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Kupplungskraft.verstärker, insbesondere für schwere Straßenfahrzeugs
Bekanntlich verwendet man für Kupplungen in Straßenfahrzeugen hydraulische Betätigungsvorrichtungen,
weil sie sich leicht an den benötigten Stellen anbringen lassen. Für schwere Fahrzeuge
mit großen, leistungsfähigen Kupplungen hat es sich gezeigt, daß die unmittelbare
Einwirkung von einem Fußhebel aus für den Fahrer eine große Anstrsngung bedeutet,
die zu einer vorzeitigen Ermüdung führt oder in bestimmten Fällen überhaupt nicht
aufgebracht werden kann. Man hat daher Verstärker entwickelt, welche mit Druckluft
als Arbeitsmedium für die Verstärkung arbeiten und die Drucksteuerung für das hydraulische
Druckmittel verstärken. Bei diesenVerstarkern ist darauf zu achten, daß die Kupplung
oftmals feinfühlig bedient werden muß, damit beispielsweise beim Einkuppeln des
Fahrzeugantriebmotnrs der
Bereich unm Beginn des Einkupplungavorganges
bis zum wirklichen Verbinden des AntriEbsmotors mit dem Antriebsrädern, in welchem
Bereich ein Schleifen der Kupplung stattfindet, einen weichen-Übergang ermbglicht,
der keine ruckweisen Bewegungen aufweist.
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Diese geforderte Feinfühligkeit läßt sich gut durch direkte Ubertragung
der menschlichen Hubkraft erhalten.
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Es sind jedoch auch Kupplungen bekannt, die nur in einem Teilbereich
während ihres Schaltevorganges feinfühlig betätigt werden müssen, den restlichen
Schaltvorgang dann jedoch rasch durchlaufen sollen. Weiterhin gibt es Kupplungen,
welche grundsätzlich ihren ganzen Schaltbereich rasch durchlaufen sollen.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kupplungsverstärker gew mäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei dem die Kraft-Verstärkung je nach den erforderlichen
Verhältnissen des Fahrzeuges eingestellt werden kann, so daß, trotz der Verstärkung,
die Feinfühligkeit für den ganzen oder einen Teilbereich des Schaltvorganges der,
Kupplung erhalten bleibt, der jedoch auch derart einstellbar ist, daß der Schaltbereich
stets rasch durchlaufen wird. Trotz dieser Einstellbarkeit soll der Krupp lungskraftwerstärker
einen einfachen, billigen Aufbau aufweisen
und er muß stets bei
Ausfall der Druckluft eine unvertärkte Betätigung der Kupplung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Ausbildung des Kupplungskraftverstärkers
gemäß den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungsformen des Erfindungsgedankens
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Kupplungskraftverstärker
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Die Fig. 2 zeigt in Form eines Diagramms
verschiedene Arbeitskennlinien, nach welchen der Kupplungskraftverstärker einstellbar
ist.
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Es sei zunächst auf die Fig. 1 Bezug genommen. Das Kupplung pedal
1 arbeitet in bekannter Weise mit dem Kolben 2 im Geberzylinder 3 zusammen und leitet
das hydraulische Druckmittel in Richtung des Pfeiles 4 in die Eingangskammer 5 des
Kupplungskraftverstärkers 6. Von hier gelangt das hydraulische Druckmittel über
einen Raum 7 und einen Verbindungskanal 8 in einem Hauptkolben 32 zu einer.durch
eine Dichtfläche 9 verschließbaren
Durchbrechung 10 im Hauptkolben
32 und durch diese in die Ausgangskammer 11, von wo das Druckmittel in Richtung
des Pfeiles 12 in den Nehmerzylinder 13 gelangt und über den darin beweglichen Kolben
14 auf die Kupplung 15 einwirkt. Die Anordnung, bestehend aus der Eingangskammer
5 und der Ausgangskammer 11 mit den zugehdrigen Räumen und Verbindungskanälen stellt
insoweit eins normale hydraulische Verbindung dar, die das Druckmittel bei Ausfall
einer Druckluftversorgung für den Kupplungakraftverstärker durchstromen lä(3t.
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Die Kraftverstärkung wird in nachfolgend beschriebener Weise vorgenommen.
In der Eingangskammer 5 befindet sich eine längs durchbohrte Einstellschraube 16,
welche im Verstärker 6 auf einen gleichachsigen Einstellkolben als in Bewegungsrichtung
zur Eingangakammer 5 wirkender Anschlag einwirkt. Der Einstellkolben 17 ist im Verstärker
6 mittels eines Dichtringes 17a die Eingangskammer 5 von einem entlüfteten Raum
33 abtrennend dicht geführt. Je nach der Einstellung der Einstellschraube 16 wirkt
das hydraulische Druckmittel auf den Einstelikolben 17 ein und verschiebt diesen
gegen die Kraft einer im Raum 33 angeordneten Feder 18 nach rechts. In einer zentralen
Gewindebohrung
des Einstellkolbens 17 ist- axial einstellbar eine
Ventilstange 19 eingeschraubt, welche vom Einstellkolban 17 bei dessen Bewegungen
mitgenommen wird. Die Ventilstange 19 ist in einer den Raum 33 von einem Raum 34
abtrennenden Trennwand 20 im Gehäuse 6 abgedichtet verschieblich gelagert.
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Das rechte Ende der Ventilstange 19 ragt in eine von einem ringförmigen
Ventilsitz 25b umgebene Durchbrechung eines Ventilsitzkolbens 25 und endet mit ihrer
Stirnfläche 19b vor einer Dichtringplatte 21a, welche sich an einem Entlüftungskolben
21 befindet und mit dem Ventilsitz 25b zusammenwirkt. Der pilzartige Entlüftungakolben
21 ist in einer Führung 22 im Gehäuse des Verstärkers 6 gelagert, ragt mit seinem
linken Ende in einen aus einem Vorratsbehälter 26a mit einem pneumatischen Vorratsdruck
beaufschlagten Raum 26 und endet andererseits an einem über einen Luftfilter 23
ständig mit der Atmosphäre verbundenen Raum 23a. Weiterhin ist der Entlüftungskolben
21 mitsamt der Dichtringplatte 21a von einem Axialkanal 21c durchsetzt, dessen linke
Mündung von der Stirnflächa 19b abdeckbar ist.
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Eine im Raum 26 angeordnete Feder 28 belastet den Entlüftungskolben
21 in Verschieberichtung zur Ventilstange 19. Der gegenüber dem Entlüftungskolben
21 einen wesentlich größeren Durchmesser
aufweisende Ventilsitzkolben
25 ist im wesentlichen zwischen der Ventilstange 19 und dem EntlUftungskolben 21
im Verstrkergehäusa 6 gelagert und trennt die Räume 26 und 34 voneinander ab. Im
Raum 34 befindet sich eine den Ventilsitzkolben 25 in Verschieberichtung nach rechts
belastenden Feder 27.
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Unter der Einwirkung der Druckluftbremsbeaufschlagung legt sich der
Ventilsitzkolben 25 nach links entgegen der Kraft der Feder 27 gegen einen Anschlag
6b des Veratärkrgehäuses 6 an, Der Raum 34 steht mit einer Verstärker-Luftkammer
30 in Verbindung, welche von einem andererseits von einer Feder 31 belasteten Verstärkerkolben
29 begrenzt ist. Der Verstärkerkolben 29 trägt eine Kolbenstange 29a, die abgedichtet
verschiedlich in den Raum 7 ragt und mit der elastischen Dichtfläche 9 vor der Durchbrechung
10 endet. Die Kolbenstange 29a tragt einen Querstift, der mit Spiel in den im Hauptkolben
32 quer verlaufenden Verbindungskanal B ragt und somit eine Axialspiel aufweisende
Anschlagkupplung 29b zwischen der Kolbenstange 29a und dem Hauptkolben 32 bildet.
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Die Einstellachraube 16, der Einstellkolben 17, der Ventilsitzkolben
25
und der Entiüftungskolben 21 sind gleichachsig angeordnet; der Verstärkerkolben
29 sowie der Hauptkolben 32 sind hierzu parallel und zueinander ebenfalls gleichachsig
angeordnet. Die Einstellschraube 16 ist mit einer als Schraubenzieher-Schlitz ausgebildeten
Profilfläche 16a versehen, mittels welcher sie durch einen durch den Leitungsanschluß
der Eingangskammer 5 eingeführten Schraubenzieher justierbar ist. Die Ventilatange
19 ist auf Seiten der Stirnfläche 19b mit einer entsprechenden Profilfläche 19a
versehen; mittels eines nach Entfernen des Luftfilters 23 eingeführten Schraubenziehers
ist sie relativ zum Einstellkolben 17 Justierbar.
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Die Wirkung des Kupplungaverstärkers ist folgende: ZunSchst wird bei
Betätigung des Kupplungspedals 1 in der ein gangs beschriebenen Weis hydraulisches
Druckmittel aus dem Geberzylinder 3 in die Eingangskammer 5, durch den Raum 7, den
Verbindungskanal 8 und die Durchbrechung 10 in die Ausgangskammer 11 und weiter
in den Nehmerzylinder 13 geleitet. Wie bereits erwähnt, findet bis -jetzt noch keine
Verstärkung ststt, die Kupplung arbeitet also direkt als normale Kupplung. Durch
sntsprechende Einstellung der EinstelLschraube 16 und damit
der
Vorspannung der Feder 18, die Ventilstange 19 muß nachfolgend justiert werden, wird
erreicht, daß von einem bestimmten Druckwert in der Eingangskammer 5 an der Einstellkolben
17 und die Ventilstange 19 um einen dem jeweiligen Druck entsprechenden Hubweg nach
rechts verschoben werden und hierbei nach Verschließen des Axialkanals 21c durch
die Stirnfläche 19b den EntlUftungskolben 21 ebenfalls nach rechts verschieben.
Dabei wird die Dichtringplatte 21a von dem Ventilsitz 25b des Uentilsitzkolbens
25 abgehoben und Druckluft aus dem Raum 26 strömt in den Raum 34 sowie die Verstärker-Luftkammer
30 und belastet die rechte Seite des Verstärkerkolbens 29. Das Einstrdmen der Druckluft
hält an, bis im Raum ein den Ventilsitzkolben 25 unter Mitwirkung der Feder 27 nach
rechts bis zur Anlage an der Dichtringplatte 21a verschiebender Druck aufgebaut
ist. Der Verstärkerkolben 29 wird entsprechend beaufschlagt und verschiebt sich
sowie die Kolbenstange 29a nach links. Dabei verschließt die Kolbenstange 29a mit
ihrer Dichtfläche 9 die Durchbrechung 10 im Hauptkolben 32, so daß die Eingangskemmer
5 von der Ausgangskammer 11 abgetrennt wird. Anschließend nimmt die Kolben~ stange
29a über die Dichtfläche 9, nach Auftreten höherer Kräfte
und entsprechender
Verformung dieser Dichtfläche 9 Uber die Anschlagkupplung 29b den Hauptkolben 32
mit, wodurch das hydraulische Druckmittel mit gröflerer Kraft in den Nehmerzylinder
13 gedrückt wird. Die 90 erzielte Verstärkerwirkung entspricht in ihrer Große dem
Grenverhältnis der beiden Kolben 29 und 32 sowie dem Beaufschlagungsdruck des Vsrstärkerkolbens
29, der seinerseits vom Druck in der Eingangskammer 5 abhängt.
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Im Diagramm gemäß der Fig. 2 sind die Verhältnisse beim Betätigen
der Kupplung dargestellt. Auf der Ordinate ist der hydraulische Druck PE im Geberzylinder
3 aufgetragen, welcher vom Kupplungspedsl 1 erzeugt wird. Auf der Abszisse ist nach
rechts im gleichen Maßstab der hydraulische Druck PA im Nehmerzylinder 13 angegeben,
während auf der Abazisse nach links der in der Verstärker-Luftkammer 30 herrschende
Luftdruck PL aufgetragen ist. Dieser kann höchstens bis zum Vorratsdruck PL max
in Vorratsbehälter 26a ansteigen. Bei direkter Betätigung der Kupplung, d.h. Ausfall
der Druckluft und demgemäß ohne Verstärkung, verläuft die Druckentwicklung gemäß
der Kennlinie K, die unter einem Winkel von 450 verläuft. Das bedeutet, da8 das
hydraulische Druckmittel beim Niederdrücken
des Pedals 1 und das
Verschieben des Kolbens 2 im Geberzylinder 3 in die Eingangskammer 5 gelangt und
von hier weiter über die Räume und Kanäle 7, 8 und 10 in die Ausgangskammer 11 und
un mittelbar auf den Kolben 14 im Nehmerzylinder 13 wirkt und die Kupplung 15 betestigt.
Eine Verstärkung findet also nicht statt und im Geberzylinder 3 sowie im Nehmerzylinder
13 herrschen gleiche Drücke.
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Bei vorhandener Druckluft kann in Abhängigkeit von der Ausbildung
der Federn, insbesondere der Feder 18 sowie der Einstellung deren Vorspannung mittels
der Einstellung der Einstellachraube 16 der hydraulische Druckwert eingestellt werden1
bei welchem die Druckverstärkung einsetzt. Hierdurch kann eine gewünschtes Schaltverhalten
der Kupplung 15 erzielt werden. Hat man große Kupplungen mit geringem Kraftaufwand
zu betStigen und will man trotzdem eine feine Stufbarkeit erhalten, so wählt man
die Kennlinie I aus. Bis zum hydraulischen Druckwert die erfolgt Druckentwicklung
gemäß der Kennlinie K, d.h. unverstärkt. Beim Druckwert P1 beginnt sich der Einstellkolben
17 zu verschieben, in die Verstärker-Luftkammer 30 wird Druckluft nach der Linie
I' eingespeist und die Druckverstärkung setzt
ein. Der Druck PA
steigt nun um den um das Flächenverhältnis der Kolben 29 und 32 übersetzten Wert
des jeweiligen Druckes PL rascher an als der Druck PE, bis mit Erreichen der der
Stelle P2 zugeordneten Druckwerte von PE und PA der pneumatische Maximaldruck PL
maximal erreicht ist. Ab dieser Stelle P2 erfolgt keine weitere Druckverstärkung
und der Ausgangsdruck PA steigt gleichartig zur weiteren Steigerung des Eingangsdruckes
PE an. Der Schaltdruck-Bereich der Kupplung 15 srstreckt sich vom Ausgangsdruck
PAE für den Auskupplungs-Beginn bis zum Ausgangsdruck AA für das Auskupplungs-Ende;
diese Druckwerte liegen hbher als der der Stelle P zugeordnete Ausgangsdruck PA2.
Gemäß der Kennlinien I erfolgt demgemäß der Schaltvorgang der Kupplung ziischen
den Stellen E1 und A1, zwischen welchen der Eingangsdruck PE und der Ausgangsdruck
PA sich um gleiche Druckwerte ändern. Es ist somit eine sehr feinfühlige Betätigung
der Kupplung in einem großen, gut dosierbaren Eingangsdruckbereich PE möglich, Soll
die Kupplung 15 nur in einem Teilbereich ihres hydraulischen Schaltdruck-Bereiches
feinfühlig steuerbar sein, dann aber rasch durchachalten, so kann die Kennlinie
II eingestellt
werden. Die Vorspannung der Feder 18 wird sehr hoch
eingestellt, so daß der Einstellkolben 17 sich erst bei einem Eingangsdruck PE zu
verschieben beginnt, der über dem Druckwert PAE für den Auskupplungs-Beginn liegt.
Demgemäß liegt der Auskupplungs-Beginn an der Stelle E2 der Kennlinie II, in welcher
der Eingangs- und der Ausgangsdruck PE und PA noch völlig gleichartig verlaufen.
Im Betätigungebereich bis zur Stelle P3, an welcher die Verstärkung entsprechend
dem pneumatischen Druck anstieg II' einsetzt, ist eine feinfühlige Steuerung der
Kupplung entsprechend der bis dahin gleichartigen Änderung der Drücke PE und PA
mdglich; der nachfolgende Scheltbereich der Kupplung bis zum Wert A2 wird im Verstärkungebereich
bei kleiner änderung des Eingangadruckes PE und großer Änderung des Ausgangedruckes
P, also rasch und ohne feinfühlige Steuerung durchlaufen, also derart, wie es zum
Schutz der Kupplung vor Überlastung ndtig sein kann.
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Soll.. der Verstbrker bei geringen 8etätigungskräftsn stets ein rasches
Durchlaufen des Schaltbereiches gewährleisten, so ist bei niedriger Einstellung
der Vorspannung der Feder 18 der Vorratsdruck im Raum 26 wesentlich höher als bei
den vorangehenden Beispielen zu wählen. Gemäß der Kennlinie III beginnt
bei
sehr niedrigen Druckwerten an der Stelle P4 die Druckverstärkung, die entsprechend
dem hphen, in die Verstärker-Luftkammer 30 einsteuerbaren, pneumatischen Drücken
gemäß der Linie III bis zu hohen, den ganzen Schaltbereich der Kupplung von der
Stelle E3 bis zur Stelle A3 übersteigenden Werten des Ausgangsdruckes PA führt.
Zur Betätigung der Kupplung sind dabei insgesamt nur niedrige Eingangsdrücke PE
erforderlich und der Schaltbereich der Kupplung wird rasch durchlaufen.