses größeren Querschnitts bzw. hydraulischen Querschnitts kann kurzzeitig wesentlich mehr Hydraulikflüssigkeit in die Arbeitskammer des Nehmerzylinders eingebracht oder ausgebracht werden, womit sich die Stellgeschwindigkeit deutlich erhöht, selbst bei niedrigen Temperaturen, wenn die Hydraulikflüssigkeit quasi noch zähe Eigenschaften aufweist. Weiterhin kann aufgrund des Wegfalls des Anschlusses der separaten Druckleitung am Nehmerzylinder dessen Arbeitskammer mit größerem Durchmesser ausgebildet werden, womit bei gleichem hydraulischen Druck am Ringkolben deutlich höhere Kräfte erzeugt werden können. Dies kann ggf. dazu führen, dass im Ergebnis eine schwächere, leichtere und kostengünstigere Hydraulikpumpe einsetzbar ist.
Insbesondere folgt der Strömungskanal einer radialen Kontur des Lagerflansches. Fernerhin ist auch die Anordnung mehrerer, quasi paralleler Strömungskanäle im Lagerflansch möglich. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Strömungskanal im Lager-flansch durch eine Bohrung bzw. Durchflussbohrung oder durch mehrere, jeweils aufeinandertreffende Bohrungen gebildet ist.
Weiter ist vorgesehen, dass der Strömungskanal im Lagerflansch von radial außen durch wenigstens eine Hauptbohrung und zwei sich hieran anschließende Querbohrungen gebildet ist. Die Hauptbohrung erstreckt sich bevorzugt in einer im Wesentlichen radialen Richtung, die erste Querbohrung erstreckt sich im Wesentlichen in einer axialen Richtung und die zweite Querbohrung erstreckt sich im Wesentlichen in einer radialen Richtung. Diese Anordnung der Bohrungen dient dazu, das hintere, dem Ringkolben abgewandte Ende der Arbeitskammer des Nehmerzylinders zu erreichen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung hiervon ist vorgesehen, dass die Bohrungseingangslöcher der Querbohrungen mit unlösbaren und hochdruckfesten Dichtelementen verschlossen sind. Diese Dichtelemente halten bspw. einem Innendruck von bis zu 450 bar stand.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Lagerflansch an seinem radial äußeren Ende einen hydraulischen Anschluss für eine externe Anschlussdruckleitung aufweist. Dieser hydraulische Anschluss ist bevorzugt als schraubbare Anschlusskupplung ausgebildet und von radial außen am Lagerflansch angeschraubt bzw. in diesen eingeschraubt. Damit kann auf einen bisher verwendeten Konnektor verzichtet werden. Bevorzugt erstreckt sich die Anschlusskupplung durch das Kupplungsgehäuse hindurch. Die externe Anschlussdruckleitung kann mit einem gebördelten Anschluss versehen und mittels einer Überwurfmutter einschließlich eines Dichtrings an den Lagerflansch von außen angeschraubt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Laufflächen bzw. Gleitflächen für den Kolben bzw. Ringkolben gesondert bearbeitet sind. Hierzu gehören insbesondere eine spanabhebende Glättung, eine lokale Härtung, eine Beschichtung oder ein Anodisieren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Lagerflansch einstückig ausgebildet ist. Der Lagerflansch ist insbesondere als Gussteil oder als Umformteil aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der 1 näher erläutert, wobei im Wesentlichen nur auf die relevanten Unterschiede gegenüber dem Stand der Technik nach der 2 eingegangen wird. Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsbetätigungseinheit 200 in einer Schnittansicht. Die Kupplungsbetätigungseinheit 200 ist ähnlich aufgebaut wie die Kupplungsbetätigungseinheit 100 in 2. Gleiche Komponenten und Bauteile sind daher mit denselben Bezugszeichen benannt. In 1 ist, wie auch in der 2, die obere Hälfte der Kupplungsbetätigungseinheit 200 mit einem maximal ausgefahrenen Ringkolben 12 dargestellt (max. Extension), wobei sich dieser Ringkolben 12 in der unteren Hälfte der Kupplungsbetätigungseinheit 200 in der entgegengesetzten eingefahrenen Stellung befindet (min. Extension).
Ein wesentlicher Unterschied zwischen der erfindungsgemäßen Kupplungsbetätigungseinheit 200 und der Kupplungsbetätigungseinheit 100 nach dem Stand der Technik ist die integrale Ausbildung des Nehmerzylinders 15 und des Lagerflansches 9. Hierbei ist die Arbeitskammer bzw. der Drucktraum 16 unmittelbar im Lageflansch 9 ausgebildet. Der Druckanschluss zur Ansteuerung der Arbeitskammer 16 erfolgt durch eine sich im Wesentlichen radial erstreckende Hauptbohrung 9a, eine sich im Wesentlichen axial erstreckende erste Querbohrung 9e und sich eine sich im Wesentlichen radial erstreckende zweite Querbohrung 9f. Die Bohrungseingangslöcher der Querbohrungen 9e und 9f sind mit unlösbaren und hochdruckfesten Dichtelementen 9d verschlossen. Die Bohrungen bzw. Druckanschlussbohrungen 9a, 9e und 9f bilden einen Strömungskanal zwischen dem hinteren Bereich der Arbeitskammer 16 und dem radial äußeren Bereich des Lagerflansches 9. Am radial äußeren Ende des Lagerflansches 9 ist eine hydraulische Anschlusskupplung 22 eingeschraubt, die sich durch das Kupplungsgehäuse 7 erstreckt und auf die von außen eine gebördelte externe Anschlussdruckleitung 10 mittels einer Überwurfmutter 11 unter Verwendung eines Dichtringes dauerfest aufgeschraubt wird.
Die Bohrungen 9a, 9e und 9f können mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser bzw. mit einem großen Querschnitt bzw. hydraulischen Querschnitt ausgeführt werden. Dadurch kann in kurzer Zeit der Arbeitskammer 16 eine große Menge an Hydraulikflüssigkeit zugeführt oder aus diesem abgeführt werden, womit hohe Stellgeschwindigkeiten bzw. kurze Stellzeiten für die hydraulische Ausrückvorrichtung durch entsprechend schnelle Stellbewegungen des Ringkolbens 12 ermöglicht werden. Weiterhin können auch mehrere parallele Strömungskanäle in der zuvor beschriebenen Art in den Lagerflansch 9 eingebracht werden.
Durch den Wegfall der Befestigungsschrauben für den Nehmerzylinder 15 am Lagerflansch 9 sowie durch Wegfall des Anschlusses 20 am Nehmerzylinder 15 steht in der Kupplungsbetätigungseinheit 200 mehr Bauraum zur Verfügung, so dass die Arbeitkammer 16 mit einem größeren Durchmesser ausgebildet werden kann. Damit kann auch der Ringkolben 12 mit einer größeren Ringfläche ausgebildet werden, sodass bei gleichem hydraulischem Druck in der Arbeitkammer 16 wesentlich höhere Stellkräfte am Ringkolben 12 erreicht werden.
Wie dargestellt ist der Lagerflansch 9 einteilig ausgebildet und am Kupplungsgehäuse 7 befestigt.
Bezugszeichenliste

1: Schwungrad
1a: Befestigungsschraube Schwungrad-Kurbelwelle
2: Kupplungsscheibe
3: Kupplungsdruckplatte (SAC)
4: Getriebeeingangswelle (einschl. Mitnehmer und Rotor)
5: Radialwellendichtring
6: Wälzlager
7: Kupplungsglocke, Kupplungsgehäuse
8: Startor
8a: Startorgehäuse
8b: O-Ringdichtung Startorgehäuse
9: Lagerflansch
9a: Hauptbohrung
9b: Befestigungsschraube Lagerflansch
9c: O-Ringdichtung Lagerflansch
9d: unlösbares Dichtelement (Expander)
9e: Querbohrung
9f: Querbohrung
10: Anschlussdruckleitung (gebördeltes Stahlbremsrohr)
11: Überwurfmutter (einschl. Dichtung)
12: Kolben bzw. Ringkolben (UZSB; einschl. Führungsbänder und Nutdichtring)
13: Sensor + Magnet
14: Zweimassenschwungrad
15: Nehmerzylinder (CSC)
16: Arbeitskammer bzw. Druckraum (Nehmerzylinder)
17: Feder
18: Kupplungsmembranfeder
19: Druckleitung
20: Anschluss
21: Konnektor
22: hydraulische Anschlusskupplung
100: Kupplungsbetätigungseinheit (Stand der Technik)
200: Kupplungsbetätigungseinheit

Claims

Kupplungsbetätigungseinheit (200) für eine Kraftfahrzeugkupplung mit einer hydraulischen Ausrückvorrichtung, umfassend einen konzentrisch zu einer Getriebeeingangswelle (4) angeordneten Nehmerzylinder (15) mit einer Arbeitskammer (16), einen im Nehmerzylinder (15) angeordneten axialbeweglichen Ringkolben (12) und einen Lagerflansch (9), der den Nehmerzylinder (15) aufnimmt und abstützt, wobei die Getriebeeingangswelle (4) über ein Wälzlager (6) an dem Lagerflansch (9) abgestützt ist und der Nehmerzylinder (15) in den Lagerflansch (9) integriert und einteilig mit ihm ausgebildet ist, wobei zur Ansteuerung des Nehmerzylinders (15) im Lagerflansch (9) wenigstens ein Strömungskanal ausgebildet ist, der sich von radial außen zur Arbeitskammer (16) hin erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal im Lagerflansch (9) von radial außen durch wenigstens eine Hauptbohrung (9a) und zwei sich hieran anschließende Querbohrungen (9e, 9f) gebildet ist.
Kupplungsbetätigungseinheit (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungseingangslöcher der Querbohrungen (9e, 9f) mit unlösbaren und hochdruckfesten Dichtelementen (9d) verschlossen sind.
Kupplungsbetätigungseinheit (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerflansch (9) an seinem radial äußeren Ende einen hydraulischen Anschluss für eine externe Anschlussdruckleitung (10) aufweist, wobei der hydraulische Anschluss bevorzugt als schraubbare Anschlusskupplung (22) ausgebildet und von radial außen in den Lagerflansch (9) eingeschraubt ist.
Kupplungsbetätigungseinheit (200) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen für den Ringkolben (16) gesondert bearbeitet sind.
Kupplungsbetätigungseinheit (200) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerflansch (9) einstückig ausgebildet ist.