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Kupplungsvorrichtung für ein
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Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung für
ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Wegen der zunehmenden Rohölverknappung wird es erforderlich, Kraftfahrzeuge
möglichst energiesparend zu betreiben. Ein Weg dazu ist die sog. intermittierende
Fahrweise. Dabei wechseln Beschleunigungsphasen mit Motorantrieb und antriebsfreies
Rollen einander ab. Dadurch sind häufige Kuppelvorgänge zwischen der Motorabtriebs-
und der Getriebeantriebswelle erforderlich, die automatisch und zusätzlich zu einer
Kupplungsbetätigung mit einem Kupplungspedal durchgeführt werden sollen.
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Eine bekannte Kupplungseinrichtung an Kraftfahrzeugen besteht aus
einem Kupplungspedal mit einer nachgeschalteten und vom Kupplungspedal betätigbaren
Zylinder-Kolben-Einheit, der Geber-Einheit und einer am Kupplungshebel angreifenden
weiteren Zylinder-Kolben-Einheit, der Nehmer-Einheit, die durch eine Hydraulikleitung
verbunden sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine bekannte Kupplungseinrichtung so
auszubilden, daß die Kupplung zusätzlich und unabhängig von einer Betätigung des
Kupplungspedals nach Ansteuerung über eine Freilaufautomatik geöffnet und geschlossen
werden kann. Die weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen,
die ohne Veränderungen am Kupplungsgebemund Kupplungsnehmer-Zylinder auch für den
nachträglichen Einbau in eine Kupplungsvorrichtung geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Gemäß Anspruch 1 soll in der Verbindungsleitung zwischen der Geber-Zylinder-Kolben-Einheit
und der Nehmer-Zylinder-Kolben-Einheit eine weitere Zylinder-Kolben-Einheit als
Freilauf-Zylinder-Kolben-Einheit angeordnet sein, deren Kolben-Hubraum mit einer
Druckleitung oder einer Abflußleitung verbunden werden kann. In einer bevorzugten
Ausführunqsform wird dazu ein elektromagneten-betätigtes Steuerventil eingesetzt,
das beispielsweise von einem Schalter am Gaspedal, der bei zurückgenommenem Gaspedal
nach Einschalten eines Freilaufhandschalters schaltet, angesteuert wird. Die Kupplung
kann somit entweder in herkömmlicher Weise mit dem Kupplungspedal betätigt werden,
beispielsweise zum Gangwechsel, oder zur Erzielung des Freilaufeffekts mit Hilfe
der gesteuerten Freilauf-Zylinder-Kolben-Einheit. Diese Freilauf-Zylinder-Kolben-Einheit
mit dem Steuerventil kann einfach in herkömmlichen Kupplungsvorrichtungen nachgerüstet
werden.
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Ublicherweise ist der Geber-Zylinder mit einem Ölvorratsbehälter verbunden,
wobei diese Verbindungsleitung beim Einschieben des Geber-Kolbens unterbrochen wird.
Bei einer solchen Anordnung ist es erforderlich, in diese Verbindungsleitung ein
Absperrventil einzubauen, das zusammen mit dem Freilaufkolben betätigt bzw. geschlossen
wird, so
daß ein geschlossenes ltydrauliksystem vom ö.lvorratsbehälter
abgetrennt wird (Anspruch 3).
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Die Steuerung des Freilaufbetriebs soll so vorgenommen werden, daß
mit einem Handschalter der Freilaufbetrieb aktivierbar ist und dann bei zurückgenommenem
Gaspedal die Kupplung über die Freilauf-Zylinder-Kolben-Einheit automatisch geöffnet
wird. Somit wird der Zustand des antriebsfreien Rollens erreicht. Zur Einleitung
der Beschleunigungsphase soll das Gaspedal wieder gedrückt werden, durch eine dem
Steuerventil vorgeschaltete Drehzahlvergleichseinheit das Steuerventil erst wieder
umgesteuert und dadurch die Kupplung schnell und schlagartig geschlossen werden,
wenn etwa Drehzahlgleichheit zwischen der Motorabtriebs- und Getriebeantriebswelle
festgestellt wird. Ein Problem der aufgezeigten Anordnung kann darin gesehen werden,
daß der auf den Freilaufkolben ausgeübte hydraulische Druck während des Freilaufbetriebs
auch auf das Kupplungspedal rückwirkt, so daß dieses dann blockiert ist. Da aber
ein Fahrer in einer Gefahrensituation instinktiv wie gewohnt gleichzeitig das Bremspedal
und auch das Kupplungspedal bedienen wird, kann ein ungewohnt blockiertes Kupplungspedal
zu einem Fehlverhalten des Fahrers führen. Es wird daher weiter vorgeschlagen, am
Kupplungspedal einen Kontakt anzuordnen, mit dem der Freilaufeffekt (wie mit dem
vorgenannten Handschalter) ausgeschaltet wird. Zusätzlich wird ein Drosselventil
in der Abflußleitung der Freilauf-Zylinder-Kolben-Einheit betätigt, wodurch die
Kupplung nicht mehr schlagartig sondern schleifend und sanft als Motorbremse geschlossen
wird. Im gleichen Maße wie die Kupplung geschlossen wird, wird auch das Kupplungspedal
wieder zur Betätigung frei. Nach Beendigung einer solchen Bremssituation kann der
Frei auf betrieb automatisch wieder aktiviert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung
mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittzeichnung einer Kupplungsvorrichtung.
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In einem Geber-Zylinder 1 ist ein Geber-Kolben 2 bewegbar, der mit
einem Kupplungspedal 3 bewegungsübertragend verbunden ist. Das Kupplungspedal 3
stützt sich auf einem Anschlag 4 ab, auf dem es von einer im Geber-Zylinder 1 und
am Geber-Kolben 2 angreifenden Feder 5 im unbetätigten Zustand gedrängt wird. Eine
Hydraulikleitung 27 führt vom Geber-Zylinder 1 zu einem Freilauf-Geber-Zylinder
6, in dem von einer Feder 8 beaufschlagter Freilaufkolben 7 bewegbar ist. Eine weitere
Hydraulikleitung 27a führt vom Freilauf-Zylinder 6 zu einem Nehmer-Zylinder 9, in
dem ein Nehmer-Kolben 10 bewegbar ist, der von einer Feder 11 beaufschlagt und mit
einem Kupplungshebel 12 bewegungsübertragend verbunden ist. Der Kupplungshebel 12
wirkt auf eine Kupplungsfeder 13, die ihrerseits an einer nichtdargestellten Kupplung
angreift.
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Der Freilaufkolben 7 ist von zwei Seiten mit Druck beaufschlagbar,
wobei auf der einen Seite mit den Anschlußstel-len für die Leitungen 27, 27a die
Feder 8 angreift und auf der anderen Seite des Freilaufkolbens 7 eine Leitung 19
zu einer Verzweigung in eine Druckleitung 16 und eine Abflußleitung 15 führt. Die
Druckleitung 16 und die Abflußleitung 15 sind wechselweise durch ein Steuerventil
14 öffen- bzw. schließbar. Das Steuerventil 14 ist in eine jeweils ortsfeste Position
durch zwei mit Impulsen zu betätigende Elektromagnete 17, 18 umsteuerbar. In der
Abflußleitung 15 ist weiter ein Drosselventil 25 angebracht, das nach Betätigung
eines Elektromagneten 26 die Abflußleitung 15 teilweise sperrt. Von der Leitung
19 führt eine weitere Leitung 20 zu einem druckbetätigten Absperrventil 23, das
entgegen der Kraft einer Feder 20 betätigbar ist.
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Das Absperrventil 23 liegt in einer Leitung 21 zwischen einem Vorratsbehälter
24 für Hydrauliköl und dem Geber-Zylinder 1. Die Leitung 21 mündet dabei unmittelbar
hinter
dem unbetätigten Kolben 2 in den Geber-Zylinder 1.
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Die beschriebene Kupplungsvorrichtung hat folgende Funktion: Als erstes
soll die Kupplungsbetätigung mit Hilfe des Kupplungspedals 3 beschrieben werden.
In der Zeichnung ist die nicht näher dargestellte Kupplung im geschlossenen Zustand;
dabei das Kupplungspedal durch die Kraft der Feder 5 gegen den Anschlag 4 gedrückt
und der Geber-Kolben in seiner rechten Position. Dadurch ist die Leitung 21 zum
Vorratsbehälter 24 für die Nachlieferung von Hydrauliköl frei. Zugleich ist bei
ausgeschaltetem Freilaufbetrieb das Steuerventil 14 und das Drosselventil 25 in
der gezeichneten Stellung, d. h. die Abflußleitung 15 mit dem Freilaufzylinder 6
verbunden, so daß der Freilaufkolben 7 durch die Feder 8 in seine rechte Position
gedrückt ist. Durch die Rückstellkraft der Kupplungsfeder 13, die größer als die
Rückstellkraft der Feder 11 ist, ist der Nehmer-Kolben 10 in seine linke Position
gebracht und die Kupplung geschlossen. Zum Öffnen der Kupplung mit Hilfe des Kupplungspedals
3, beispielsweise beim Gangwechsel, wird der Geber-Kolben 2 nach links verschoben,
so daß die Leitung 21 zum Vorratsbehälter 24 geschlossen wird und das dann eingeschlossene
Hydrauliköl auf den Nehmer-Zylinder 10 wirkt und diesen zum Öffnen der Kupplung
im gleichen Maße nach rechts drängt wie der Geber-Zylinder nach links bewegt wird.
Der Freilaufkolben 7 liegt dabei im Freilauf-Zylinder an seinem rechten Anschlag
an und hat dabei keine Funktion.
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Nun soll die Kupplungsbetätigung mit der Frei auf Zylinder-Kolben-Einheit
6, 7 beschrieben werden. Dabei ist als erstes vom Fahrer ein, vorzugsweise am Armaturenbrett
angebrachter, Wahlschalter zum Aktivieren des Freilaufbetriebs einzuschalten. Der
Freilaufbetrieb kann dann beispielsweise von einem (nichtdargestellten) Kontakt
am
zurückgenommenem Gaspedal dergestalt gesteuert werden, daß dann
zur Einleitung des Freilaufs das Steuerventil 14 umgesteuert und damit die Kupplung
geöffnet wird. Durch Umsteuern des Steuerventils 14 wird beispielsweise der Elektromagnet
18 mit einem kurzen Stromimpuls beaufschlagt, worauf die Abflußleitung 15 geschlossen
und die Druckleitung 16 geöffnet wird. Die Druckleitung 16 ist dabei mit einer nichtdargestellten
Druckquelle verbunden. Durch die Druckleitung 16 strömt Hydrauliköl in den rechten
Hubraum des Freilauf-Zylinders 6 und bewegt dadurch den Freilaufkolben 7 nach links.
Gleichzeitig wird das Absperrventil 23 mit Druck beaufschlagt und dadurch geschlossen,
so daß kein Hydrauliköl durch den Geber-Zylinder und die Leitung 21 hindurch in
den (drucklosen) Vorratsbehälter 24 zurückgedrängt wird. Im gleichen Maße, wie der
Freilaufkolben 7 nach links bewegt wird, bewegt sich der Nehmer-Kolben 10 nach rechts
und öffnet damit über dem Kupplungshebel 12 die Kupplung. Zur Beendigung der Freilaufphase
wird wieder das Gaspedal gedrückt und damit der Gaspedal schalter umgeschaltet,
wobei die Drehzahl des Motors erhöht und der höheren Drehzahl des freilaufenden
Getriebes angepaßt wird.
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In einer (nichtdargestellten) Steuereinheit kann die Drehzahl der
Motorabtriebswelle und der Getriebeantriebswelle verglichen werden und ein Steuerimpuls
zur erneuten Umsteuerung des Steuerventils 14 bei Drehzahlgleichheit abgegeben werden.
Durch die angeglichenen Drehzahlen ist es möglich, die Kupplung praktisch ruckfrei
zur Schonung der Kupplungsbeläge dann schnell und schlagartig durch vollständiges
Öffnen der Abflußleitung 15 zu schließen.
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Für den Fall, daß im Freilaufbetrieb, d. h. bei geöffneter Kupplung,und
nach links gefahrenen Freilaufkolben 7 abgebremst werden soll und nicht wie vorher
beschrieben, durch erneutes Gasgeben ein Beschleunigungsvorgang eingeleitet werden
soll, ist das Drosselventil 25 vorgesehen. Das Kupplungspedal 3 ist im Freilaufbetrieb
durch den im Geber-Zylinder 1 anstehenden Druck blockiert und die
Kupplung
geöffnet. Ein Abbremsvorgang könnte somit nur durch die Betätigung der Bremse und
ohne Zuhilfenahme der für den Fahrer gewohnten Motorbremse stattfinden.
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Da ein Fahrer, insbesondere bei einer Notbremsung, neben dem Bremspedal
aus Gewohnheit auch das Kupplungspedal zu treten versucht, ist am Kupplungspedal
ein Schalter angebracht, mit dem in so einem Fall die Freilaufautomatik ausgeschaltet
und das Drosselventil 25 betätigt wird.
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Dadurch wird die Abflußleitung 15 vom Steuerventil 14 freigegeben,
vom Drosselventil 25 aber zum Teil wieder geschlossen. Dadurch schließt die Kupplung
schleifend und ohne Ruck relativ langsam und dies ist notwendig, da in diesem Fall
die Drehzahlen der Motorabtriebs- und Getriebeantriebswelle stark unterschiedlich
sind. In dem Maß, in dem der Freilauf-Kolben 7 durch Abfluß der Hydraulikflüssigkeit
in die Abflußleitung 15 nach rechts bewegt wird, wird das Kupplungspedal 3 betätigbar,
wodurch eine Übernahme der Kupplungsbetätigung von der Automatik auf das Kupplungspedal
3 erzielt wird. Die Freilaufautomatik kann anschließend entweder automatisch oder
vom Fahrer manuell wieder aktivierbar sein.
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Für den Fall, daß im Freilaufeffekt mit offener Kupplung die Motorbremse
benötigt wird, kann das Steuerventil 14 auch mit Hilfe eines Handschalters umgesteuert
werden, wodurch die Drehzahlsynchronisation zwischen Motorabtriebswelle und Getriebeantriebswelle
umgangen wird. Auch für diesen Fall wird der Elektromagnet 26 am Drosselventil 25
angesteuert, wodurch die Kupplung schleifend und mit Verzögerung geschlossen wird.
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