DE19945806A1 - Betätigungseinrichtung - Google Patents
BetätigungseinrichtungInfo
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Abstract
Betätigungseinrichtung für eine im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnete Reibungskupplung, umfassend eine Ausrückanordnung, die einen Druckmittelzylinder und einen darin axial verlagerbaren Druckmittelkolben umfaßt und über ein Steuerventil mit einer Druckmittelquelle wirksam verbunden und in Abhängigkeit von einer die Sollgröße repräsentierenden Führungsgröße und einer die axiale Position des Druckmittelkolbens repräsentierenden Istgröße betätigbar ist, wobei das Steuerventil durch eine elektromagnetische Positioniereinrichtung betätigbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für eine im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs angeordnete Reibungskupplung, umfassend eine Ausrückanordnung,
die einen Druckmittelzylinder und einen darin axial verlagerbaren Druckmittelkolben
umfaßt und über ein Steuerventil mit einer Druckmittelquelle wirksam verbunden und in
Abhängigkeit von einer die Sollgröße repräsentierenden Führungsgröße und einer die
axiale Position der Ausrückanordnung repräsentierenden Istgröße betätigbar ist.
Eine derartige Betätigungseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 33 21 578 C2 be
kannt. Diese bekannte Betätigungseinrichtung weist als Positionieranordnung einen Un
terdrückservokraftverstärker auf. Der Kraftverstärker ist in der Art eines Unterdruck-
Bremskraftverstärkers aufgebaut und mit einem Pneumatikkraftzylinder und einem
Steuerventil integral ausgebildet und außerhalb der Gehäuseglocke angeordnet. Zwei
Arbeitskammern des Pneumatikkraftzylinders sind durch einen axial bewegbar geführ
ten Kolben und eine elastische Membran voneinander getrennt. Eine als Unterdruck
kammer ausgebildete Arbeitskammer ist am Ansaugleitungssystem der Brennkraftma
schine angeschlossen. Die andere als Steuerkammer dienende Arbeitskammer ist mittels
des Steuerventils entweder mit der Unterdruckkammer oder über eine Druckaus
gleichsöffnung mit der Atmosphäre verbindbar. Der Unterdruck-Servokraftverstärker
wird über eine Steuerstange, die über eine elektromotorisch angetriebene Nocke axial
verschiebbar ist, angetrieben. Durch das axiale Verschieben der Steuerstange schaltet
das Steuerventil, wodurch der Kolben der Bewegung der Steuerstange kraftverstärkt
folgt. Die Bewegung des Kolbens wirkt über einen hydraulischen Geberzylinder auf ei
nen mit dem Geberzylinder verbundenen, außerhalb der Gehäuseglocke angeordneten
Nehmerzylinder, der seinerseits auf eine der Ausrücklageranordnung zugeordnete Aus
rückgabel wirkt. Das Steuerventil weist einen Ventilkörper auf, der mit einem elastischen
Ventilsitz zusammenwirkt. Im Ventilsitz ist ein Verbindungskanal vorgesehen, über den
die Verbindung zwischen der Steuerkammer und der Umgebungsluft erfolgt, sofern
nicht der Ventilkörper gegen den elastischen Ventilsitz gedrückt wird, um den Verbin
dungskanal durch den Ventilkörper zu verschließen. Ein weiterer Verbindungskanal ver
bindet die Steuerkammer mit der Unterdruckkammer.
Weiterhin ist eine Betätigungseinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, die ei
nen Pneumatikkraftzylinder als Druckmittelkraftzylinderanordnung aufweist. Die Betäti
gungseinrichtung ist als integrale Einheit, die einen Pneumatikkraftzylinder, einen hy
draulischen Nehmerzylinder und das Steuerventil umfaßt, außen an der Gehäuseglocke
angebracht. Der Kolben des Pneumatikkraftzylinders ist an einem den Kolben des hy
draulischen Nehmerzylinders bildenden Stangenelement angebracht, und das Stan
genelement ist mit einem Stößel verbunden, der in das Gehäuseglockeninnere reicht
und an einer der Ausrücklageranordnung zugeordneten Ausrückgabel angreift. An dem
hydraulischen Nehmerzylinder ist ein mittels Kupplungspedal betätigbarer Geberzylinder
und ein Steuereingang des Steuerventils angeschlossen. Das Steuerventil steuert in Ab
hängigkeit vom am Steuereingang anliegenden Hydraulikdruck die Zufuhr von Druckluft
in dem Pneumatikkraftzylinder bzw. das Ablassen von Luft aus dem Pneumatikkraftzy
linder derart, daß sich ein vorgegebener, durch eine Druckfederanordnung bestimmter
Hydraulikdruck am Steuereingang einstellt. Der hydraulische Nehmerzylinder dient hier
bei als Meßzylinder, der die Position des Stangenelements und damit indirekt die Positi
on der Ausrücklageranordnung erfaßt. Bei Betätigung des Geberzylinders werden über
den als Meßzylinder dienenden hydraulischen Nehmerzylinder Kräfte direkt auf das
Stangenelement und damit auf die Ausrücklageranordnung ausgeübt, zusätzlich zu den
Betätigungskräften des Pneumatikkraftzylinders aufgrund der Zufuhr von Druckluft in
diesem.
Es wird daran gedacht, eine Betätigungseinrichtung der eingangs angegebenen Art auf
den Markt zu bringen, bei der die Druckmittelkraftzylinderanordnung innerhalb der Ge
häuseglocke angeordnet ist. Bei kompakter Bauweise und bekannter hydraulischer
Steuerung der Betätigungseinrichtung ist hinsichtlich der Dichtigkeitsanforderungen mit
relativ hohen Herstellungskosten zu rechnen. Da andererseits die Ausrückfunktion über
eine eigene Ausrückanordnung realisiert werden soll und damit die Steuerleitung keine
hohen Kräfte übertragen muß, ist eine wirtschaftliche und zuverlässige Alternative wün
schenswert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Betätigungseinrichtung der vor
genannten Art herzustellen, die einerseits einfach und funktionssicher ist, und bei der
andererseits auf eine hydraulische externe Steuerleitung verzichtet werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Betätigungseinrichtung für eine
im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnete Reibungskupplung vorgeschlagen,
umfassend eine Ausrückanordnung, die einen Druckmittelzylinder und einen darin axial
verlagerbaren Druckmittelkolben umfaßt und über ein Steuerventil mit einer Druckmit
telquelle wirksam verbunden und in Abhängigkeit von einer die Sollgröße repräsentie
renden Führungsgröße und einer die axiale Position repräsentierenden Istgröße betätig
bar ist, und des weiteren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Steuerventil durch eine
elektromagnetische Positioniereinrichtung betätigbar ist. Die sonst typischerweise ver
wendeten Hydraulikleitungen zwischen Kupplungspedal und Steuereinrichtung können
somit entfallen. Anstelle dessen können hier übliche Kabel verwendet werden, die
preiswerter sind und darüberhinaus einfacher zu verlegen und zu warten sind. Des wei
teren sind Kabel unempfindlicher gegen Alterung und mechanische Einflüsse. Ohne wei
tere Änderungen kann anstelle der Betätigung durch den Fahrer über das Kupplungs
pedal eine vollautomatische Lösung realisiert werden, indem anstelle des Kupplungspe
dals ein entsprechendes Steuergerät vorgesehen wird. Ein weiterer Vorteil der Konstruk
tion ist die vollständige Entkopplung der Ausrückeinrichtung vom Kupplungspedal. Auf
tretende Schwingungszustände im Regelkreis werden nicht vom Pedal, sondern von der
elektromagnetischen Positioniereinrichtung aufgenommen, und können im Regelkreis
hydraulisch oder elektrisch gedämpft werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Ansprüchen 2 bis 17 angegeben.
Vorzugsweise wird die Betätigungseinrichtung innerhalb eines festen, stationären
Kupplungsgehäuses, beispielsweise der Kupplungsglocke, angeordnet. Die Reibungs
kupplung kann somit sehr kompakt aufgebaut sein, wobei die Betätigungseinrichtung
darüber hinaus vor mechanischer Beschädigung und Verschmutzung geschützt ist.
Durch eine weiterhin bevorzugte Steckverbindung zwischen der mit der Getriebewelle
koaxialen Ausrückanordnung und der Positioniereinrichtung und dem Steuerventil ist
Wartungsfreundlichkeit gewährleistet.
Des weiteren kann vorteilhaft ausgestaltet werden, indem die Ausrückanordnung über
eine axial verlagerbare Ausrücklageranordnung auf die Reibungskupplung im Sinne ei
nes Ein- oder Ausrückens wirkt. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Anordnung, bei
der Ausrückanordnung, Ausrücklageranordnung und Reibungskupplung gleichachsig
sind.
Als elektromagnetische Positioniereinrichtung wird vorzugsweise ein rotierender oder
linear wirksamer Elektromotor verwendet. Im Falle, daß der Elektromotor eine Drehbe
wegung erzeugt, kann beispielsweise über eine Gewindespindel und eine Spindelauf
nahmeeinrichtung eine axiale Positionierung erreicht werden. Ebensogut können jedoch
auch andere Getriebestufen verwendet werden, die eine rotierende in eine axiale Bewe
gung umsetzten können. Beispielweise kann dies durch eine Zahnstange oder durch
einen Exzenternocken mit Kipphebel realisiert werden.
Um die gewünschte Position ansteuern zu können, können an sich bekannte Schrittmo
toren verwendet werden. Ebensogut können hierzu jedoch auch gewöhnliche Elektro
motoren verwendet werden, und aus der Stromkennlinie die Positionsinformation ent
nommen werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann realisiert werden, indem die elektroma
gnetische Positioniereinrichtung das Steuerventil über ein Fluid betätigt. Durch die hy
draulische Übertragung können beliebige Übertragungswege gewählt werden, und die
Betätigungseinrichtung dem Bauraum sehr genau angepaßt werden. Insbesondere er
gibt sich hierbei die Möglichkeit der Betätigung über einen Verdränger, der in einen mit
dem Steuerventil in Wirkverbindung stehenden Hydraulikraum hineinragt. Der Verdrän
ger kann beispielsweise durch die Verbindung zu einem Linearmotor oder mittels einer
Gewindespindel axial bewegbar sein, und somit in dem Hydraulikraum eine bestimmte
Flüssigkeitsmenge verdrängen, wodurch der ansteigende Druck das Steuerventil betä
tigt. Darüber hinaus kann eine mit dem Druckmittelkolben axial bewegbare Wegsensie
rungseinrichtung vorgesehen werden, die ebenfalls in den Hydraulikdruckraum axial
bewegbar hineinragt, und somit dessen Volumen in Abhängigkeit von der Position des
Druckmittelkolbens ändern kann. In diesem Falle wird das Steuerventil in Abhängigkeit
von der Stellung des Verdrängers und der Wegsensierungseinrichtung betätigt. Somit
kann das Steuerventil so betätigt werden, daß eine beliebige Position des Druckmittel
kolbens gehalten werden kann.
Um Flüssigkeitsverluste an der Hydraulik zu vermeiden, können Dichtungseinrichtungen
vorgesehen werden, wobei vorzugsweise die zum Hydraulikraum hin weisenden Dich
tungseinrichtungen an der Wegsensierungseinrichtung, die vom Hydraulikraum weg
weisenden Dichtungen hingegen am Gehäuse befestigt werden. Der Vorteil dieser An
ordnung ist, daß die entsprechenden Ausnehmungen in dem Gehäuse an der nach au
ßen weisenden Stelle leicht angebracht werden kann.
Des weiteren kann wenigstens eine der obengenannten Aufgaben gelöst werden, wenn
wie vorgeschlagen des weiteren eine den Istwert und Sollwert vergleichende Signalver
arbeitungseinrichtung mit Verstärkungseinrichtung zur Steuerung der elektromagneti
schen Positioniereinrichtung verwendet wird. In diesem Falle erfolgt die gesamte Steue
rung ohne hydraulische Einrichtung, wodurch der Aufbau der Betätigungseinrichtung
erheblich vereinfacht wird. Somit werden die Herstellungskosten gesenkt und der War
tungs- bzw. Reparaturaufwand verringert. Die Istwerterfassung erfolgt vorzugsweise
durch eine elektrische Wegsensierungseinrichtung, die wiederum vorzugsweise durch
den Druckmittelkolben direkt betätigt wird.
Darüber hinaus können Übersetzungen des Pedalweges weitgehend unabhängig von
mechanischen und hydraulischen Gegebenheiten gewählt werden. Eine bevorzugte
Kennlinie weist beispielsweise vergleichsweise kurze Wege im Bereich des vollständigen
Ein- bzw. Auskuppelns der Kupplung auf. Somit können lange Betätigungswege im Do
sierungsbereich vorgesehen werden, die das Anfahren erheblich erleichtern. Da nur sehr
kleine Kräfte zur Ansteuerung des Sollwertgebers nötig sind, können beliebige Pedal
kraftkennlinien, beispielsweise durch Federn, erzeugt werden.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen anhand von Figuren näher erläu
tert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 Blockschaltbild eines Regelkreises für die Betätigungseinrichtung;
Fig. 2 Graph einer linearen Betätigungssteuerung;
Fig. 3 Graph einer schematisierten Strom-Zeit-Kennlinie;
Fig. 4 Drehmomentübertragungskennlinie einer Reibungskupplung;
Fig. 5 Graph einer weiteren Betätigungssteuerung und zugehöriger Pedalkraft
als Beispiel einer nicht linearen Übersetzung;
Fig. 6 Längsschnitt einer Betätigungseinrichtung mit hydromechanischer Ist
wertübertragung;
Fig. 7 vergrößerter Schnitt durch die Steuerventileinrichtung; der geöffnete Zu
stand ist strichliert eingezeichnet;
Fig. 8 Längsschnitt einer Betätigungseinrichtung mit direkter mechanischer
Steuerung durch einen Elektromotor und mit elektrischer Istwertsensie
rung;
Fig. 9 vergrößerter Schnitt durch eine Einrichtung zur elektrischen Istwerterfas
sung.
Fig. 10 Teilschnitt einer Baugruppe mit rotierendem Elektromotor und Steuerven
til, bei der ein Exzenternocken mit Kipphebel zur Verwendung kommt;
Fig. 11 Längsschnitt der Baugruppe aus Fig. 10.
Eine in Fig. 1 dargestellte Prinzipdarstellung zeigt einen Druckmittelzylinder 1 mit darin
axial beweglichen ringförmigen Druckmittelkolben 2, der das Ausrücklager durch Schub
und/oder Zug axial verlagern kann. Zwischen Druckmittelzylinder 1 und Druckmittelkol
ben 2 sind Dichtungseinrichtungen 11 angebracht. Die elektromagnetische Positio
niereinrichtung 24 besteht hier in einem Elektromotor. Eine vom Motor angesteuerte
Steuerventileinrichtung 25 ist über Druckmittelleitungen 6 mit dem Inneren des Druck
mittelzylinders 1 verbunden, so daß das von dem Druckmittelkolben 2 in den Druckmit
telzylinder 1 eingeschlossenen Volumen über diese verändert werden kann. Die Steuer
ventileinrichtung 25 wird von einer Druckmittelquelle 28 versorgt und weist des weite
ren eine Ablufteinrichtung 27 auf.
Zur Steuerung der Betätigungseinrichtung ist eine Signalverarbeitungseinrichtung 21 mit
Regel- und Verstärkungseinrichtung 22 vorgesehen. Die Signalverarbeitungseinrich
tung 21 ist mit dem Sollwertgeber 10 (hier ein das Potentiometer 12 betätigendes
Kupplungspedal 11) und dem Istwertgeber 4, der die Position des Kolbens 2 erfaßt,
über Signalzufuhrleitungen 26 verbunden. Die Regel- und Verstärkungseinrichtung 22
ist über Regelleitungen 242 mit dem Motor verbunden. Der Motor kann durch eine be
liebige elektromagnetische Positioniereinrichtung 24 repräsentiert sein, die elektrischen
Strom in Bewegung umsetzt.
Im Betrieb wird in Abhängigkeit von der Motorstellung die Steuerventileinrichtung so
eingerichtet, daß über die Druckmittelquelle 8 Druckmittel in den Zylinder 1 gefördert
wird, in den Zylinder 1 befördertes Druckmittel über die Ablaßöffnung 27 abgelassen
oder das durch den Druckmittelkolben 2 in den Druckmittelzylinder 1 eingeschlossene
Volumen konstant gehalten wird. Die Ausrückanordnung kann somit das Ausrückla
ger 3 von dem Druckmittelzylinder 1 wegdrücken, das Ausrücklager 3 kraftlos halten,
womit dieses beispielsweise durch Federkraft zurückbewegt werden kann, oder eine
beliebige Stellung gehalten, indem ein Kräftegleichgewicht, beispielsweise mit o. g. Fe
derkraft, erzeugt wird. Vorzugsweise wird diese Federkraft von einer Anpreßfederein
richtung der Kupplung, beispielsweise einer Membranfeder, die über das Ausrücklager 3
auf den Druckmittelkolben 2 wirkt, erzeugt.
Die Motorstellung wird in Abhängigkeit von den Soll- und Istsignalen geregelt. Hierzu
wird eine vom Potentiometer 12 geregelte Spannung in der Signalverarbeitungseinrich
tung 21 als Sollwert interpretiert und mit der vom Istwertgeber gelieferten Istgröße und
der Kolbenposition verglichen. Solange der Istwert nicht erreicht ist, wird über die Regel-
und Verstärkungseinrichtung 22 eine Spannung an dem Motor gelegt, welche sodann
die gewünschte Stellung der Steuerventileinrichtung ansteuert. Zur Istwerterfassung
wird vorzugsweise eine elektrische Wegsensierungseinrichtung 4 verwendet, die aus ei
ner gehäusefesten Spüle und einem mit dem Kolben bewegten Dauermagneten be
steht, und so die aktuelle Position des Kolbens über die Deformation des gemeinsamen
Magnetfeldes ermittelt. Ebensogut könnte hier jedoch auch eine beliebige andere elek
trische Istwegsensierung eingesetzt werden, wie etwa eine Potentiometerschaltung. Die
Regel- und Verstärkungseinrichtung 22 erhält bei Verwendung eines Elektromotors die
in Fig. 3 gezeigten Stromimpulse, wobei jeder der periodischen Impulse einer bestimm
ten Stellung des Motors und ein konstant hoher Strom den Anschlagstellungen ent
spricht. Die Regeleinrichtung 22 erhält somit während der Betätigung periodisch Infor
mationen über die aktuelle Motorposition und damit über die Steuerventileinstellung,
wodurch eine der Sollwertvorgabe entsprechende Stellung der Ausrückanordnung und
des Ausrücklagers realisiert werden kann.
Anstelle eines gewöhnlichen Elektromotors unter Registrierung der Stromimpulse kann
hier auch ein Schrittmotor eingesetzt werden, dessen Steuersignal bereits die Informati
on über seine Soll-Position enthält.
Dabei kann die in Fig. 2 gezeigte lineare Abhängigkeit zwischen Pedalposition und Aus
rückweg und des weiteren jedes beliebige andere Übertragungsverhältnis erzeugt wer
den. Eine bevorzugte Kennlinie ist beispielsweise in Fig. 5 dargestellt. Hier sind die Stei
gungen an den Enden der Bewegung deutlich steiler als im mittleren Bereich, entspre
chend dem Umstand, daß der vollkommen ein- bzw. ausgerückte Zustand einer Kupp
lung nicht so genau dosiert werden muß, wie der Zwischenzustand, in dem gewolltes
Durchrutschen der Kupplung für Anfahrkomfort sorgen kann (vgl. Fig. 4).
Da die Betätigung eines solchen Kupplungspedals nur eine sehr kleine Kraft benötigt,
können durch verschiedene Federelemente beliebige Betätigungskennlinien erzeugt
werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltungsform wird in Fig. 6 und 7 dargestellt. Fig. 6 zeigt
eine Betätigungseinrichtung mit Druckmittelzylinder 1, darin axial beweglichen ringför
migen Druckmittelkolben 2, an dem das Ausrücklager 3 befestigt ist, und somit durch
Schub und Zug axial verlagert werden kann und des weiteren radial innen und außen
am Druckmittelkolben angebrachte ringförmige Dichtungselemente 11. Der Druckmit
telzylinder 1 ist in einer konzentrischen kreisförmigen Öffnung in dem Gehäuse 20 befe
stigt.
Die elektromagnetische Positioniereinrichtung 24 ist hier als rotierender Elektromotor
ausgeführt und treibt über ein Getriebe 243 eine Gewindespindel 241 an, die über eine
Spindelaufnahme 240 mit einem Verdränger 21 verbunden ist. Während der Motor
durch eine Drehmomentabstützung 7 drehfest in dem Gehäuse 20 befestigt ist, ist der
Verdränger 21 über eine Axialführung 9 drehfest aber axial verschiebbar im Gehäuse
befestigt.
Der Verdränger 21 ragt in einen mit dem Steuerventil 25 in Wirkverbindung stehenden
Hydraulikdruckraum 201, der in dem Gehäuse 20 ausgebildet ist, und gibt in seiner Ru
hestellung am motorseitigen Anschlag eine Schnüffelbohrung 202 zum Ausgleichsbe
hälter 203, der wie gezeigt vorzugsweise den Motor umgibt und nach radial außen mit
tels eines Verschlusses 204 mit Dichtring 205 abgedichtet ist, frei. Durch diese bevor
zugte Anordnung des Ausgleichsbehälters wird in Betrieb eine Erwärmung der Hydrau
likflüssigkeit bewirkt. Durch den entsprechenden Einfluß auf die Viskosität können hier
auch mineralische Öle verwendet werden.
Der Istwertgeber 4 ist axial beweglich in dem Gehäuse 20 gelagert und greift mit einer
Ausnehmung 41 in den Druckmittelkolben 2 ein, so daß ersterer stets mit dem Druck
mittelkolben 2 mitbewegt wird. An dem der Ausnehmung gegenüberliegenden Ende
ragt der Istwertgeber 4 in den Hydraulikraum 201 und verdrängt dort in Abhängigkeit
von der Kolbenposition ein bestimmtes Volumen. Dichtungen 42 und 43 verhindern
dabei ein Heraustreten von Hydraulikflüssigkeit.
Bei der vorliegenden Ausgestaltungsform befindet sich die Achse der Steuerventilein
richtung 25 parallel zu der des Motors und in etwa gleichem Abstand mit diesem zur
Drehachse A. Die Steuerventileinrichtung 25 umfaßt einen in den Hydraulikraum 201
ragenden axial beweglichen Ventilstößel 251, der durch eine Schraubenfeder 252 in
Richtung auf den Hydraulikraum zu gegen einen Anschlag 253 gedrückt wird. Zur Ab
dichtung gegen den Hydraulikraum 201 sind Dichtungselemente 250 vorgesehen. In
dem Ventilstößel ist eine Ablaßöffnung 27 mit zugehöriger Bohrung 271 angebracht,
womit das mit Dichtungen 273 gegen den Hydraulikdruckraum 201 und den Pneuma
tikdruckraum 254 abgedichtet ist. Im Bereich des radial äußeren Endes des Ventilstößels
ist der Ventilsitz 255 gehäusefest angebracht. Durch ein Federelement 257 wird ein axial
beweglicher Ventilteller 256 gegen den Ventilsitz 255 gedrückt und verschließt diesen in
der Ruhelage gasdicht. Das Federelement 257 stützt sich andererseits an dem Ab
schlußdeckel 258 ab, der des weiteren den Druckmittelanschluß 259 enthält und mit
Dichtungen 260 verschlossen ist.
Im Betrieb befindet sich ein im wesentlichen konstantes Volumen im Hydraulikdruck
raum 201. Wird beispielsweise ausgehend von der Ruhelage die Kupplung betätigt, so
legt die Regeleinrichtung 22 eine Spannung an den Motor, bis die der Pedalstellung
entsprechende Position bzw. Umdrehungszahl des Motors erreicht wird. Durch die Ro
tation der Gewindespindel 241 in der Spindelaufnahme 240 wird der Verdränger eine
der Pedalstellung entsprechende Strecke verschoben und verdrängt dabei ein entspre
chendes Volumen. Aufgrund der sehr viel höheren Gegenkraft insbesondere im einge
bauten Zustand verbleibt dabei der Istwertgeber 4 zunächst in seiner Stellung und der
somit ansteigende Druck bewegt den Ventilstößel 251 auf den Ventilteller 256 zu.
Wie in Fig. 6 und 7 zu sehen, befindet sich zunächst ein Spiel D zwischen Ventilstö
ßel 251 und Ventilteller 256, die Abluftbohrung 271 ist somit frei. Erst wenn das Spiel
aufgebraucht ist, kann daher Druck aus dem Pneumatikdruckraum 254 über die Druck
leitung 6 in den Druckmittelzylinder 1 übertragen werden. Erfolgt dies, so bewegt sich
der Druckmittelkolben 2 mit dem Ausrücklager 3 in Richtung auf das offene Ende des
Zylinders, wobei der Istwertgeber 4 durch den Kolben 2 mitgenommen wird. Hierdurch
vergrößert sich der Hydraulikdruckraum 201, wodurch die Kraft auf den Ventilstö
ßel 251 sinkt und sich dieser infolge der Beaufschlagung durch die Spiralfeder 252 von
dem Ventilteller 256 wegbewegt, bis dieser auf den Ventilsitz 255 aufliegt. Wegen der
zunächst noch geschlossenen Abluftbohrung 271 wird der Druck in der Druckleitung 6
und im Druckmittelzylinder 1 und damit auch die Lage des Druckmittelkolbens 2 und
des Ausrücklagers 3 konstant gehalten. Wird nun infolge eines entsprechenden Signals
der Verdränger 21 durch die Positioniereinrichtung 24 weiter in den Hydraulikraum ver
schoben, kann der Vorgang wiederholt werden, bis der Verdränger 21 an seinen Maxi
malanschlag kommt. Wird dahingegen der Verdränger aus dem Hydraulikraum 201
herausverschoben, so sinkt der Druck auf den Ventilstößel 251, woraufhin sich dieser
weiter vom Ventilteller 256 wegbewegt und die Ablaßbohrung 271 freigibt. Der Druck
in dem Druckmittelzylinder 1 entweicht dann über die Druckleitung 6 durch die Ablaß
bohrung 271 und die Ablaßöffnung 27.
Es gibt somit im wesentlichen drei relevante Stellungen der Steuerventileinrichtung. Ei
nerseits die Ruhestellung, in welcher der Ventilteller 256 den Ventilsitz 255 verschließt
und die Ablaßbohrung 271 geöffnet ist. In dieser Stellung herrscht im Gleichgewichts
zustand Atmosphärendruck in dem Druckmittelzylinder 1 und die Kupplung ist einge
rückt. Zum anderen gibt es eine Betätigungsstellung, in der der Ventilteller 256 von dem
Ventilsitz 255 abgehoben ist und die Ablaßbohrung 271 verschlossen ist. In dieser Stel
lung herrscht quasistationär der von der Druckmittelquelle 28 erzeugte Druck im
Druckmittelzylinder 1 und die Kupplung wird ausgerückt. Darüber hinaus gibt es einen
dritten Zustand der Steuerventileinrichtung 25 mit auf dem Ventilsitz aufliegendem
Ventilteller und geschlossener Ablaßbohrung. In dieser Stellung wird der Druck im
Druckmittelzylinder 1 und damit auch die Lage des Ausrücklagers konstant gehalten.
In dieser Ausführungsform erfolgt somit die Regelung der Steuerventileinrichtung durch
Druck bzw. Volumen im Hydraulikraum 201. Hieraus ergibt sich des weiteren die Mög
lichkeit, Steuerventil und elektromagnetische Positioniereinrichtung wie in Fig. 6 parallel
nebeneinander und senkrecht zur Drehachse A anzubringen, da die Übertragung von
der Positioniereinrichtung auf das Steuerventil ebenfalls hydraulisch erfolgen kann.
Fig. 8 und 9 zeigen eine weitere Ausgestaltung der Betätigungseinrichtung. Sie unter
scheidet sich von der in Fig. 6 und 7 gezeigten durch die direkte mechanische Ansteue
rung der Steuerventileinrichtung 25 durch die elektromagnetische Positioniereinrich
tung 24 und damit durch den Verzicht auf hydraulische Übertragung und hydraulische
Istwerterfassung. Hier bietet sich die elektrische oder elektromagnetische Istwerterfas
sung mit bekannten Methoden an. Bevorzugt ist die Verwendung eines kontaktlosen
elektromagnetischen Istwertgebers, wie der in Fig. 9 gezeigte, der platzsparend winkel
versetzt zur elektromagnetischen Positioniereinrichtung 24 angeordnet werden kann.
Fig. 10 und 11 zeigen noch eine weitere Ausgestaltung der Betätigungseinrichtung. Hier
wird ebenfalls die Steuerventileinrichtung mechanisch angesteuert, wobei hier durch
Exzenternocken und Kipphebel eine Umlenkung der Kraft erfolgt, und dadurch eine fast
ebenso kompakte Bauweise möglich ist, wie bei der hydraulischen Umlenkung. Die elek
tromagnetische Positioniereinrichtung 24 besteht hier aus einem rotierenden Elektromo
tor, auf dessen Ausgangswelle der Exzenternocken 241' so befestigt ist, daß sich dessen
radiale Erstreckung hebelartig in eine Ausnehmung 244 des Kipphebels 240' eingreift.
Der Kipphebel ist um eine Achse, die zur Motorachse senkrecht steht, drehbar gelagert.
Ein Betätigungsarm 245 des Kipphebels 240' stößt so an den Ventilstößel 251, das Kip
pen des Kipphebels 240' mit einer Axialbewegung des Ventilstößels einhergeht. Das
Kippen des Kipphebels wird über den Exzenternocken durch Motordrehung erzeugt,
wodurch das Steuerventil ansteuerbar ist. Die Steuerung kann, wie bei der in Fig. 8 und
9 gezeigten Ausgestaltung erfolgen, also vorzugsweise durch elektrische oder elektro
magnetische Istwerterfassung.
In einigen Fällen kann es für Wartungszwecke günstiger sein, nicht wie in Fig. 6, 7, 8 und
9 gezeigt, die aus elektromagnetischer Positioniereinrichtung 24 und Steuerventil 25
bestehende Baueinheit nach oben weisend anzuordnen, sondern entgegengesetzt nach
unten. Während die in Fig. 8 und 9 gezeigte Ausgestaltung ohne weitere Änderung
nach unten weisend montiert werden kann, ist bei der in Fig. 6 und 7 gezeigten Aus
führungsform die Schnüffelbohrung 202 stets unterhalb des Ausgleichsbehälters 293
anzuordnen, da sich anderenfalls der Hydraulikraum über die Schnüffelbohrung in den
Ausgleichsbehälter entleeren würde. Aus dem gleichen Grunde muß der Flüssigkeits
stand im Ausgleichsbehälter stets oberhalb des Hydraulikraums 201 sein. Eine Möglich
keit hierzu besteht darin, den Ausgleichsbehälter 203 neben die elektromagnetische
Positioniereinrichtung 24 in Höhe des Verdrängers anzuordnen.
Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsbeispiele gegeneinander
vertauscht werden, ohne dabei den Erfindungsgedanken zu verlassen.
1
Druckmittelzylinder
11
Dichtungselement
12
Potentiometer
2
Druckmittelkolben
20
Gehäuse
201
Hydraulikdruckraum
202
Schnüffelbohrung
203
Ausgleichsbehälter
204
Verschluß
205
Dichtung
21
Verdränger
24
Positioniereinrichtung
240
Spindelaufnahmeeinrichtung
240
' Kipphebel
241
' Exzenternocken
241
Gewindespindel
242
Zuleitungen
243
Getriebe
244
Ausnehmung
245
Betätigungsarm
25
Steuerventil
250
Dichtungselemente
251
Ventilstößel
252
Schraubenfeder
253
Anschlag
254
Pneumatikdruckraum
255
Ventilsitz
256
Ventilteller
257
Federelement
258
Abschlußdeckel
259
Druckmittelanschluß
260
Dichtungselemente
27
Ablaßöffnung
271
Ablaßbohrung
273
Dichtungselemente
28
Druckmittelquelle
3
Ausrücklager
4
Wegsensierungseinrichtung
41
Ausnehmung
42
Dichtungselement
43
Dichtungselement
7
Drehmomentabstützung
9
Axialführung
91
Dichtungselement
Claims (18)
1. Betätigungseinrichtung für eine im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnete
Reibungskupplung, umfassend eine Ausrückanordnung, die einen Druckmittelzylin
der (1) und einen darin axial verlagerbaren Druckmittelkolben (2) umfaßt und über
ein Steuerventil (25) mit einer Druckmittelquelle (28) wirksam verbunden und in Ab
hängigkeit von einer die Sollgröße repräsentierenden Führungsgröße und einer die
axiale Position des Druckmittelkolbens (2) repräsentierenden Istgröße betätigbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuerventil (25) durch eine elektromagnetische Positioniereinrichtung (24)
betätigbar ist.
2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung zumindest zum Teil innerhalb eines stationären
Kupplungsgehäuses angebracht ist.
3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuerventil (25) einen Ventilstößel (251), der durch eine sich am Gehäu
se (20) abstützenden Schraubenfeder (252) beaufschlagt und in dem Hydraulik
druckraum (201) gedrückt wird, einen durch den Ventilstößel (251) bewegbaren
Ventilteller (256) und einen mit diesem zusammenarbeitenden Ventilsitz (255), der
vorzugsweise gehäusefest ist, umfaßt.
4. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausrückanordnung über eine axial verlagerbare Ausrücklageranordnung (3)
auf die Reibungskupplung im Sinne eines Ein- oder Ausrücken wirkt.
5. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausrückanordnung und die Ausrücklageranordnung (3) konzentrisch und
gleichachsig mit der Reibungskupplung angeordnet sind.
6. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Positioniereinrichtung (24) einen Elektromotor umfaßt.
7. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromotor eine Drehbewegung erzeugt, und eine Getriebestufe, z. B. Ge
windespindel, Zahnstange, Exzenternocke oder dgl. zur axialen Positionierung einer
Getriebestufenaufnahmeeinrichtung aufweist.
8. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Positioniereinrichtung (24) im wesentlichen aus einem
rotierenden Schrittmotor besteht.
9. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Positioniereinrichtung (24) im wesentlichen aus einem Li
nearschrittmotor besteht.
10. Betätigungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Positioniereinrichtung (24) das Steuerventil (25) über ein
Fluid betätigt.
11. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Positioniereinrichtung (24) des weiteren fest mit dem
Gehäuse (12) verbunden ist und einen Verdränger (21), der über ein Dichtungsele
ment (91) in einen mit dem Steuerventil (25) in Wirkverbindung stehenden Hydrau
likdruckraum (201) hineinragt, umfaßt.
12. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektromagnetische Positioniereinrichtung (24) des weiteren über eine
Drehmomentabstützung (7) drehfest mit dem Gehäuse (12) verbunden ist und einen
an der Spindelaufnahme (240) befestigten Verdränger (21), der über ein gehäusefe
stes Dichtungselement (91) in einem mit dem Steuerventil (25) in Wirkverbindung
stehenden Hydraulikdruckraum (201) hineinragt, eine am Gehäuse (12) befestigte
Axialführung (9), und ein Dichtungselement (11) umfaßt.
13. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine mit dem Druckmittelkolben (2) axial bewegbare Wegsensierungseinrich
tung (4) in den Hydraulikdruckraum (201) axial bewegbar hineinragt und somit des
sen Volumen in Abhängigkeit von der Position des Druckmittelkolbens (2) ändern
kann.
14. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wegsensierungseinrichtung (4) des weiteren Dichtungseinrichtungen (42, 43)
umfaßt, wobei vorzugsweise die Dichtungseinrichtung (42) an dem Gehäuse (12) und
die Dichtungseinrichtung (43) an der Wegsensierungseinrichtung (4) befestigt ist.
15. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuerventil (25) durch eine den Istwert und Sollwert vergleichende Signal
verarbeitungseinrichtung (21) mit Verstärkungseinrichtung (22) gesteuert wird.
16. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Istwert der axialen Position des Druckmittelkolbens (2) durch eine elektrische
Wegsensierungseinrichtung (4) erfolgt.
17. Betätigungseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung als integrale Einheit aufgebaut ist, bei welcher die
elektromagnetische Positioniereinrichtung (24) mit dem Steuerventil (25) auf die Aus
rückanordnung aufsteckbar ist.
18. Betätigungseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pedalweg-Ausrücklagerweg- bzw. die Pedalweg-Druckmittelkolbenweg-
Übertragungskennlinie in einer Umgebung der Anfangs- und Endposition des
Druckmittelkolbens stärkeres Ansteigen des Ausrücklagerwegs bzw. des Druckmittel
kolbenwegs aufweist, als in einem mittleren Bereich der Druckmittelkolbenbewe
gung.
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