DE4124848A1 - Pneumatischer schaltzylinder zum ein- und auskuppeln von fahrzeugantrieben durch eine bedienungsperson - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Schaltzylinder zum Ein- und Auskuppeln von Fahrzeugantrieben mittels einer Hilfskraftkupplung durch eine Bedienungsperson, mit einem einen Entlüftungskanal aufweisenden Arbeitsvolumen, wobei der Entlüftungskanal mit einer Drosseldüse pneumatisch verbun­ den ist, die ihrerseits mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

Aus CH-PS 3 39 062 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Kuppeln von Fahrzeugantrieben mittels einer Hilfskraftkupp­ lung bekannt, bei der ein rasches Auskuppeln und ein stoß­ freies Einkuppeln mit Hilfe sehr aufwendiger komplizierter technischer Mittel erreicht wird. Es sind keine Maßnahmen vorgesehen, um den bei Fehlbedienung entstehenden Einkuppel­ stoß zu vermeiden oder zu mildern. Beim schlagartigen Loslas­ sen (Abrutschen des Kupplungspedales) wird der pneumatische Servoteil des Kupplungskraftverstärkers schlagartig entlüf­ tet. Dadurch rückt die Kupplung undosiert ein, d. h. die volle Anpreßkraft wird sofort aufgebaut. Dies führt zu erheblichen Drehmomentüberhöhungen im Triebstrang, welche unter Umstän­ den zu Schäden führen können.

Aus AT-PS 1 25 298 ist ein pneumatischer Schaltzylinder für eine Kupplungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art bekannt, bei der im Entlüftungskanal eine Dros­ sel in Form einer Regeldüse vorgesehen ist. Die regelbare Drossel - grundsätzlich auch aus GB-A-22 24 549 bekannt - drosselt beim Einkuppeln durch eine Feder den Auslaß, nachdem ein Ventil geschlossen wird. Zwar kann im Betrieb bei entspre­ chender Regelstellung der Drossel ein Einkuppelstoß minimiert werden, jedoch mit dem Nachteil eines vergleichsweise langsam ablaufenden Schaltvorgangs der Kupplung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines pneumatischen Schaltzylinders der eingangs genannten Art, welcher mit Hilfe einfacher Mittel auch bei Fehlbedienung einer Bedienungsper­ son schnell und gleichwohl im wesentlichen stoßfrei auch in der Startphase eines Fahrzeuges betätigbar ist.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merk­ male.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 9.

Wesen der Erfindung ist, daß der ins Freie führende Entlüf­ tungskanal nicht nur mit einer Drosseldüse pneumatisch ver­ bunden ist, sondern zwischen Entlüftungskanal und Drossel­ düse auch ein Puffervolumen in der dortigen pneumatischen Leitung angeordnet ist, wobei der pneumatische Schaltzylin­ der Teil eines Kupplungskraftverstärkers vorzugsweise eines Nutzfahrzeuges ist.

Durch Einfügen eines Puffervolumens mit nachgeschalteter Drossel in die Entlüftungsleitung des Kupplungskraftverstär­ kers wird folgender Effekt erzielt:
Nach Entlasten des Kupplungspedals entlüftet der Servozylin­ der ungedrosselt in das Puffervolumen, bis sich ein vorüber­ gehender Druckausgleich zwischen dem Arbeitsvolumen des pneu­ matischen Schaltzylinders und dem Puffervolumen einstellt. Damit wird ein Teil der Anpreßkraft sofort aufgebaut. Der ver­ zögerte Aufbau der restlichen Anpreßkraft erfolgt durch ge­ drosseltes Entlüften des Puffervolumens in die Atmosphäre. Der Vorteil des pneumatischen Schaltzylinders besteht darin, daß durch gestuftes und in der Endphase gedrosseltes Ein­ rücken des Schaltmittels der Aufbau der vollen Anpreßkraft verzögert wird. Es stellt sich eine geknickte Kennlinie ein. Dies bedeutet, daß die zur Vermeidung einer thermischen Überbelastung beispielsweise einer Reibkupplung erforder­ liche Mindestanpreßkraft praktisch unverzögert aufgebaut werden kann. Bei normaler Betätigung einer Kupplung tritt keine verlängerte Schlupfphase auf. Bei falscher oder anor­ maler Betätigung wird durch den verzögerten Aufbau der restlichen Anpreßkraft die Schlupfphase verlängert und damit ein schädlicher Einkuppelstoß vermieden.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die pneumatische Leitung vor der Drossel­ düse bzw. vor dem Puffervolumen ein vorzugsweise elektro­ magnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil enthält, welches vorzugsweise in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit geschaltet werden kann. Das 2/2-Wegeventil ist ein soge­ nanntes Ein-Aus-Ventil und schaltet die pneumatische Lei­ tung auf Durchgang vorzugsweise bei niedrigen Fahrzeug­ geschwindigkeiten. In dieser Schaltstellung sind Drossel­ düse und gegebenenfalls vorhandenes Puffervolumen wirksam. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten ist die pneumatische Leitung zum Puffervolumen bzw. zur Drosseldüse versperrt, wobei in dieser Schaltstellung ein Entlüftungsanschluß zur Atmosphäre hin offen ist und mithin der Entlüftungs­ kanal des Arbeitsvolumens ungedrosselt ist. Dadurch wird erreicht, daß Drosseldüse und Puffervolumen nur dann be­ ansprucht werden, wenn diese auch benötigt werden, näm­ lich bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten. Bei höhe­ ren Fahrzeuggeschwindigkeiten sind keine kritischen dyna­ mischen Einkuppelstöße zu befürchten, da die Fahrzeugtrieb­ stränge mit geringerer Getriebeuntersetzung betrieben wer­ den.

Die erfindungsgemäßen Merkmale wie Drossel und Puffer­ volumen können auch nachträglich bei an sich bekannten pneumatischen Schaltzylindern mit Hilfe einfacher Mittel nachgerüstet werden. Hierbei wird die pneumatische Leitung einfach auf den Ausgang des ohnehin vorhandenen Entlüftungs­ kanals des vorhandenen Geräts aufgesetzt.

Die pneumatische Leitung kann auch als Abzweigleitung des Entlüftungskanals ausgebildet sein.

Zwar ist aus GB-A-20 52 002 ein Entlüftungskanal bekannt, bei dem Luft über ein Puffervolumen in Form einer Expansions­ kammer und ein nachfolgendes Drosselventil in die Atmosphäre gelangt, die Entlüftungsanordnung ist jedoch bei einem auto­ matischen Getriebe vorgesehen, und nicht bei einem pneumati­ schen Schaltzylinder zum nicht-automatischen Ein- und Auskup­ peln von Fahrzeugantrieben durch eine Bedienungsperson für einen Schutz des Triebstranges während der Startphase des Fahrzeuges, wie dies bei der Erfindung der Fall ist. Die be­ kannte Entlüftungsanordnung verfolgt den Zweck zu verhindern, daß Luft während des Lösens der Kupplung in das eigentliche Hydrauliksystem des automatischen Getriebes gelangt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Kupplungskraftverstärker mit der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Schaltkraftdiagramm der Vorrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine andere Ausführungsvariante eines Kupplungs­ kraftverstärkers ähnlich Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 weist ein Kupplungskraftverstärker einen pneu­ matischen Schaltzylinder (1) mit einem Arbeitsvolumen (2) und einem an sich bekannten Entlüftungskanal (3) auf. Der Ausgang (7) des Entlüftungskanals (3) führt bei bekannten Kupplungskraftverstärkern ins Freie.

An den Entlüftungskanal (3) des Servoteils ist eine pneumatische Leitung (5) angeschlossen, welche ein Puf­ fervolumen (6) und eine nachgeordnete Drosseldüse (4) aufweist, deren Ausgang ins Freie führt. Die pneumati­ sche Leitung (5) ist als sogenannte Abzweigleitung des Entlüftungskanals ausgebildet. Der eigentliche Ausgang (7) ist mit einem Stopfen verschlossen.

Im Betrieb des Kupplungskraftverstärkers bzw. des pneu­ matischen Schaltzylinders (1) stellt sich in Fig. 2 veranschaulichte Anpreßkraft (F) ein. Die prozentuale Anpreßkraft (F) ist in Abhängigkeit der Zeit (t) aufge­ tragen. Nach einem Entlasten des Kupplungspedals ent­ lüftet der Servozylinder ungedrosselt in das Puffervo­ lumen (6), bis sich ein vorübergehender Druckausgleich zwischen dem Arbeitsvolumen (2) des Schaltzylinders (1) und dem Puffervolumen (6) einstellt. Damit wird ein Teil der Anpreßkraft sofort aufgebaut. Der verzögerte Aufbau der restlichen Anpreßkraft erfolgt nun durch gedrosseltes Entlüften des Puffervolumens (6) in die Atmosphäre. Es stellt sich mithin eine geknickte Kenn­ linie gemäß Fig. 2 ein, was bedeutet, daß die zur Ver­ meidung einer thermischen Überbelastung der Reibkupp­ lung erforderliche Mindestanpreßkraft praktisch unver­ zögert aufgebaut werden kann. Bei normaler Betätigung der Kupplung tritt keine verlängerte Schlupfphase auf. Nur bei falscher oder anormaler Betätigung wird durch den verzögerten Aufbau der restlichen Anpreßkraft die Schlupfphase verlängert und damit ein schädlicher Ein­ kuppelstoß vermieden. Durch gestuftes und in der End­ phase gedrosseltes Einrücken wird mithin der Aufbau der vollen Anpreßkraft verzögert. Ein schlagartiges Los­ lassen (Abrutschen) des Kupplungspedals geht mithin nicht mit einem dynamischen Einkuppelstoß bei Fahr­ zeug-Triebsträngen einher.

In der in Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsvariante eines Kupplungskraftverstärkers ist zusätzlich zur Aus­ führungsvariante gemäß Fig. 1 zwischen dem Entlüftungs­ kanal (3) und dem Puffervolumen (6) in der pneumati­ schen Leitung (5) ein elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil vorgesehen, welches einen Entlüftungs­ anschluß (9) besitzt. Das Magnetventil ist insbesondere in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit des Nutz­ fahrzeuges betätigbar. Bei einer Fahrzeuggeschwindig­ keit von vorzugsweise mehr als 5 km/h ist die pneumati­ sche Leitung (5) in Richtung Puffervolumen (6) ver­ schlossen und der Entlüftungsanschluß (9) ins Freie ge­ öffnet. In einem niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeitsbe­ reich von ca. 0 bis 5 km/h ist der Entlüftungsanschluß (9) versperrt und die pneumatische Leitung (5) in Rich­ tung Puffervolumen (6) bzw. Drosseldüse (4) geöffnet. Mithin sind Puffervolumen (6) und Drosseldüse (4) nur dann wirksam, wenn das Fahrzeug im niedrigen Fahrzeug­ geschwindigkeitsbereich betrieben ist, in einem Be­ reich, in welchem Einkuppelstöße insbesondere bei Fehl­ bedienungen auftreten.

Die pneumatische Leitung (5) kann auch direkt an den Ausgang (7) des Entlüftungskanals (3) angeschlossen sein. In letztgenannter Variante können bekannte Schaltzylinder (1) durch die erfindungsgemäßen Mittel nachgerüstet werden.

Alle in der Beschreibung erwähnten und/oder in der Zeichnung dargestellten neuen Merkmale allein oder in sinnvoller Kombination sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich bean­ sprucht sind.

Claims (9)

1. Pneumatischer Schaltzylinder (1) zum Ein- und Auskuppeln von Fahrzeugantrieben mittels einer Hilfskraftkupplung durch eine Bedienungsperson, mit einem einen Entlüftungs­ kanal (3) aufweisenden Arbeitsvolumen (2), wobei der Ent­ lüftungskanal (3) mit einer Drosseldüse (4) pneumatisch verbunden ist, die ihrerseits mit der Atmosphäre in Ver­ bindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Entlüftungskanal (3) und Drosseldüse (4) in der pneumatischen Leitung (5) ein Puffervolumen (6) zwi­ schengeordnet ist.

2. Schaltzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Entlüftungskanal (3) und Drosseldüse (4) bzw. zwischen Entlüftungskanal (3) und Puffer­ volumen (6) in der pneumatischen Leitung (5) ein betätigbares 2/2-Wegeventil (8) angeordnet ist, welches die pneumatische Leitung (5) in der einen Stellung durchschaltet und in der anderen Stellung versperrt bei gleichzeitiger Freigabe eines Ent­ lüftungsanschlusses (9) ins Freie.

3. Schaltzylinder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Leitung (5) an den Ausgang (7) des Entlüftungskanals (3) angeschlossen ist.

4. Schaltzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Leitung (5) eine Abzweiglei­ tung des Entlüftungskanals (3) ist, wobei der eigentliche Ausgang (7) des Entlüftungskanals mit einem Stopfen verschlossen ist bzw. bei an der Ab­ zweigstelle der Abzweigleitung vorhandenem 2/2-We­ geventil (8) geöffnet ist bzw. durch Betätigen des Ventils (8) geöffnet oder verschlossen werden kann.

5. Schaltzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er Teil eines Kupplungskraftverstärkers eines Nutzfahrzeuges ist.

6. Schaltzylinder nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das 2/2-Wegeventil (8) in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit betätigbar ist, wobei bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit, insbesondere in einem Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich von 0 bis 5 km/h die pneumatische Leitung (5) durchgeschaltet und bei größerer Fahrzeuggeschwindigkeit, insbe­ sondere über ca. 5 km/h bei Freigabe des direkten Entlüftungsanschlusses (9) gesperrt ist.

7. Schaltzylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Leitung (5) durch das normaler­ weise sperrende 2/2-Wegeventil (8) in einem niedri­ gen Geschwindigkeitsbereich, insbesondere ca. 0 bis 5 km/h, durchgeschaltet ist.

8. Schaltzylinder nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegeven­ til (8) vorgesehen ist.

9. Schaltzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine regelbare Drosseldüse vorgesehen ist.